6ES7223-1PM22-0XA8详细资料

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一：引言
塑钢门窗近几年在国内方兴未艾，传统塑钢门窗都是推拉窗，但推拉窗气密性和开启方式等方面存在一系列不便和缺陷，而随着人们生活水平的提高，平开翻转窗开始进入市场。平开翻转窗和推拉窗的结构区别在于五金件上，目前国内平开翻转窗五金件主要从国外进口。北新建材(集团)有限公司2001年在国家经贸委的支持下上马条全自动门窗五金冲压线，对于生产出来的五金件质量的寿命检测是一个新的问题。
五金件质量的寿命检测目前国内没有标准，我们参考欧洲的标准主要有以下几方面要求：
1：开启寿命：要求不低于50000次，动作要求模拟人工开启门窗，即先平开，执手在开关位置时（如图1中位置），为起始位置。逆时针转动90。　到平开位置，水平向外平开，窗扇开启大约35。(以平开转轴位置为轴心)，然后关闭窗扇，将执手顺时针旋转90。　到关闭位置；平开动作结束，执手回到开关位置时，再将执手逆时针转动180。　到上悬位置，向外、向下拉平开上悬，窗扇开启大约15。(以平开下转轴位置为轴心)，然后关闭窗扇，将执手顺时针旋转180。　到关闭位置；此平开与上悬为一个动作周期，为一次平开上悬开启。
2：开启频率：检测频率为5次/分
3：开关门窗力不大于100N，开启执手力矩不大于1N.m;
据笔者在国内和欧洲五大五金件生产厂参观的结果看，主要是用气缸来实现以上动作，虽然基本可以实现动作，但如果窗型复杂，这种设备适用的灵活性和方便性极差，我们考虑用伺服电机和滚珠丝杠来实现以上动作并克服其弊端，设备已调试完毕，运行效果良好。
　　　　　　
二：系统设计
　
1． 系统结构上面如1图是我们要用来做实验的窗体图。
其中1为平开转的方向
2为上悬转的方向
3为执手，如图执手在开关位置，即窗户关闭的位置　
下面如2图是设备的结构简图2图中1，2号为伺服电机，其中1号电机用于转把手，2号电机用于推拉窗户，2号电机的出轴用的是丝杠。1，2号电机的出轴分别加装扭力和拉力传感器，图中3的长杆作用于窗善的执手处，
2．系统工作原理
我们用两台伺服电机，这里我们选用了三菱公司的MR-J2S-A型伺服电机，一台用于开执手，一台用于开窗扇，用三菱公司的FX2N型PLC控制整个系统的协调工作，系统的状态由触摸屏来显示和调整，如工作频率和次数的设定，实际工作次数、系统故障原因及拉力和扭力的显示。拉执手的长杆在执手
接头处有一类似于机器手的万向接，便于换向。
现将系统的工作流程描述于下：
1） 在触摸屏上设定工作频率和次数和窗型大小。
2） 在操作台上选定是要进行平开检测还是要进行平开上悬开检测（以下以平开上悬为例描述），启动任务，系统开始运行。
3） 首先1号伺服将执手逆时针旋转90º到平开位置，即将执手置于水平位置。
4） 2号伺服沿丝杠方向将窗扇通过执手往外平开，窗扇开启大约35。(以平开转轴位置为轴心，即1图中的2处)。
5） 2号伺服沿丝杠方向将窗扇通过执手往里关上。
6） 1号伺服将执手顺时针旋转90º到关闭位置，即起点位置。以上完成一次平开检测。
7） 1号伺服将执手逆时针旋转180º到上悬位置，即和窗扇平行位置。
8） 2号伺服沿丝杠方向将窗扇通过执手往外平开，窗扇开启大约15。(以平开下转轴位置为轴心，即1图中的1处)。
9） 2号伺服沿丝杠方向将窗扇通过执手往里关上。
10） 1号伺服将执手顺时针旋转180º到关闭位置，即起点位置。以上完成一次平开上悬检测。
以上是实验机的工作流程，由于窗型大小不一，窗扇开启35º时，2号伺服
沿丝杠方向行走距离不一样，所以每次实验开始必须要在触摸屏上选定窗型大小，另外有外平开和平开上悬窗户的区别，它们的工作流程也不一样，所以要在工作前选好，否则会损坏五金件。

