6ES7241-1AA22-0XA0产品描述

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1 引言

粉针是医学临床应用上的重要的药品剂型，广泛应用于静脉注射、肌肉注射用途，不断扩大的用量需求和不断提高的分装要求推动着粉针分装设备的更新和发展。

粉针分装可以通过不同的原理完成。国内螺杆分装机是粉剂制药企业当前的主流设备。螺杆分装机机械原理成熟可靠，设备占地面积小，便于同前后工序的制药、包装设备联线工作。螺杆分装机的机械系统设计经历了几个阶段的发展过程，在每一阶段都有与之相适应的电气控制系统配合工作。机械系统设计目前已趋于稳定成熟，电气控制系统的研究和进步对整机分装性能的进一步提高有着突出的作用。

螺杆分装机的工作原理是通过高速旋转的螺杆向药瓶内推进药粉，快速性和准确性是设备的两个基本要求。缩短螺杆在每次分装推进时的占用时间，就可以提高分装速度，这要求螺杆旋转速度要高，动态响应要快，现在的设备分装速度已可以达到300瓶/分。增加设备上螺杆的数量，可以同时对几只药瓶进行灌装，也是提高设备快速性的有效手段，目前国产分装机上可以见到一头、二头、四头的配置。

为保证分装准确性，通常采用交流伺服电机来直联驱动分装螺杆，早期设备应用过步进电机，但随着设备要求的提高和伺服电机价格的下降，步进电机在该设备上已基本不用。伺服电机动态性能的调整也至关重要，如果加减速响应迟缓，连续灌装中前后相邻两次推进的药粉没有清晰的边界，也会造成装量不准确。

因此，电气控制系统的合理设计与提升螺杆分装机的工作性能直接相关。台达自动化产品可以为螺杆分装机的应用提供一套完整的控制驱动解决方案，设计中通过优化控制结构和应用性能更高的控制器件可以使得分装机工作更快速、更。本文中介绍的是应用台达自动化产品设计的一台4头螺杆分装机的应用实例。

2 控制系统分析

以一台4头螺杆分装机的控制为例，设备要求完成送瓶传送带的变频调速驱动和带动螺杆的四台伺服电机的同步驱动。其它控制要求，如送粉控制、送塞控制、药粉搅拌控制、灌装口药瓶检测、螺杆碰壁报警等，都是常见的开关量控制逻辑，通常的PLC系统都可以完成，本文为突出重点，略去不作讨论。通用设计方案中控制系统结构如图1所示。

图1螺杆分装机PLC控制系统典型配置

PLC系统为完成1-4轴伺服电机控制，要采用专用的位置控制单元模块，每一台伺服电机接收来自位控单元的脉冲序列完成螺杆推进动作。

对于只要求做1轴或2轴控制的螺杆分装机，通常也会采用PLC主机内置的2轴脉冲输出，但是PLC主机输出的脉冲频率上限都较低，为使伺服电机达到高转速，需要调低伺服电机的控制分辨率，设备分装的jingque性会受到影响。

送瓶传送带电机要用变频器驱动，为实现平滑调速PLC要配置1块D/A单元。

3 台达自动化方案特色

采用台达自动化产品，为完成上述的任务，设计中采用如图2所示的控制结构。系统中省去了D/A单元和位控单元，节省了成本，减少了配线，更重要的是系统性能有了实质性的提高。

3．1 独立自动化技术平台

PLC主机通过RS-485总线与变频器和四台伺服驱动器联在一起。这是台达自动化产品的特色，台达的任何一种控制器件，小到一只温控仪表都在本机上配置有符合MOS-BUS通讯协议的RS-485总线，设计中可以根据系统具体要求灵活地组成不同的控制架构，提高系统的功能和效率。

图2螺杆分装机PLC控制系统台达配置

本例中，共有四台伺服电机，每次分装的动作要求，即电机的旋转角度和旋转速度通过PLC的485通讯接口传送到驱动器的寄存器里，每次动作执行由PLC的一个输出点来触发。

3.2 台达PT伺服模式

伺服电机工作在台达特有的PR模式（即寄存器控制定位模式）下，工作时只需要等待触发信号，而不必接收脉冲序列，这也可以看做由内部预置的脉冲发生器来指挥运行。与传统的脉冲序列定位模式（在台达称PT模式，仍可以选有）相比，本机上应用PR模式的优点是：

