西门子6ES7277-0AA22-0XA0详细资料

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1　引言
    FA506型细纱机是目前成纱质量好，自动化程度高，操作简单，便于管理的环锭细纱机，适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序，尤其采用PLC作控制器，不但提高了控制精度，而且解决了生产管理方面存在的许多缺陷，可纺织造、针织等所用的细纱。FA506细纱机电气控制系统用PLC控制整个纺纱过程，纺纱过程所需的自动开车、钢领板自动升降、中途停车后能自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等功能。能设定显示纺丝的工艺参数，实现定长落纱和锭子速度曲线控制以及班产累计等功能。对纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等进行计算并自动显示，并依据机上各部分传感器自动协调控制。采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。

2　系统构成
2.1硬件组成
    FA506细纱机电气控制系统的硬件构成包括以下几个部分：传动部分、检测部分、变频器、可编程控制器、人机界面、数字通讯。见图1。
    ⑴传感器、指令开关信号输入部分
    部分由主轴、前后罗拉传感器、成形桃轮位置传感器、钢领板行程传感器和指令开关组成，主轴、前后罗拉传感器用来测速，由PLC计算出相应的锭速、纺纱长度、产量、牵伸倍数、捻度、细纱号数等；成形桃轮位置传感器使停车时能按一定顺序和位置停车，有利于下一次开车，减少开车断头，实现纱线自动留头；钢领板行程传感器用来确定钢领板在开车、满纱、落纱时的位置；指令开关用来发送开车、中途停车等指令。
    ⑵数据检测部分：数据检测部分由主轴、前罗拉、后罗拉传感器组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前、后罗拉的运行数据，为计算班产、锭速、牵伸倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。
    ⑶传动部分：包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、自动润滑装置、自动清洁装置、变频器、落纱电源、各种开关等。
    ⑷变频器锭子速度控制：该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据PLC传输的锭子速度控制曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。
    ⑸PLC部分:该部分由松下Fp0 plc构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。
    ⑹MD506L参数设定显示单元: MD506L与PLC之间以PPI协议通讯，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。
    ⑺数字通讯部分：该部分由触摸屏MD506L通讯口、PLC 通讯口和变频器的RS485部分构成，触摸屏MD506L与PLC 通讯口以RS232C协议通讯完成参数设定显示，PLC 通讯口与变频器的RS485以自由口协议通讯完成锭子曲线控制，数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争力。
   ⑻其它执行机构：该部分包括吸风电动机、钢领板电动机、自动润滑装置、吹吸风电动机、落纱电源、制动器和信号灯，由连接到PLC输出点的接触器驱动或由PLC输出点直接驱动。

图1 系统硬件构成图

2.2系统软件和组态
   （1）MD506L组态软件。MD506L触摸屏共组态有21幅画面，可进行菜单式操作，键盘式数据输入，可图形显示，多种提示信息可指导操作，故障诊断信息，方便维修。开机首页中组态有：纺纱长度、锭速、前罗拉速度、细纱号数、捻度、工作班次、班产量、总产量、时间、纺纱长度显示图形及[报警信息]、[班次选择]、[主菜单]选择按钮。主要数据都在本页显示出来，按选择按钮可切换到相应页进行操作。在主菜单页中可按屏上按钮[参数查阅／设定]、[查阅产量／清零]、[三自动选择]、[时间设定]、[触摸屏校准]及[注意事项]等可切换到相应页面，根据密码锁位置的不同，按相同按钮会切换到不同页面，从而拒绝没有权限的人员对参数进行修改。当操作人员输入数据时，显示屏会自动显示操作键盘和数据的设定范围，若输入不正确或超出范围，显示屏会显示出错信息，输入的数据不被接受。
   （2） PLC程序。FA506细纱机电气控制系统软件分为：包括过程控制程序和测速计算程序、速度曲线控制程序和参数数据保存程序几个部分：
   ·　过程控制程序：根据输入点的指令开关信号、成形桃轮位置传感器、钢领板行程位　　
　　置传感器信号和触摸屏设定的参数进行纺纱过程的自动控制。
   ·　测速计算程序：运用PLC的高速计数器和普通计数器对主轴、前后罗拉测速传感器
　　的信号进行统计，再经过计算得到需要的数据显示到触摸屏上。
    ·　速度曲线控制程序：包括SMB130自由口通讯协议初始化，数据计算、发送、接受，
　　发送中断，接受中断。
   ·　参数数据保存程序：将重要的37个参数数据共148字节的内容用程序方法写入
　　EEPROM中，当某一数据发生更改则重新写入。
   ·　数字通讯部分和锭子运行曲线部分：主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数据
　　传输。FP0 PLC通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式后,程序通过接受中断以及发　
　　送指令控制通讯口的操作。在自由口通信方式下通信方式由程序梯图控制。FP0还
　　定义了波特率、校验方式和数据长度。为了使锭子运行曲线平滑，在设定的点与点
　　之间采用数据建模的方法拟合发送参数。其中参数设定菜单程序框图如图2。

