西门子6ES7241-1AA22-0XA0详细解读

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引言
　　塑料包装行业是随着机电技术的进步和塑料加工工艺的发展而壮大起来的，并逐步形成为一个独立的工业部门。上世纪六七十年代后，塑料原料已能大规模生产，塑料制品代替金属、木材、纸、纤维等材料制成的产品，在国民经济各部门和人们生活各个领域的应用越来越多。需求的不断增加使得中国塑料包装机械发展很快、生产出来的品种也越越来越多，大多已能供应国内塑料制品加工装备的需要，随着技术的不断更新，近年来以伺服系统为主要执行元件的塑料机械，以其速度快、效率高、能耗低、控制水平完善、性能稳定等优点迅速成为市场主流机型，并加快国产塑机自动化水平的进程。

一 制袋机的控制流程
　　塑料制袋机是由：热封切刀、伺服装置、变频装置、牵引皮辊、承切皮辊及控制器组成。
　　主要技术特征在于热封切刀安装在传动轴上，该轴由变频装置驱动，做上下往复运动；伺服装置驱动牵引皮辊，按照一定的速度，保证热封切刀在离开承切皮辊并再次到达承切皮辊之前，将所设定长度的塑料袋送过切刀；随后，热封切刀到达承切皮辊，将塑料袋封口，并切开。

　　该类设备主要用于加工塑料包装袋及各种规格的生活塑料袋，早期的设备采取的是刹车离合器等控制机构，后来改进为步进系统控制装置，现在又发展成为PLC及伺服电机加变频调速为主的控制机构。随着技术的更新进步，更高的定位精度和更好的稳定性，将直接导致所制胶袋的质量和效率不断地提升。

二 电气原理

　　人机界面，采用触摸屏，便于操作人员设置参数及对整台设备运行状态的了解，负责人机对话交流。界面上可设定定长封切或色标封切、切袋长度、送袋速度等，当选择为定长封切时，色标封切无效。
　　PLC做为核心程序的载体，负责脉冲信号的发送及各种控制信号的转化与流通，终控制各执行机构的运转与协调。PLC程序根据伺服机构的机械传动比、伺服驱动器的电子齿轮比、伺服电机絯码器的线数以及出料辊的周长，计算出伺服驱动器接收一定数量的脉冲，伺服电机就驱动出料辊转动，带出一定长度的胶袋，实现定长控制。
　　色标传感器、到位信号，做为传感元气件，负责时间的判断与控制信号的发出，使执行器件之间确立逻辑关系。
　　主变频装置，负责热封刀的连续上下运动，同时控制出袋速度与效率。
　　伺服驱动装置，由驱动器、伺服电机、码盘反馈信号构成，作为主要运动机构，主要任务是完成定位精度的控制，严格执行来自PLC的脉冲指令控制，同时，保证在频繁启动负载下自身运动的平稳性与快速响应性，使伺服电机的一次送料转速满足切刀上下运行的时间要求。伺服性能直接反映了这台设备的整机性能与质量。

三 设备的工作流程
　　1)设备上电后，温控器控制封刀处加热器进行加热；
　　2)温度到达后，变频驱动装置驱动主电机通过机械传动装置控制切刀和封刀的上下往复运动。
　　3)切刀每向上运动一次，凸轮接通一次，伺服电机驱动出料辊夹着塑料薄膜带转动一次，切刀和封刀下切，胶袋形成；
　　4)设定个数到达或按停止键时，当前胶袋形成后停机，切刀和封刀停在高位停车处。
　　5)制袋机的工作方式
　　制袋机有两种工作方式：一种为空白袋封切方式，即伺服系统控制电机以PLC预先设置的脉冲数进行动作，直到脉冲数运行完为止，作为一个制袋周期，此种方式为非色标运行方式，也称为定长运行方式；另一种为追、色标封切方式，当选择钯标封切时，其过程如下，伺服启动信号导通，伺服电机按照PLC程序预先设定的运动曲线进行加速运动、恒速运动、减速运动、低速追色，如图所示，PLC接收到色标信号时，通过中断方式停止伺服电机。
　　一般追色长度为10mm，并且要求追色信号只能在追色范围内起作用，其它范围内需屏蔽掉其干扰信号。PLC程序在追色封切时，对追色信号记数，连续三次检测不到时，PLC停止各电机运转，并驱动报警器报警。同时PLC程序对批量记数，当批量达到预警值时，PLC驱动报警器进行报警提示。