（1）提高信号抗扰能力。如果伺服电机采用脉冲序列来工作的话，脉冲的传递线路极易受到电气干扰，但在PR模式下，不再有脉冲信号的传递，也就没有抗扰工作的麻烦。

（2）简化布线。PR模式省去复杂的双绞屏蔽线的布线的烦琐，特别在设备被控轴数多的时候，对比特别明显。

（3）提高定位运行品质。伺服电机在定位执行过程中，驱动器知道总的目标值，进而知道确切的脉冲偏差数，不象在PT模式下，一方面伺服的运行使得脉冲偏差在缩小，同时后续的脉冲又使得偏差在增大，因此PR模式在位置闭环运算中可以获得更好的控制品质。

（4）便于系统扩展。当系统要对更多数量的伺服轴进行控制时，只需要把它们分别联在RS-485总线上，对PLC的点数和位控输出的轴数没有影响，便于实现系统扩展。

（5）降低PLC系统成本。通常的系统中，因为对PLC输出脉冲的上限频率的轴数的特别要求，总是要功能相对要强的PLC类型，自然价格就相对要高。而在台达提供的方案中，PLC只要能完成基本的逻辑控制任务即可，实际应用中我们也是采用相对功能简单的模块来实现的。

送瓶传送带的变频器控制，也是同样道理，采用RS-485总线来传送速度指令。因为是数字通迅，速度传送没有偏差，同时也具有简化布线、便于扩展的优点。

4 结束语

以上是台达自动化产品在螺杆分装机上的一个应用实例，台达可以提供用以解决生产设备自动化控制的整套解决方案，基于各种完成控制、驱动、操作、测量任务的单元器件，可以搭建出不同架构的控制系统，特别适合于利用分布式控制原则解决综合性的控制任务，目前台达自动化产品已成功应用于国内制造的几乎全部种类的制药机械上。

1引言

随着计算器技术的发展，通讯传输在工业自动化控制领域得到越来越广泛的应用。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低、简单易用，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。现在各PLC生产厂家都极其重视通讯在PLC推广中的应用，并且各具有优势特点，合理利用PLC串行通讯功能将极大的降低自动化项目成本，提高产品竞争力。

2 串行通讯简介

计算机通讯即是不同的设备通过线路互相交换编码数据，其主要目的在于将数据从某端传送到另一端，实现信息的交换。通讯通常有并行和串行两种方式，由于并行传输方式在数据电压传送的过程中容易衰减互扰，并且线路工程费用较高，而串行通讯方式则能很好的解决这些问题，因此在工业应用中绝大多数使用串行通讯。

串行通讯的基本接口方式分为RS-232和RS-485两种标准。

2.1 RS-232接口

(1) RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-9的9芯插头座,只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”即可传输数据，其9支脚位的定义如下表1所示。

表1 RS-232-C接口连接器定义

(2) 在RS232的规范中，电压域值在+3V---+15V（一般使用+6V）之间称为“0”或“ON”；电压在-3V----15V（一般使用-6V）之间称为“1”或“OFF”；计算机上的RS-232“高电位”约9V，而“低电位”则约-9V。

(3) RS-232为全双工工作模式，其讯号准位是参考地线而得，分别作为数据的传送和接收；实际应用中其传输距离可以达到15米。只具有单站功能，即一对一通讯。

2.2RS485接口

（1）采用正负两根信号线作为传输线路。

（2）RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。

（3）RS485为半双工工作模式，其讯号是正负两条线路讯号准位相减而得，是差动式输入方式，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好；实际应用中其传输距离可达1200米。具有多站能力，即一对多的主从通讯。

3 台达PLC的串行通讯功能

台达DVP系列PLC各型主机均内建2个通讯口的标准配置，即一个RS232和一个RS485通讯口，其RS232口主要用于上下载程序或作为与上位机、触摸屏通讯，而RS485口主要用于组建485网络，实现通讯控制。尤其值得一提的是EH机型可通过通讯功能卡扩充一个RS232或RS485通讯口，使得在组建多重通讯网络更加方便。

相对于通讯口的硬件配置，台达PLC在软件指令上对通讯的支持也是相当丰富和便利，主要通过以下三种方式完成485通讯功能：

3.1自由通讯方式

该方式通过串行数据传输指令RS来完成主站与从站之间的数据交换，可以实现无协议的自由通讯。许多接口设备如变频器、仪表等…若配备RS-485串行通讯，且该设备之通讯格式也有公开即可由PLC使用者以RS指令设计程序来传输PLC与接口设备之间数据。