图2 参数设定图

   （3）编程用到的主要计算。
   主轴测速传感器脉冲宽度的计算
 
式中：
    P —脉冲宽度；
    r主轴— 主轴转速，r／min；
    Ф磁块— 磁块直径(霍尔传感器触发用)值为8 mm；
    D传感轮—传感器轮直径(外径表面装磁块)值为90 mm。
    以通常主轴转速 主轴1500 r／min计算，则可算出P的值为1.13 ms，这一值小于PLC程序扫描周期，因此在编程时对主轴测速应采用高速计数器，否则计数不准确，传感器也应有足够大的开关频率。
根据设定锭速计算出变频器频率根据以下两公式：
 
 
式中：
    r锭——锭子转速，r／min；
    r电动机- 电动机转速，r／min；
    D - 电动机皮带轮直径，mm；
    D2-主轴皮带轮直径，mm；
    D -滚盘直径，mm；
    D -锭盘直径，mm；
    r额定-电动机50 Hz额定转速；
    F —变频器输出频率，Hz；
    σ—锭带厚度。
    可导出以下公式用于在编程中把设定的锭速换算成变频器输出频率：
 

3　数字通讯应用特点
    该控制系统大特点是应用数字通讯方式完成人机界面与PLC以及PLC与驱动器之间的数据传输。以往我们进行锭子速度曲线控制时只能选用模拟量来控制变频器运行，这样增加了硬件成本且控制精度较低。采用数字通讯后，由于介质为RS485，所以硬件仅为一根屏蔽线，且抗干扰能力增强，为实现联网传输控制参数提供了条件，降低了控制成本。数字通讯要求软件设计严谨，软件编制达5K。

4　结束语    
    FA506型细纱机控制系统前身采用PLC开关量控制合外协参数仪构成，全机控制精度低，可靠性合抗干扰能力差，系统成本较高。采用PLC构成控制系统后，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高、可靠性合抗干扰性能较优。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，极大降低了系统成本，单机实现成本降低达控制系统的10%左右，极大提高了产品盈利能力，具有广阔的应用前景。

1 引言
    组合开关是一种具有高可靠性,并可方便实现多种控制功能的隔爆型电器设备, 主要用于煤矿井下具有爆炸性气体及煤尘的环境中,对额定电压为3300v（1140v或660v）,额定电流分别为 200A—400A的电动机进行顺序启动,延时启动，停止，双机双速和换向控制.目前国内组合开关产品的控制部分主要是由抗干扰性强，可靠性高的可编程控制器（简称PLC）来实现的。
在此类PLC控制系统中，为了使操作人员可以根据系统需要方便无误的置入和修改参数，并实时地监视系统的运行情况，需要借助一个友好的人机界面（简称HMI）装置--触摸屏来实现。
本文根据实际项目经历，针对西门子TP170B colour触摸屏在基于PLC的组合开关控制系统中的应用作出了整体的分析与设计。

2 系统结构及硬件组成
    本系统控制功能比较简单，只需一台PLC及其相应的扩展模块即可。编程器拟采用普通PC机来替代，通过PLC和触摸屏各自的通讯口，分别对其导入相应的程序文件。触摸屏通过MPI电缆与PLC的另一通讯口连接，实现与PLC的通讯，系统结构框图如下所示：

3 系统工艺简介
    本组合开关内设8组独立控制回路 ,每组可以单独控制一路负荷。根据煤矿井下的特殊环境以及刮板输送机等设备的实际运行情况 ,该控制系统设计有单机、程控、双速（手动/自动）等多种工况控制方式以满足系统控制要求。为了保证被控电机能安全可靠地运行 ,该控制系统每组控制回路中都设计有一些必要的保护功能，如漏电闭锁保护，电流保护，电压保护以及断相保护等。
    当组合开关任一支路合闸前 ，PLC的CPU 首先要对系统进行初始化，然后采集各支路负荷的整定输入参数 ,判断系统的控制方式 ,并启动漏电检测电路对被控线路及电动机进行漏电检测。若存在漏电故障 ,CPU会闭锁本支路的合闸回路 ,并显示此故障信息。确认无漏电故障时，该回路则进入正常运转状态。正常运转时，需要把系统的运行参数，工况控制方式以及运行中发生的故障等信息实时地显示出来以供操作和维护人员参考。