三：硬件设计
根据系统工作原理和工艺要求，为了使系统具有广泛的灵活性和适用性，电气系统图如图3。PLC共50点，其中30点输入，20点输出，为了节约成本，考虑到本系统的特性，我们用2块单轴位控模块来控制两个伺服电机，触摸屏和PLC间通过RS232串口通讯，由于工艺要求在开关窗户时需要测量扭执手和拉窗扇的力，便于分析五金件损坏的原因，我们分别在两个伺服电机的出口装了拉力和扭力传感器，传感器的信号给称重仪进行变送输出，称重仪可以设定拉力或扭力的上限值，通过开关点输出给PLC，而工艺要求在触摸屏实时显示拉力和扭力值，我们用触摸屏的RS485口和两台称重仪RS485口实时通讯，方式是根据地址和它们分时进行。另配微打随时打印拉力值和扭力值，微打和触摸屏的LPT口直接相连。
由于伺服电机的特殊性，每工作一段时间我们需要找一次各电机的零点，保证每次工作循环在同一原点，所以用了两个接近开关用作两个伺服的原点检测。
四：软件设计
系统软件分为PLC系统控制程序和触摸屏与称重仪及微型打印机的通讯程序。系统控制程序用梯型图编制，主要完成系统的逻辑控制，使得系统各设备能协调工作.PLC控制程序分为手/自动程序，其中手动程序是将一个完整的自动过程分解成四步：平开打开，平开关闭，上悬打开，上悬关闭，其主要用于调整用。而自动程序分为自动平开和自动上悬。对于本程序来讲控制伺服部份的程序是关键。通常情况下，伺服电机一般用于单一目的送料或单一轨迹的行走，但本程序中，每个程序周期中伺服的行走轨迹每一步都要变化，因此要实时的跟踪伺服所处状态，即伺服是处于运行还是到位状态。本例中我们用了八个数据寄存器D0-D7，D0到D7中分别是伺服每步移动的距离值，程序流程图见图四。伺服控制器中有一个专门的缓冲区存取伺服马达每转一圈所需脉冲数，伺服马达每转一圈移动的距离，伺服马达的高速度和运行速度，伺服马达目标移动距离等系统数据。程序运行的每个分步完成后，将D0—D7的值分别送到伺服的缓冲中去，同时D0—D7的值要在触摸屏上能显示和修改，因为对于不同的窗型D0—D7的值不同，同时在触摸屏上也要求能修改伺服的运行速度和工作循环次数，这样大大的提高了设备的工作效率和灵活性。
另外本系统中有两台称重仪要和触摸屏通讯，由于是采用RS485串口通讯，触摸屏一个时刻只能和一台称重仪通讯，因此我们采用分时的方式分别和1＃，2＃称重仪通讯，从而将拉力值和扭力值在触摸屏上显示。
本系统成功地克服了用气缸进行的门窗实验机的缺陷，具有很高的灵活性和广泛的适应性，填补了门窗实验机的空白。