　　6)出袋
设备调试完成后，系统就会自动按照设定的袋长、制袋数量、间隔时间进行裁切胶袋。

四 效果
　　经过客户的长期使用，设备运行稳定，控制效果良好，完全满足了工艺要求。实现了正常的生产需求

一 系统介绍：
　　确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气流量等是空压站自动控制的基本任务。空压机设备自带的单片机控制器已经能很好的控制单台空压机，但不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，系统的整体联控具有更重要的意义。
　　联控系统主要的功能是可以实现空压机机组（包括每台空压机的后处理设备）的联锁控制，能根据总管压力和空压机的运行状态智能地加卸载对应的空压机等以保证管网的供气稳定。
　　联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，具体工作模式参考《顺序控制与通讯协议手册》，而固定模式的启动顺序是保持不变的。
　　空压机联控系统图： 

　　工控机选用研华工控机，监控软件为组态王。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。
　　1#EC20PLC和2#EC20 PLC分别为两个空压机站的控制中心完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；
　　由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台PLC，改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。

二 设备工艺
　　PLC控制部分是系统的核心部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
　　就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。所以在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。
　　一个正常的供气流程如下：

　　把确定在网机组数与机组中间运行状态结合起来就构成了控制思路的基本环节。即通过压力报警确定机组数目需要增加或减少，如果已经在中间状态了加载、满载、卸载任意一个，就按增气或减气的方向移动中间状态直到运行到边界状态；当到达边界状态时按增气或减气的方向移动到下一台。当然如要稳定下来必须是在中间状态，边界状态是不能稳定的。

三 控制程序
　　空压机联控系统主要是PLC与单片机交换数据并确定每台空压机的运行方式。
    程序的编写主体上分两大部分：读数据部分和写数据部分，流程图如下，

　　（一）读取单片机的信息
　　根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。
　　在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

　　Modbus指令只需要一次上升沿作为发送使能，周期sm124没有开合的状态变化即没有上升沿，所以周期过后靠sm1的常闭上升沿作为Modbus指令的发送使能。每次发送的同时靠发送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136与通讯程序没有任何直接关系，只是贯穿程序所必须的标志位。
   （二）向单片机中写入相关信息
    整个写信息部分分下面三块：
    a.逻辑判断运算部分
    供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
    按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。
    为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，然后需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作。
    由于我们对故障进行了分类，所以可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：
1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）
　　2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）
　　没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）
    对故障分类的控制策略是很有价值的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。
    b.数据帧结构部分
    在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。
　　c.Modbus通讯指令发送部分
　　指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。
客户还要求机组顺序可以任意打乱，但是顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱所以只能把机器号放到依照固定顺序排列的机器号寄存器里面去，打乱这些机器号寄存器里面存放着的机器号的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，然后根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组机器号寄存器的后面机器号寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退先进。

、概述
　　随着人们生活水平的日益提高，对建筑中瓷砖的美观要求也越来越高，形形色色各式色彩的瓷砖逐渐进入了人们的视野。
　　瓷砖上的花色是如何作出来的呢？本文介绍的陶瓷平板印花机就是将压好的砖坯上釉印花，再经过窑炉烧制就作成了美观的瓷砖,该印花机可印400*400到1000*1000的瓷砖,印600*600的瓷砖可达到每分钟14次,且调整容易,转换印花规格时不需更换零件,只须调整夹砖定位的行程和控制参数即可。

