6ES7214-1AD23-0XB8现货库存

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1 引言
      艾默生网络能源有限公司中试部生产线(以下简称中试生产线)是建于1998年的一条整体呈长方形循环运行的产品装配线。生产线采用PLC自动控制系统对整个生产流程进行控制，操作人员可通过选择运行模式来将整条生产线划分为1~3个小段，各段分别独立及组合运行;可手动/自动切换运行;具有多种故障报警灯指示。目前PLC采用艾默生自己制造的EC20型产品，该型产品指令丰富，编程方便，运行可靠，兼容性强，能够较好的满足电子行业生产的应用。

2 系统设计
2.1 装配线平面布局
图1为生产线的平面布置图。

图1 中试生产线平面图
2.2 中试生产线设备构成和功能简述
(1) 中试生产线由两条长长的平行传送带A和B作为其主体设备，生产用的工装台就放置在这两条传送带上，依次顺序运行到一个个装配测试工位。两条传送带A和B运行方向相反，因此，工装台就是从A这边去，从B那边回。
(2) 传送带A和B两端通过末端的单向移载传送带连通成环形的整体，工装台在运行到某一条传送带的末端，就通过末端的单向移载传送带转移到另一条传送带的起点。图1中左边的末端单向移载传送带简称“左一”，右边的末端单向移载传送带简称“右一”。
(3) 在传送带A和B之间，还有两条中间的双向移载传送带，左边的简称“左二”，右边的简称“右二”。通过选择运行模式，这两条双向移载传送带可以投入运行，在从而实现将生产线分解成1~3小段组合运行的功能。这样可以在生产线各小段分别安排不同工序流程的多种产品进行同时加工，提高了生产效率，满足多产品排产的要求。
(4) 图1中左边为控制柜，内装PLC及其外围输入输出电路，还有电机主电路的设备，包括变频器、空气开关、接触器等。
(5) 在传送带中，布置了很多的行程开关、微动开关，用于检测工装台运行的位置，转换成为开关量数字信号输入PLC控制器，使PLC能根据这些工装台的位置进行运行程序的运算和控制输出。
(6) 在装配测试工位上，还有一些手自动转换开关、脚踏开关、阻挡气缸释放按钮等，多是开关量数字信号输入(除了气缸按钮不是)，可通过这些装置人工操作工装台和传送带的运行。
(7) 电机是由PLC输出的开关信号来进行启停控制的;气缸的顶升和下降是由电磁阀控制生产用压缩空气对气缸的进气和排气来实现的，而电磁阀则也是由PLC输出开关信号来控制的。
(8) A和B传送带的运行速度分别由两台变频器来调节速度大小，运行中采用定速运行，满足运行工艺要求。
2.3 运行和控制流程
(1) 上电后A和B传送带并行反向运行，其速度由变频器面板设置，固定运行，调试成功后不需要更改。
(2) 两端的移载传送带负责把工装台在两条A和B传送带之间循环移载。例如当工装台沿A线运行到“右一”前A1位置碰到检测的行程开关，则当“右一”处于空闲时(无工装台在上面，也没有工装台堆积在B传送带起点B1时)，“右一”将会进入单向移载程序。这时工装台继续运行到就位位置A1’触动行程开关，则“右一”气缸会顶升，把工装台顶起来，“右一”传送带启动运行，把工装台送到对面的B1起点，然后气缸放气，工装台放下。这就完成了一次单向移载。“左一”运行方式同上述方式的顺序是一致的。
(3) 在选择不同的小段组合工作运行模式时，如果两条传送带被分成两段或三段循环运行，则中间的两段移载传送带负责把工装分别在各自的循环路径上移载，实现分段运行。例如当工装台沿A传送带运行到“左二”前位置A3，则开始进行移载检测，如果“左二”处于空闲时(无工装台在上面，也没有工装台堆积在B传送带出口点B3时)，“左二”将会进入移载程序，这时工装台继续运行到就位位置A4触动行程开关，则“右一”气缸会顶升，把工装台顶起来，“右一”传送带启动运行，把工装台送到对面的B4点，然后气缸放气，工装台放下。这就完成了一次A向B的工装台移载。而对面的工装台也可按相仿的顺序从B5点转移到A5点。
(4) 中间移载传送带根据各循环路径上工装到位的先后顺序来排队，先到先走，解决两边冲突的问题。
(5) 移载传送带通过气缸顶升和皮带滚轮传送来实现工装移载。
(6) 现场有手/自动转换开关、脚踏开关用以实现手动操作。
(7) 整条线运行前先根据要求选择运行模式(即小段组合运行方式)。

