西门子6ES221-1BH22-0XA8大量现货

西门子6ES221-1BH22-0XA8大量现货

基于特种工业缝纫机应用范围的拓展，性能不断提升，要求自动缝制单元除有缝纫机自动缝制的功能外，同时兼有自动送料、自动折料、自动取料、自动定位功能。本文采用电控系统+外置可编程PLC实现要求功能，电控系统可采用花样缝纫机的电控系统，外置PLC采用西门子公司的S7-200PLC，系统和PLC间通过通信实现协调控制。通过PLC外部电路和时序控制，实现自动缝制单元中自动送料等缝纫过程中的特殊过程。

随着国内服装行业的不断发展，服装产品对缝制设备的缝制质量和特种加工要求也越来越高，对自动化程度高的自动缝制单元需求也越来越多。目前，缝制设备正朝着技术集成化、设备专业化的方向发展。

本文以自动缝制单元中贴袋机为例，传统的贴口袋作业采用电脑双针机，不但产品质量得不到保证而且人员配置多，生产效率较低，而自动贴袋机可实现各种口袋以及服装加工中其他不规则形状的高速稳定、高精度的缝制，及折边送料、缝制和叠料动作可以一次完成，工作效率是传统贴袋作业的6倍以上。为此，在总结已研制的自动贴袋机控制系统的基础上，提出了自动完成特殊缝制过程的解决方案。

1 特殊缝制过程解决方案

在贴袋机系统中电控系统基本上可分为以下5个部分：

1)控制中心：软件平台为WIN-CE实时操作系统，DSP+FPGA运动控制卡和伺服电机驱动器构成电控系统的下位机，下位机和PLC之间通过I/O通信实现协调控制，PLC I/O口中I1.2-11.5用于系统到PLC的信号，Q0.6-01.1用于PLC到系统的信号。其中贴袋、花样的缝制由下位机完成，而折料、送料、叠料辅助动作由PLC模块完成。

2)触摸屏单元：上位机采用TFT液晶显示+触摸屏操作人机界面+ARM工业控制计算机结构，操作时只需触摸显示的形象化图形符号，即可实现数据编辑、自动缝制、参数设置等各种功能，以方便不同用户的实际需要。

3)缝制机头电机控制：X、Y轴送布电机，C轴送料电机均采用伺服电机，交流伺服电机具有控制精度高、过载能力高以及良好的转矩、频率特性和速动性等特点。

缝纫机的主轴要求具有很高的转速来满足高速缝纫，同时又要求具有较大的瞬间过载能力，保证机针的穿透力量，能轻易将厚料打穿，采用交流伺服电机完**满足上述要求。由于交流伺服电机的体积和重量都较小，可用直连方式连接缝纫机主轴，提高了电机的执行效率，减小了整机噪音，便于安装和调试。

4)信号检测(输入)：启动、暂停、复位等开关信号，以及贴袋机各种到位检测器，检测各个动作完成情况。

5)执行机构(输出)：该系统中采用PLC控制各种气阀、电磁铁执行机构，完成压料、叠料、翻料等辅助动作。

该设计中采用控制中心+触摸屏单元这种双CPU方式，主从CPU之间采用RS232通信交换数据和信息。该硬件平台应满足缝纫机的运动控制要求，I/O信号处理，以及一定的功能扩展等。

为保系统运行的可靠性和提高抗干扰能力，电机驱动器脉冲、方向控制信号差分输出，以及其它I/O控制信号经光隔输入/输出。开关信号光隔输出，经功率管驱动放大后控制电磁铁、电磁阀等电子器件，实现压板压下/抬起、压脚压下/抬起、自动剪线、拨线、松线等辅助控制功能。启动、压板、暂停、断线检测、零位信号等输入开关信号也通过光电隔离进入系统。