二、系统控制组成及其工艺要求
A）、系统构成和I/O配置
1.) 机座：用来支撑和安装各种印花部件的机架,保证整机运行时的平稳和水平.
2.) 花网架：:支撑花网使花网升起清洗.换网或下降准备布釉印花.
3.) 花网：按瓷砖设计图案制作好的丝网,当印花时釉料透过网孔粘附在砖坯上,经过烧制即
制成成品砖.
4.) 送砖部分:由送砖皮带、变频和电机构成,用于将砖坯送入印花机和将印过的砖坯送出印
花机至下一个工序.
5.) 印砖部分:由印花电机、变频、机头、刮刀构成，印花电机带动链条驱动机头前后移动，同时刮刀配合向前、向后、压紧、松开。
6.) 定位汽缸：当砖坯离开进砖检测电眼时延时升起挡住砖坯定位。
7.) 托铁：当定位汽缸上升、送砖皮带停止时托铁上升使砖坯升起缓停到定位处。
8.) 夹板：当砖坯准确停止后夹板夹紧砖坯以便印花时砖坯移位。
9.) 人机界面:显示变频器频率,设定各种动作延时时间,手动控制及实时报警显示。
B）、控制要求:
1)手动和自动两种工作状态可自由切换.手动方式时各部件均可通过按钮或人机界面直接操作调整,但其中多个点动按纽需在PLC内转为闭锁按纽。
2)自动运行时有三种印花模式,布釉印花,单次印花,重复印花.
3)在印花过程中,有时会出现断停皮带已停,但后面釉线的砖坯推挤使进砖电眼检测到砖,造成停机,因此在程序中增加了储砖功能,即印花时又检测到砖坯信号,等待印花完成复位再印,清除储砖记录,保证了印花机连续高效的运行.

三、系统控制技术方案：
　　输入20点，输出14点的I/O配置，选用艾默生EC20系列40点PLC EC20-2416BRA(24入/16出) ，HMI采用EView的触摸屏。送砖电机和印花电机选用两台艾默生SK系列系列1.5KW变频器进行控制。
　　3．1、方案框图

　　SK系列变频器频率通过MODBUS总线的通讯方式给定，PLC利用输出端子控制SK系列变频器的启动和停止。
　　3．2、变频器通讯协议设定
　　变频器频率给定通过PLC给定方式， SK系列变频器支持MODBUS协议，可与EC20 PLC组成485网络，下面是变频器端设置的参数：
（1）变频器通讯速度

　　43号参数波特率需要和PLC系统块中通讯口设置一致。
（2）变频器通讯地址（键盘设定）

　　44号参数应该和网络上PLC和MODBUS设备地址不同，否则产生地址冲突。
（3）控制端子设定（键盘设定）
　　SK变频器选择通讯控制时，可设置PR11=0，端子B4必须和24V端子接通，屏幕显示“rd”,变频器准备就绪，这时变频器才能控制。如果B4和24V断开，屏幕显示“ih”,变频器禁用。
（4）控制字使能位设定（键盘设定）
　　串行通讯控制通过控制字PR6.42来实现，PR6.43是控制字使能位。首先设置PR6.43=ON，这样PR6.42才有效。PR6.43是参数，需要映射到Pr71-Pr80内，并在Pr61-70内修改。
(5)控制字设定（通过PLC程序改写）
(6)频率设定（键盘设定） 
　　由于SK变频器没有变频器频率给定参数，所以只有通过多段速预制值来实现。

　　5号参数要设为Pr,表示“4个预制速度”控制方式。只有在此模式下，变频器才能通过串口通讯设定频率。
(7)预制频率（通过PLC程序改写）

18号参数为预制频率1，PLC可以通过更改PR18的值来修改变频器频率。PR18对应寄存器地址（协议级）=18-1=17，PLC通过通讯修改协议地址17的值改变变频器频率。
（8）读取频率（通过PLC程序读取） 
　　PR85是电机频率，PR85对应寄存器地址（协议级）=85-1=84，PLC通过读取协议地址
84的值得到变频器实际运行频率。
3．3、PLC设置
1、通讯口设置
如图：

站号即PLC地址，网络上必须唯一。MODBUS主站，RTU模式，其他和变频器一致。
2、PLC程序说明 
　　2．1、MODBUS指令说明
　　PLC是MODBUS主站，变频器是MODBUS从站。PLC通过MODBUS指令发送帧给变频器来读写变频器参数，变频器收到帧后根据不同的功能码返回帧。
帧结构：

其中：S1是PLC的通讯端口，只能是端口1，因为PLC的端口0只支持MODBUS从站，不能发送数据。S2是发送数据起始地址，S3是接收数据起始地址
使用MODBUS指令前，必须把发送数据赋值到S2开始的地址中。

四、结束语
本系统具有以下几个特点：
1.连续控制精度高，工作稳定。
2.新增储砖功能，减少故障停机，提高工作效率。
3.PLC内存容量大，能存放大量工艺参数，便于用户生成不同规格的产品，只需简单的调整，即能切换到不同的产品线的生产。