西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8技术介绍

西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8技术介绍

、系统功能

　　轻轨精整PLC智能控制系统包含铣床和钻床控制，实现的基本功能如下：

　　（1）切换功能：可实现手动与自动控制的切换。在通常情况下使用自动档，当需要检修或调试的时候，切换到手动档。

　　（2）自动报警功能：发生异常情况，可随时报警。当夹紧头快下、动力头快进、动力头工进以及动力头快退四个部分中任何一段出现异常情况时，与之相应的声光报警就会动作，让现场工作人员迅速采取措施，避免或减少事故所造成的损失。

　　（3）自动记忆功能：配有“停车”及“继续运行”按钮。当工作过程中出现某些问题需要暂停运行时，按下“停车”按钮后，机床停止运行，各部分均停留在原处不动。再按下“继续运行”按钮，则机床继续运行。

　　（4）紧急停车复位功能：配备有“紧急停车复位”按钮。当在工作过程中发生异常，或中途突然停电后恢复时，按下此按钮使机床各部件回到加工前的初始状态。

　　为实现上述功能，需要对运行过程进行智能判断，进行相应的控制。同时考虑到PLC的运算功能的限制，需要加入故障诊断模块，并进行相应的显示。

3、系统组成

　　PLC选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器实现，由可编程序控制器构成的轻轨精整智能控制系统结构如下：

图1 轻轨精整智能控制系统结构图

　　该系统有输入、控制运算和输出三大部分组成。

　　1）输入部分包括操作按钮和信号检测两部分

　　a.操作按钮用来人工设置参数或进行手动操作，处理紧急情况。
　　b.信号检测是由传感器自动监测生产线上机床的工作情况，一旦出现异常情况，马上报警提示操作者，以进行相应的故障处理，如紧急停机处理等，从而避免事故的发生。

　　2）控制运算部分

　　控制运算部分主要由PLC来完成，由控制系统的应用软件来完成信号的输入、处理、控制输出的主要功能。

　　3）输出部分包括报警装置、输送和动力装置、固定装置

　　a.报警装置由闪烁的红、黄、绿三种颜色灯和报警铃声构成，三种颜色分别对应三种不同报警级别。绿色表示系统正常；黄色表示系统参数超范围，但仍能工作，需要进行处理；红色报警并伴随报警声音，必须紧急停机处理。
　　b.输送装置由PLC输出的信号控制主电路，给电机发送指令，让其自动完成原料的传送与动力传送。
　　c.液压装置是固定装置，由PLC控制器给定的信号，经电磁阀控制液压设备，将原料固定在某一位置，为原料加工服务。
4、系统软件设计

　　4.1 PLC软件设计考虑的问题

　　利用梯形图编制控制程序，在 PLC软件设计中要考虑以下几个问题：

　　（1）强电关断优先原则：在铣床软件设计中，只要控制信号中有强电关断的信号，则不管其它信号如何都要关断强电。如图2所示，只要关断信号XO2＝1，则中间继电器 M100 都要被关断。 （2） 动作互锁原则：有些控制不能同时动作，就要进行互锁。如主轴正、反转控制，图 3为主轴互锁控制示意图，任何一个回路启动后必须同时关断另一 个回路，从而保证两者不能同时动作。

图2

图3

　　（3）顺序联锁控制原则：即有些控制要求次序不能颠倒，这就要求前一个动作常开触点串在下一个控制动作中，同时将后一个动作中的常闭触点串在上一动作的控制回路中，如图4所示。

图4

　　影响PLC控制系统的因素很多，只要我们在软件设计时充分考虑到各方面因素，就可避免出现故障，控制系统的运行就会更加稳定。

　　4.2 PLC基本控制程序设计

　　具体铣床控制功能框图如图5所示，钻床控制功能与之类似。

图5 铣床控制顺序功能框图 　4.3 故障诊断模块的程序设计

　　对于PLC系统，由于内存资源有限，复杂的智能诊断难于实现，为此加入了故障诊断智能模块，该模块以单片机为基础，采用C51编程，可方便实现各种控制算法。

　　采用故障树推理与专家经验规则推理相结合的方法，利用智能模块的I/O功能及内部信息进行故障诊断。

　　（1） 故障结构分析

　　在进行故障诊断设计时，首先必须对整个系统可能发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。图6为系统的故障层次结构。

图6 故障层次结构框图

　　（2）程序设计

　　系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意两点：

　　a. 必须将系统所有可能引起故障的检测点引入PLC，这主要是从系统的安全可靠运行考虑，以便系统能及时进行故障处理；
　　b. 应在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入PLC的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。