PLC控制采用西门子公司的S7-200PLC系列的CPU224*处理单元，该*处理单元集成14DI/10DO共24个数字量I/O点，可连接7个拓展模块，较大拓展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点(CPU224的输入输出接口如图2所示)，并增加了2个拓展输出模块EM222 24VDC 8数字输出，该系统*14个输入，26个输出，输入包括开关、启动开关、复位、驱动输入、电控系统通讯等，输出包括C轴驱动的输入、气阀控制、电磁铁控制、电控系统通讯等功能。

这个流程中除自动缝制过程由电控系统进行控制，其余动作由PLC完成，在PLC控制的辅助动作中折料、叠料均由气阀控制，压料由电磁铁控制，而送料部分由C轴电机完成。

2 送料过程PTO控制

在C轴送料过程中，送料的速度、位置控制由内置S7-200PLC的PTO使用一个脉冲串输小用于C轴电机的速度和位置控制。在STEP7 V4.0软件中可通过位控向导能自动处理PTO脉冲的单段管线和多段管线、脉宽调制、SM位置配置和创建包络表等工作，图3为通过位控向导创建的C轴电机送料包络表以及PTO控制的梯形图，通过PTO控制方式克服了以前送料使用气阀时产生的送料速度和位置不可控制的问题。

叠料过程中每个信号的变化和动作时序，图中叠料架左移、压料杆压下、翻料杆翻料动作均由电控系统下位机通过I/O给PLC输入信号，从而PLC进行动作，其他动作由到位检测器检测到位情况再给PLC输入信号。在该过程中叠料架左/右、翻料杆翻转/回位、压料杆压下/抬起均为气阀进行动作。

结束语

自动缝制控制系统是随着工业缝纫机的应用范围不断扩展，对工业缝纫机的性能不断提出新的要求，如要求工业缝纫机具有自动送料、自动织边、自动定位、自动缝制、自动取料等连续协调的自动化工作过程，而产生的产品，它为提高劳动生产率，提供优良的缝制机械设备的产品。上述缝制过程控制系统的解决方案，满足缝纫产品智能化、设备专业化的要求，解决贴袋机缝制外的其他动作，已在国内多家缝纫设备生产企业得到应用，为这些企业提供了贴袋缝制的技术支持。

研究了模糊控制与神经网络两者相结合构成的模糊神经网络控制策略，实现了模糊神经网络控制算法在PLC中的软件编程，它不依赖于被控对象精确的数学模型，将模糊神经网络控制器应用于温度控制系统中，获得了良好的控制效果。

由于现代工业过程控制系统的复杂性，特别是被控对象的非线性、时变、时滞等特性，若采用常规的控制算法，往往很难获得满意的控制效果。所以对模糊控制、神经网络、遗传算法、*控制等智能控制策略的应用研究尤为重要，特别是考虑将不同的控制算法进行适当结合，进而能够取长补短，获得较好的控制效果。

可编程逻辑控制器PLC具有功能丰富、可靠性高、抗干扰能力强等技术优势，并且PLC的数据处理、算术运算等基本功能也在不断增强，通过研究将先进的智能控制算法通过结构化编程嵌入PLC，实现对一些不易建模或模型参数不确定的过程控制系统的实时控制。

1 可编程控制器

现代电子技术、通信技术及计算机技术的快速发展，PLC在硬件、软件、功能、应用等各方面都有大幅度提高，已由传统的只能执行简单逻辑控制发展到具有数万I/O规模、运算和控制功能以及通信、联网能力的综合控制系统，成为工业自动控制的核心设备之一。

SIEMENS公司的S7-300 PLC在主要功能、扩展性能等方面都比之前产品有很大提高。其性能特点主要包括：

1)扩展性能好。

2)运算速度快，编程功能强。

3)通信功能强。

2 模糊神经网络控制算法的PLC实现

2.1 模糊神经网络结构

模糊控制是一种人思维的控制技术，其着眼于将人的控制经验和知识转换为用语言变量描述的控制规则，用逻辑推理去处理各种模糊性的信息。模糊控制系统虽然在结构上和各参数的物理意义上比较明确，但其缺乏自学习和自调整能力。