3 PLC控制设计
3.1 PLC配置设计
      控制柜是整个试生产线的中核心，其中关键的设备是PLC。中试生产线选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及扩展模块。
      EC20系列PLC是高性能的通用PLC可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。
EC20的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式(梯形图、指令列表、顺序功能图)，方便地监控和调试，可在线修改程序。
(1) PLC设备配置
1个主模块EC20-3232BRA，继电器型输出，220VAC电源，32输入和32输出;
1个扩展模块EC20-0808ER，继电器型输出，8输入和8输出。
(2) 输入设备配置
输入设备有:
●旋臂式行程开关，用于工装台的位置检测;
●限位开关，用于工装台、运动机械、气缸的到位检测;
●脚踏开关，用于装配工位上的人工操作;
●转换开关，用于操作模式的选择，在控制柜和装配工位上，控制柜上是整体运行模式的选择，装配工位上是手/自动切换。EC20输入端是漏型输入，因此输入设备采用EC20模块的COM点为输入接线回路端。

(3) 输出设备配置
输出设备有:
●继电器-电磁阀-气缸，PLC输出点通过控制继电器来控制电磁阀，电磁阀再控制气缸的进气和排气，从而实现气缸的顶升和下降，继电器-电磁阀-气缸的组合是通过电气输出的接点控制气动操作设备的一种有效手段;
●继电器-接触器，PLC输出点通过控制继电器来控制接触器，从而实现电机的启停操作、设备的开关及其它电路的通断，继电器-接触器的组合是用小容量的输出点来控制大容量的电气回路的正确方法;
●继电器，PLC部分输出控制可通过继电器直接进行，如指示灯、蜂鸣器等小容量电路。
一般情况下要注意PLC的输出点不应用于直接接入和控制各种被控制电气回路，要通过继电器等元件来提高控制容量，以及起到隔离的作用。
3.2 PLC的顺序步骤程序设计要点
      环形生产线的运行，主要的流程都是按顺序进行操作的。大多数情况下工程技术人员采用的是梯形图的编程方式，也有少量采用指令列表的方式。顺序功能图的方式还不十分为广大技术人员熟悉。这里讨论的是采用梯形图编程时的顺序步骤程序设计。
      在编程前，需要把设备的流程转变为顺序的逻辑流程图。第二节中所讨论的流程，是一种操作的外在现象和设计思想，而程序的逻辑流程图，则是准确到包含以下及其他未说明的jingque设计:输入检测和受控设备的动作配合、步骤的准确衔接、操作的延时长短设置、操作的条件和限定、对人和设备保护防护设限、动作先后判断及优先选择、故障的诊断和显示、故障后的保护和恢复等。
      如果设计和编制程序时，不编制流程和顺序控制点，不设置顺序控制点的代表元件，则程序做出来的可读性、可维护性会很差。比如一台电机的启动，如果仅是套用一堆输入、延时、条件、限制逻辑在PLC输出线圈之前，其中没有一个代表顺序的触点元件，那么就是上述无序编程的典型做法。当程序点数增多，后就可能导致程序的编制难以控制，出错可能性大，调试非常困难、维护和调整难以下手。
中试生产线的编程，采用了两项主要的编程方法。
(1) 顺序步骤程序设计
      顺序步骤程序设计，是将一长串流程分解为一个个步骤，每个步骤单独完成一项逻辑运算和动作。在每个步骤上，都设置一个人为的标志位，用以明确表示当前运行的步骤，并通过此标志位限定设备的输出，达到使整个系统按照步骤严格运行的目的;并使得整个程序的条理清晰，各步骤逻辑简洁明确，有利于日后的维护和修改。
如图2为中试生产线上“左一”单向移载传送带的编程示例:

　 碳素成型机是碳素厂的关键生产设备,主要完成计量、原料输送、高压震动成型、出料几步工序,我公司选用艾默生TD3000系列变频器和三菱PLC相结合,完成对送料小车电机和震动电动的控制。根据工艺特点,小车电机和震动电机不同时工作,但是,两台震动电机要求同时工作,速度一致。
　　 主要设备配置:
　　 小车电机:功率3.7KW,额定电流:7.5A
　　 震动电机两台:单机功率8.5KW,额定电流:18.4A
　　 工作流程:
　　A:小车工作程序如图1所示
　　

　　小车将原料从起点S1送到终点S4,再从终点S4返回到起点S1,为了提高工作效率,要求加减速时间尽量短。工作频率为35HZ,低速频率为10HZ。
　　 B:震动电机的工作程序如图2所示:
　　

　　有两种震动速度,高速震动频率为50HZ,低速震动频率为15HZ,负载为偏心轮,15HZ——25HZ为机械共振带。停车时间要求限制在20秒之内。
　　为了节约投资,提高效率,根据工艺特点,我们选用一台变频器完成对小车电机和震动电机的控制,完成两种不同的控制过程。如图3所示。
　　