5、结束语

　　经过在线调试和工业试验运行阶段后，该控制系统已于2004年正式投入运行，运行以来，效果良好,实现了预定的控制功能要求，克服了继电器、接触器控制带来的局限，避免了原控制系统辅助元件多、故障率高、工作噪声大、控制方式单一、维护困难等问题。手动与自动切换方便，抗干扰能力强，适合钢厂生产线的恶劣的工作环境,且易于计算机通讯，实现网络监控。

　　本文作者创新点：将PLC和单片机结合，设计了用于轻轨精整钻、铣床设备的控制系统，并使之具有故障诊断和报警功能，系统结构简单，操作方便。

一、前 言

    中国工业领域一直以来对于国产PLC有一种排斥的心理：受制于品牌的劣势，总是以极低的价格去冲击市场，而由此造成的直接后果就是缩短研发周期，缩减研发经费，选择临界质量的硬件以达到压缩硬件成本的目的。一个恶性循环就此形成，似乎永远也不可能消失的品牌劣势！当然，口号的力量永远微乎其微，而市场对于质量的认可与否才是建立品牌有力的推手。作为国产大中型PLC的者，南大傲拓科技为了改变工业领域一直以来对于国产PLC的消费观念，我们力求研发团队的完整性，做到任何一个细节的至善至美。软硬件研发的自主知识产权及强大的自主创新能力，造就了产品坚若磐石的质量体系，我们可以在任何时候，任何场合接受市场的检验。

二、NA400PLC的通讯特点

    1、NA400PLC的CPU模块均配置串口和以太网口，其中以太网口支持MODBUS TCP/IP协议，用作工业以太网通讯接口，在整个网络配置中勿需专配以太网模块；串口支持MODBUS RTU及自由端口通讯协议，支持串口扩展。通过DP主站和子站模块可构成PROFIBUS DP网络，远程I/O可控。

    2、便利的通讯指令：无论您使用何种通讯协议都可以做到编程简单，程序简洁，勿需再为通讯端口冲突、发送接收控制、通讯中断处理等问题烦恼。

三、三垦变频器通讯协议

    三垦变频器的通讯采用RS485串口，专用通讯协议，与通讯有关参数设置如下：

    cd146：选择通信功能设定为1，有串行通讯功能
    cd147：变频器编号在PPI时设定为1
    cd148：通信速度选择与PLC的串口通讯波特率一致，此例设定5（19200bps）
    cd149：奇偶检验位设定0，无校验
    cd150：终止位的设定选择0，2位

    三垦变频器的通信规约如下：

计算机到变频器的信文规约

    参考：1、作为校验和的计算例，1号变频器的功能码设定为50.00Hz时；2、频率数据的整数部分固定为3位、小数部分固定为2位。

    写入命令：

    数据的读取：

四、NA400 PLC与三垦变频器的通讯程序

    对于专用通讯协议，NA400 PLC采用自由通讯协议与之通信，信文格式遵循原始格式。

    例子完成3项任务：正转指令设定，输出频率写入及输出频率读取，变频器地址1，通信格式：19200bps 8 N 2

    首先定义变量：选择序号，定义名称、维数及数据类型

    1、输出频率写入

    三垦变频器输出频率设定信文格式（ASCII），转换为十六进制：40 01 50 24 0D 0A共6字节，该命令返回8字节。

    命令串放在以下定义的变量寄存器中：

    返回数据存放在%MW0055至以后连续8个寄存器中。

    示例程序如下：XMT/RCV分别为发送和接收指令，发送方式可根据工况灵活设定。

    2、正转指令设定

    三垦变频器正转运行指令信文格式（ASCII）（此例设定50Hz），转换为十六进制：40 01 4F 13 88 D5 0D 0A共8字节，该命令返回12字节。

    命令串放在以下定义的变量寄存器中：

    示例程序如下：因为在实际工况下需要随时改变频率设定，所以可对示例程序中的SEND10[3]，SEND10[4]进行对应的变量运算，可以做到随时接收上位机的频率改变命令并发送变频器改变输出。

 3、输出频率读取

    三垦变频器输出频率读取指令信文格式（ASCII），转换为十六进制：2A 30 31 43 0D 0A共6字节，该命令返回12字节。

    命令串放在以下定义的变量寄存器中：

    返回字符串存放在以下定义的变量寄存器中：

    示例程序如下：在实际工况下需要对接收的字符串进行相应的处理，所以需要进行变量的处理，从而可以在上位机显示采集的数值。

五、结 语

    自由端口通讯协议对于工业网络中不同设备之间的兼容提供了极大的方便性。建立在此基础上的系统集成开发和设备使用维护，要求参与者读懂设备信文规约然后才有可能达到熟练程度，因此就要求软硬件开发商在使用说明中尽可能的详尽清楚的解释。