3.2MODBUS通讯方式（GB/Z 19582）

MODBUS协议是目前国际上公开的标准串行通迅协议，也是中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z 19582：基于Modbus协议的工业自动化网络规范。台达PLC通讯符合MODBUS协议，并且台达其它产品如变频器、温控仪、司服控制器等485通讯均符合MODBUS协议，对于符合MODBUS之通讯格式的产品，台达PLC提供了更加便利的通讯指令MODRD 、MODWR、MODRW来实现数据的读写，程序编写中不需关注传送的字符，校验码的转换等等，只需要确定通讯地址及写入读出的数据即可，不过在多指令读写时需要考虑通讯时序问题，避免通讯冲突。

3.3台达PLC有特色的通讯命令EASY bbbb

基于MODBUS通讯协议，台达EP/EH系列PLC机型提供了更为方便快捷的通讯方式——EASYbbbb。EASY bbbb通讯是台达PLC有特色的通讯命令，可以提供主站与32个从站通讯，每个从站读写各100项数据的能力，且不需要复杂编程即可高速快捷的完成通讯控制，节省大量的编程时间。

综合比较上述三种通讯方式，自由通讯方式的编程为复杂，但它可以与非MODBUS协议的设备通讯，设备选择自由灵活不受限制；MODBUS通讯方式的编程则简单的多，且也具有一定的编程灵活性，如可优先与某个从站通讯；而EASY bbbb通讯方式是针对符合MODBUS协议互连设备简单的通讯方式，几乎不需要编程即可完成，不需要考虑半双工通讯方式中通讯时序问题，只需要指定读出写入数据的寄存器和数据项数，启动bbbb连接即可完成设备之间的数据通讯。因此对于符合MODBUS协议的设备建议采用bbbb通讯方式。

3.4串行通讯工程要点问题

在工业自动化控制中，有许多数据信号需要采集、处理，特别对于远距离的设备，一般的传感器电压讯号如果传输距离过远的话，会造成讯号的衰减，如此一来，将得不到正确的结果，因此，采用传感器讯号就地处理，而数据传输通过数字通讯方式能够有效的解决这一问题，保证数据的正确性与准确性；但通讯同样也会受到外界的干扰，使得通讯质量下降，甚至根本无法建立通讯。要保证通讯正常，在组建通讯网络时应该注意以下几点：

（1）保证通讯协议一致，所有联机之从站接口设备波特率及通讯格式需与主站相同，合理分配各从站的站地址，避免地址冲突。

（2）合理布线，减少外界干扰对通讯的影响。走线走得好，可以很大程度减少干扰的影响，提高通讯的可靠性，走线应遵循两个原则：远离电源线，变频器等干扰源；当网线不能与电源线等干扰源避开时应与电源线垂直，不能平行，并采用质量高的双绞线走线

（3）通讯速率的选择，一般来说提高通讯波特率能够提高通讯效率，但并非一味的提高就肯定好，传输速率的提高同时加大了传输错码率，使传输质量下降，特别是在工业控制场合外界干扰比较大的情况下，有时适当降低传输速率会得到更好的传输效率。

（4）正确编制通讯程序。PLC通讯程序的编制在实现串行通讯中也是非常关键的一步，一个合理的通讯程序能够提高通讯效率，而不完善的通讯程序则会导致通讯效率下降，甚至通讯失败，使PLC出现运行错误。由于RS485通讯采用半双工的工作模式，因此通讯程序的编写主要是对通讯指令的分时处理程序，在此用以下两个通讯程序来描述如何合理编制PLC通讯程序，程序主要是PLC通过485通讯方式读写三台变频器的频率，均实际测试运行过：