　　通过交流接触器的机械连锁,实现两组电机之间的独立工作,由于变频器不能对不同功率的电机实施保护,所以电机配备了单独的热继电器KH1、KH2、KH3。
　　 在两种控制过程中一共有10HZ、35HZ、15HZ、50HZ、四种工作频率。我们采用1了多段速工作方式,通过多功能端子X1、X2、X3的组合切换来实现。
　　 为了避免机械共振对设备造成损坏,通过设定跳跃频率为20HZ,跳跃范围为5HZ,有效的避开了共振带,取得了很好的效果。
　　 在两种工作方式中,虽然负载特性不同,但是皆要求有较短的加速、减速时间,所以我们配了1500KW 40W的制动电阻。小车电机功率小,只有3.7KW,我们选择了较短的加减速时间——2秒,通过设定加速时间2和减速时间2,并且采用多功能端子X5相配合来实现,工作情况良好。震动电机负载较大,而且为偏心轮负载,要求启动力矩大,启动时间长,开始我们选用直线加减速方式,加速时间从小到大逐步调整,电机启动电流较大,大可到50A,经常出现(E001)变频器加速运行过电流;减速时惯量较大,减速时间长,采用自由停机,从高速震动到完全停机需要85秒左右。所以对参数的设定有较高的要求,为了适应负载的工作特性,并向艾默生技术人员——刘振武先生多次请教,经过反复的调整,我们采用了S曲线加减速的方式,并将S曲线起始时间调整为30%,S曲线上升段时间调整为31%。加速时间1调整为36秒,减速时间1调整为16秒,获得了好的控制效果。启动电流,比直线加减速方式降低10A左右,降到40A以下,避免了频繁出现的变频器加速运行过电流(E001)。采用减速停机配合直流制动的工作方式,停车时间为13秒。只有自由停车时间的六分之一。根据具休工艺情况,对低速震动和故障报警采用了自由停车方式。
　　 经过以上多种控制方式的相互配合,取得了较好的控制效果,不仅高效、节能,而且运行平稳。
　　 在本次调试过程中,通过和多种进口变频器的比较,对TD3000系列变频器有了进
　　一步的了解,不仅功能丰富,而且质量好。同时也对艾默生技术人员及时周到的技术支持表示感谢。但是由于负载为一施二,所以,其矢量控制功能没有得到充分的利用。
　　

图1 指令树中的库指令

(3) 编程时使用SM0.1—调用子程序MBUS_INIT进行初始化，使用SM0.0—调用研究MBUS_SLAVE，并指定相应参数。关于参数的详细说明，可在子程序的局部变量表中找到。
示例参见图2:

图2 调用MODBUS通讯指令库
图2中参数意义如下:
●模式选择:启动/停止MODBUS，1=启动;0=停止;
● 从站地址:MODBUS从站地址，取值1~247;
● 波特率:可选1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600;
● 奇偶校验:0=无校验;1=奇校验;2=偶校验;
● 延时:附加字符间延时，缺省值为0;
●大I/Q位:参与通讯的大I/O点数，GForce-200的I/O映像区为128/128，缺省值为128;
●大AI字数:参与通讯的大AI通道数，可为16或32;
●大保持寄存器区:参与通讯的V存储区字(VW);
● 保持寄存器区起始地址:以&VBx指定(间接寻址方式);
● 初始化完成标志:成功初始化后置1;
● 错误代码:0=无错误。
(4) 注意的问题
      调用Step7-Mciro/WIN32 V3.2 Instruction Library(指令库)需要分配库指令数据区(Library Memory)。库指令数据区是相应库的子程序和中断程序所要用到的变量存储空间。如果在编程时不分配库指令数据区，编译时会产生许多相同的错误。
      由子程序参数HoldStart和MaxHold指定的保持寄存器区，是在GForce-200 CPU的V数据存储区中分配，此数据区不能和库指令数据区有任何重叠，否则在运行时会产生错误，不能正常通讯。注意Modbus 中的保持寄存器区按“字”寻址，即MaxHold规定的是VW而不是VB的个数。
3 Modbus RTU协议测试
      包含Modbus RTU从站指令库的项目编译、下载到CPU中后，在编程计算机(PG/PC)上运行一些Modbus测试软件可以检验GForce-200的Modbus RTU通讯是否正常，这对查找故障点很有用。测试软件通过计算机串口(RS-232)和PC/PPI电缆连接CPU。
(以ModScan32测试软件为例作以检测说明)
3.1 测试软件
测试软件ModScan32如图3所示。

图4 ModScan32通讯参数设置
4 MODBUS RTU地址与GForce-200的地址对应关系
MODBUS地址总是以00001、30004之类的形式出现。GForce-200内部的数据存储区与MODBUS的0、1、3、4共4类地址的对应关系如附表所示:
附表 MODBUS地址对应表

说明:其中T为GForce-200中的缓冲区起始地址，即HoldStart。
如果已知GForce-200中的V存储区地址，推算MODBUS地址的公式如下:
MODBUS地址=40000+(T/2+1)
其中T为偶数。
5 结束语
      Modbus RTU作为一种工业控制器的网络通讯协议，其在如今众多的控制器之间进行联网、监控、相互通讯等方面发挥着重大作用，本文以典型的GForce-200控制系统为例，详述了如何应用Modbus RTU通讯协议以及检测方法，使得控制器之间的通讯变得更加简易和清晰。