4 触摸屏组态画面设计 
    西门子系列的触摸屏配有专门的画面组态软件－SIMATIC PROTOOL/PRO CS，此软件提供了多种控件和图形库文件，可组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态，当前过程值及故障的可视化。利用人机界面操作被监控系统，对PLC的实时数据进行显示，记录，也可以设计动态画面来模拟控制过程，从而满足监控要求。
    作者在充分了解本系统工艺的基础上，对本系统的触摸屏界面作出整体规划。终画面分为两大部分：
    （1）画面显示部分
  运行参数画面显示（见图2）
  运行工况画面显示（见图3）
  故障画面显示（见图4）
    （2）参数置入部分（见图5－12）
主要包括8个回路的参数整定和输入，如回路的额定电流、速断电流倍数、运行方式等。操作人员根据系统实际需要输入相应的参数数据。
具体来讲，本系统组态画面主要由如下几个控件对象组成：
    （1）文本域
文本域和PLC没有任何链接，它们对用户输入不作出反应，并且在运行时不能在操作单元上被修改，主要用于对其它对象或控件的一种文本解释。
    （2）输出域
输出域是用来在操作单元上显示来自PLC的当前值。一般来说，在将输出域的变量和PLC的变量地址链接后，还需设定其上、下限值，如果PLC的输出值超过指定范围的数值时将被拒绝显示。
    （3）状态区
状态区是一个显示元素。根据组态，可以组态一个报警指示器，显示不能从操作单元上看见的设备单元的状态(如电机)，或者组态一个指示灯，其颜色根据相关的状态变化而改变或闪烁。
    上述各控件对象的添加和设置步骤大致相同，如下：
    (1) 在画面内单击鼠标右键，从“插入对象”选项中选择所需的控件，并摆放至合适位置；
    (2) 调整所添加控件的大小，并在其属性中设置所需参数（如文本，字体，颜色等）；
    (3) 有些控件还需要和PLC中的相应I/O接点及存储单元链接起来，以实现PLC的控制及参数输入信息、PLC当前过程值及故障信息等向触摸屏的输出（如输出域，状态区等）。
设计好的各画面如下： 




图 5（图6－12的画面和图5相同，可略）

5 触摸屏操作控制的实现
    由于该触摸屏需安装于隔爆腔内，从而无法实现触摸控制功能，故其实际上仅作为液晶显示器来使用，其控制以及参数置入、修改等操作，均由隔爆外壳上的6个隔爆按钮（S1－S6）来实现。按钮的接点直接与PLC的输入口联接，各自功能及链接变量如下表所示：

6 模拟测试
    本组态软件还提供了对未使用PLC连接的项目模拟测试程序。从菜单中选择“文件”>“测试”>“启动模拟程序”即可启动此模拟程序。
运行此程序后，在模拟程序表中指定合适的值，用于测试变量的显示是否有误。模拟表中的值在模拟期间将由运行系统读取，这样以来，就模拟了一个PLC的连接，从而完成了组态项目文件的离线测试。

7 组态文件的下载
    在下载组态文件之前，应首先检查触摸屏电源接线是否正确；然后将触摸屏的通讯接口（RS232 1F2）和PC机的RS232端口相联；后经编译无误后执行下载命令即可将组态文件写入到触摸屏的内存中。

8 触摸屏与PLC的连接
    组态文件下载完成后，首先应先对触摸屏的通讯口的通讯参数进行设置，然后通过编程器设置PLC的通讯参数，使之与触摸屏一致（主要是通讯协议和通讯波特率参数）。上述工作完成后，打开电源，将PLC置于运行档，两者就建立了连接并可以互相通讯了。

9 结论
    把触摸屏应用到以PLC为核心的控制系统中，操作人员不仅可以随时查询，监视到当前系统运行工况，故障等信息，而且可以十分方便的实现系统控制参数的输入和整定，确保了整个控制系统安全、可靠的运转。