3.5 台达PLC通讯程序要点

（1）“固定时序通讯程序”是台达PLC通讯技术工程处理通讯常用方法，利用固定计时的方法来实现分时通讯，这样的写法比较容易造成通讯时序上的问题。Modbus 通讯规格是采用主/从模式，也就是主站发通讯命令给从站，从站收到之后再回应主站，这一收一回才算完成一个完整的通讯资料交换，该程序有使用到M1127来判断，但是决定下一个通讯指令是否运行的接点开关却不是由通讯旗标来决定，而是由100ms 的 timer来决定，这样很容易有问题生成，因为通讯的整个时间包含通讯资料在线上传输的时间加上通讯资料在主/从站处理的时间，若这时间超过100ms，那就很容易造成从站回传，而主站送资料出去，造成资料在线上碰撞，因而影响传输的正确性，如果把timer时间延长，还是会碰到有问题，因为这种写法，通讯旗标的动作与决定传送的旗标本身并未同步，因而会有时间差，造成资料不正确。该程序在EH机型上测试，发现通讯速度比较慢，且读回来的数据有时会发生交叉的现象，即从站2的频率读到从站4的寄存器上，错误读写的情况可见图一。使用这种编程方法在通讯正常时没有问题，一旦当通讯数据错乱时，就会造成数据传送错误，严重时甚至导致PLC死机，参见图1。

图1 错误读写，红圈部分信道D200数据变为K3000，应该是K1000

（2）“通讯旗标方式程序”是调整后的程序，可以比较一下，其主要区别在于Modbus Read/Write 指令在程序使用上搭配M1127, M1129, M1140, M1141 来判断，由这几个旗标的状态来决定下一个通讯指令的运行时间，能够很好的处理串行通讯的时序问题，保证通讯的可靠及效率，正常通讯监控画面如图二。在用固定时序通讯中，即使通讯正常完成，那末也要等到100MS以后做下一个通讯，比如写指令通讯完成耗时20MS，则需要等待80MS，降低了通讯效率，而采用通讯旗标会在通讯完成或出现错误的情况下转入执行下一个通讯指令，有效利用了时间，参见图2。

图2 正常通讯监控画面

3 台达PLC与松下变频器通讯案例

采用台达ES系列PLC，用通讯方式来改变松下VF0C系列变频器的设定频率，PLC端使用485口，无协议方式来模拟VF0C变频器的通讯协议。

4.1通讯协议

VF0C系列变频器留有485通讯口，并提供内部通讯协议如下：

写：% [站号> #WD [功能号> [起始地址> [结束地址> [数据> [BCC> /CR

读：% [站号> #RD [功能号> [起始地址> [结束地址> [BCC> /CR

如果写正确，返回：%01$WD BCC/CR

如果读正确，返回：%01$RD [数据> BCC/CR
分别规定了字节数，在以下表格以写数据为例做详细说明：

在松下VF0C系列变频器中，站号默认为01，通讯格式为9600、N、8、1，通讯方式是ASCII方式，数据为十六进制，存储模式为8位模式。设定频率的地址是DT237，而读设定频率的地址为DT133，而且在DT237和DT133的数据都是以Hz为单位的。下面以写频率为例，来做详细说明。

4.2实例说明

假设要写入的频率是43.5Hz，那么需要写入的数值应为10FE（4350），变频器的存储模式为8位模式，应从低位开始写入，那么应该先写FE后写10。校验码是把从起始码到数据码所有的字节进行异或所得。

XOR：%01#WDD0023700237FE10=52（HEX）

那么得出以下所有通讯格式码：

%01#WDD0023700237FE1052/CR

通讯方式是ASCII方式，数据是十六进制格式，把这些格式码按正确的次序发出，就可以把数据43.5HZ写入到变频器设定频率DT237中。

4.3 梯形图设计

在PLC中，无协议通讯也是从低位开始发送数据的，可选用8位模式和16位模式传送，不同就在于发送数据寄存器中的8位数据还是16位数据，在这里以16位模式做说明。梯形图如下：把格式码数据253031235744443030323337303032333745463130520D按照从低位到高位的顺序依次存入到D0~D11中去，占用12个连续的数据寄存器，就是说有24个字节的数据。设定通讯参数9600，N，8，1，ASCII方式，16位模式。当M0接通一次，就可以发送一次数据，写一次频率。

4.4 程序优化

如果再加上读频率的程序，就可以做成小闭环，完成读写频率的程序优化。因为在写频率的数据发送成功后，可做延时3秒后读频率，在读成功以后，把读回的频率数据和要写入的频率数据做比较，如果相等，则通讯程序停止，如果不相等，再执行写频率——>读频率——>比较。

5 结束语

，台达PLC具有强大的串行通讯功能，且相关应用指令丰富，能够很好的完成各种通讯需求，合理利用通讯功能将大大降低设备的制造成本，节省配线，提高抗干扰能力，由于台达产品均符合MODBUS协议，因此可以把台达产品通过通讯方式整合在一起，实现各种各样的功能要求。