1． 前言
发酵工程，利用细胞大规模培养技术，已深入到医药、轻工、食品、农业、环保各个领域，在国民经济中占有很大的比重。提高发酵水平，具有重要的经济和社会意义。基于参数相关的发酵过程多尺度问题研究的放大和优化技术的理论，在发酵工程放大和优化上取得了很大的成绩。[1]　　由于发酵过程的复杂性和高度非线性等诸多因素和多容量过程特征，使系统具有动态性和难以预测性，同时发酵过程严酷的工况条件，如高温、高湿、长周期发酵等都对生物反应器控制系统提出了严格的要求。以FX2n系列PLC为主控制器的生物反应器控制系统,　是新的发酵工程放大和优化理论的支撑工作平台。
2． 控制系统技术要求
1） 生物反应器控制系统的数据采样对象，温度、pH、溶解氧等环境参数是连续量。
2） 执行器，大部分是开关量，如电磁阀、隔膜阀等各类阀门，间隙工作的各类补料泵等。
3） 另有部分模拟量输出，如搅拌电机转速控制等。
4） 过程特征变量一般分直接变量和间接变量。发酵工程，是生物反应过程，过程特征中含有许多难以直接测量的生物变量，如摄氧率OUR，二氧化碳释放率CER，呼吸商RQ等，这些间接变量对基于多尺度法研究的新的发酵工程放大和优化具有极为重要的意义，只能把直接测量得到的直接变量，使用软测量技术，经函数运算，映射得到。直接测量的精度，稳定性和控制系统的运算能力决定了整个系统的品质。
5） 随着Internet技术的推广[2]，现代信息技术正在进入到每个领域，并且基于参数相关的发酵过程多尺度问题研究的放大和优化技术的理论，是个全新的概念，正在逐步发展，需要国内各方面专家的协同努力，本系统应具有开放的通讯接口，在车间范围内组成局域网，并通过Internet　，使远方终端可以浏览现场数据，或进行干预。
3． 系统的组成
根据上述技术要求和以往的经验，我们觉得选用三菱公司的FX2n系列PLC是合适的。FX2n系列PLC有各种扩展模块可以选择，如FX2n-4AD-PT,　FX2n-4AD,　FX2n-232-Bd等扩展模块，适合模拟量的输入和数据通信；开关量可以直接输出；FX2n系列PLC指令集丰富，涵盖大部分运算。双字节浮点运算指令满足测量和运算的精度。
现场jingque传感器检测各种物理，化学，生物参数，输入FX2n-4AD-PT和FX2n-4AD等摸块，PLC运算后输出控制执行器，并和车间操作站数据交换。
　　人机界面采用三菱公司的A975GOT-TBA-B,　10.4英寸液晶屏带触摸键，画面丰富，还编制了多幅用户帮助画面，提供在线帮助，界面友好。
现场控制站安置在生物反应器旁，各类传感器和PLC安装在同一控制柜内,　变送器、PLC等供电回路加配交流滤波器。通讯用双绞电缆链往车间操作站，与PC-BASED结构相比,简化了现场布线。
车间操作站IPC,　带有以太网口，可以和其他PC机组成局域网；C++　编写的多线程，多任务软件包，完成数据分析，趋势曲线，查询，打印等功能，并集成了TCP/IP,　便于远方终端在Internet网上访问　。
图1是系统配置示意图。4.　主要控制算法和PLC指令
相同的算法可以调用相应的子程序。
1） 带不灵敏度区的分程控制　　温度、Ph等参数的控制规律如式1：式中　　Δ-----　　　│设定值　–　测量值│（误差）
　　　　P　------　比例系数（单位:　被控制量）
　　　　FS　-----　　　大开启时间（单位:　秒）
　　　　MS　----　　　小开启时间　(单位:　秒)
　　　　NSB　---　　不灵敏区　（单位:　被控制量）

PLC程序中使用了区间比较16位指令ZCP。需注意的是执行该指令后，
　　要执行区间复位指令ZRST。图2是带不灵敏度区的分程控制

2)　扩展模块的初始化和pH　、DO　电极的标定图2　　带不灵敏区分程控制

FX2n-4AD,FX2n-4AD-PT　等模块在次使用时，要根据被测工程量范围、滤波常数等初始设置；pH　,DO　等电极在正式使用前要标定，f(x)=ax+b,　用标准缓冲液定出a、b　使用双字节浮点运算指令FLT,　BCD,　DEADD,　DESUB,　　DEMUL,　DED等。
3) 数据的存储
　　PLC检测到的数据在送往操作站存储同时，也在PLC中实时存储，以提高系统的冗余度。
一般认为PLC不容易数据采集和存储[4]，FX2n　为我们提供了8K字存储区，可以满足每批发酵的数据量。我们使用了两种方法：1.定时采集　　每隔一段时间采样一次,存储后,指针加1,　存储格式固定,　存储区的长度与已存数长度相配,不存时间。2.变化采集　　　当被采集的参数的变化值大于预定的记录精度,把此时的数据和时间存入存储区。使用变址寄存器V，Z，改变软元件地址号，对文件寄存器地址号变址修改。
4) 软测量技术的实现
　　jingque传感器测得信号后，PLC根据预设的生物数学模型运算，得到不能直接测量的间接变量[3]。如细胞代谢流信息之一摄氧率OUR，摩尔氧表示：式中　　　Co2--------　　溶解氧浓度，mol/m3
　　　　　Fa,i　------　　进入发酵液的空气体积流量，　m3/h
　　　　　Fa,i　------　　排出发酵液的空气体积流量，　m3/h
　　　　　V　---------　　发酵液体积，　m3
　　　　　F　-----------　　流加补料速率，　　m3/h
　　　　　no2,i------　　进入发酵液的空气中氧的体积分数；
　　　　　no2,o------　　排出发酵液的空气中氧的体积分数；
　　　　　ro2---------　　氧利用率，mol/m3h

系统趋于稳定时，使用FX2n的双字节浮点运算指令，求取ro2　。
5.　小结
以FX2n系列PLC为主体的生物反应器数据采集和控制系统，性能稳定,　使用于发酵工程放大和优化，取得了很好的成绩，现已推广应用于疫苗、微生态制剂、生物农药、生物肥料等医药、食品、农业、环保等行业，并在我国(包括传统生物技术和基因工程技术在内)发酵行业装备现代化技术改造和信息化进程中发挥了积极作用。本文研究的系统作为项目：”基于过程参数相关的发酵过程优化与放大技术及其生物反应器装置研究”的组成，被评为2OO1年上海市科技进步一等奖1 引言
    可编程控制器PLC外部接线简单方便，它的控制主要是程序的设计，编制梯形图是常用的编程方式，使用中一般有经验设计法，逻辑设计法，继电器控制电路移植法和顺序控制设计法，其中顺序控制设计法也叫功能表图设计法，功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。这是一种先进的设计方法，对于复杂系统，可以节约60%~90%的设计时间.我国1986年颁布了功能表图的国家标准(GB6988.6-86)。有了功能表图后，可以用四种方式编制梯形图，它们分别是:起保停编程方式、步进梯形指令编程方式、移位寄存器编程方式和置位复位编程方式。本文以三菱公司F1系列PLC为例，说明实现顺序控制的四种编程方式。
    例如:某PLC控制的回转工作台控制钻孔的过程是:当回转工作台不转且钻头回转时，若传感器X400检测到工件到位，钻头向下工进Y430当钻到一定深度钻头套筒压到下接近开关X401时，计时器T450计时，4s后快退Y431到上接近开关X402，就回到了原位。功能表图见图1:2  使用起保停电路的编程方式
    起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元件做中间环节，各种型号PLC的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。这种编程方法通用性强，编程容易掌握，一般在原继电器控制系统的PLC改造过程中应用较多。如图2为使用起保停电路编程方式编制的与图1顺序功能图所对应的梯形图，图2中只有常开触点、常闭触点及输出线圈组成。3  使用步进梯形指令的编程方式
    步进梯形指令是专门为顺序控制设计提供的指令，它的步只能用状态寄存器S来表示，状态寄存器有断电保持功能，在编制顺序控制程序时应与步进指令一起使用，而且状态寄存器必须用置位指令SET置位，这样才具有控制功能，状态寄存器S才能提供STL触点，否则状态寄存器S与一般的中间继电器M相同。在步进梯形图中不同的步进段允许有双重输出，即允许有重号的负载输出，在步进触点结束时要用RET指令使后面的程序返回原母线。把图1中的0-3用状态寄存器S600-S603代替，代替以后使用步进梯形指令编程，对应的梯形图如图3所示。这种编程方法很容易被初学者接受和掌握，对于有经验的工程师，也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很容易，使用方便，程序也较短，在顺序控制设计中应优先考虑，该法在工业自动化控制中应用较多。4  使用移位寄存器的编程方式
    从功能表图可以看出，在0-3各步中只有一个步在某时刻接通而其他步都在断开，把各步用中间继电器M200-M203代替，就很容易用移位寄存器实现控制。图4为用移位寄存器编程时的梯形图，采用移位寄存器M200-M217的前四位M200-M203代表4个步，组成1个环形移位寄存器。用移位寄存器主要是对数据、移位、复位3个输入信号的处理。该方法设计的梯形图看起来简洁，所用指令也较少，但对较复杂控制系统设计就不方便，使用过程中在线修改能力差，在工业控制中使用较少，大多数应用在彩灯顺序控制电路中。5  使用置位复位指令的编程方式
    如图5为使用置位复位编程方式编制的与图1顺序功能图所对应的梯形图。在以置位复位指令的编程方式中，用某一转换所有前级步对应的辅助继电器的常开触点与转换对应的触点或电路串联，作为使所有后续步对应的辅助继电器置位和使所有前级步对应的辅助继电器复位的条件。对简单顺序控制系统也可直接对输出继电器置位或复位。该方法顺序转换关系明确，编程易理解，一般多用于自动控制系统中手动控制程序的编程。