人工神经网络虽然在知识表达能力上比较欠缺，但其能实现对生物神经网络的功能模拟，具有较强的自学习、自适应、并行处理和容错能力。

由此可见，模糊控制和神经网络这两种智能控制策略具有很好的互补性，可将模糊控制和神经网络用合理的方式结合应用，使其互相取长补短，通过发挥各自优势来构造比单一控制策略更加完善的智能控制系统，

其中，**层是用于将输入信号传送到下一层的输入层;*二层是用于计算各输入分量属于各语言变量值模糊集合隶属度函数的隶属函数层;*三层是用于计算每条规则适用度的规则层，其每个节点表示一条模糊规则;*四层是用于实现归一化计算的输出层。

模糊与神经网络两种智能控制的结合旨在通过神经网络的自学习和自适应功能，对模糊控制规则的隶属度函数参数和输出层权系数进行调整和优化，从而达到满意的控制效果。

2.2 控制算法的PLC实现

在STEP7软件中用STL指令编程实现复杂的数学计算。系统采用结构化编程方法，各个程序块根据其各自控制功能进行编程，主要功能程序模块分配如下：

1)操作系统与用户程序之间的接口模块OB1，此模块在执行过程中调用功能模块OB35，可监控控制算法的较大运行周期，使程序的实时性得以检验。

2)循环中断功能模块OB35，由SFC4O(系统**的中断功能)启动，按照CPU属性中设定的时间间隔循环执行，使模糊神经网络控制算法主程序FC20能被周期性地调用。

3)模糊神经网络控制算法主程序模块FC20，是系统的核心程序，通过此模块组织调用其它程序模块(PC1-FC11、FC18、FC19、FB1)来实现控制系统的整体功能，即信号采集、运算和输出等。

4)用于存储运算过程中公共数据的共享数据模块DB1、DB3。

5)完成网络输入层的运算模块FB1，根据输入量与输出量的比较，求取偏差和偏差的变化，作为模糊神经网络的输入。

6)FC1模块用来计算模糊神经网络隶属函数层的输出;FC2模块用来模糊规则的匹配;FC3模块用来计算模糊神经网络规则层的;FC4模块用来计算模糊神经网络层的;FC5模块用来计算反传误差信号δ;FC6模块用来计算权系数调节量△w;FC7模块用来计算调整好的权系数;FC8模块用来计算反传误差信号δk;FC9模块用来计算反传误差信号δ1j和δ2j;FC10模块用来计算隶属函数层参数调节量△aij和△ bij;FC11模块用来计算调整后的隶属函数层的参数aij和bij;FC18模块用来进行参数迭代运算;FC19模块用来计算b(i，j)的平方和立方;

3 应用实例

模糊控制和神经网络相结合的模糊神经网络控制策略主要用于对象模型未知或不确定的控制，将这种智能控制策略应用于温度控制，在控制对象模型不明确的条件下，实现对温度的自动控制。

3.1 系统的控制要求

在此温控系统中，非金属材料热物性测定装置是被控对象，装置试件的温度是被控变量，测温仪表是热电偶。系统的控制目的是使装置试件的温度保持恒定在设定值允许的误差范围之内，采取手段是通过控制单相整流固态调压器的控制电压来改变装置试件的加热电压。

3.2 系统的硬件组成

控制系统的硬件设备主要包括：

1)PC机和通信装置：使用安装有SIEMENS公司编程软件STEP7的PC机用于PLC程序的编辑，另外，为使PC机与PLC控制器连接通信实现程序的下载及PLC运行状态的监测等，还需配备CP5613A2现场总线通信板卡。

2)控制器模块配置：本系统采用现场总线通信技术构成单主站形式的PROFIBUS-DP网络系统，主站控制器选用SIEMENS公司的S7-300PLC，CPU选用315-2PN/DP，另外配置两个ET200M远程从站I/O站点模块

介绍了HG-2003型温升测控置的测控对象和结构设计。详细讨论了装置中所采用的西门子公司的S7-200型PLC和PC机之间串行通信程序的设计与实现，即S7-200梯形图通信程序设计与实现中的细节和难点。简要介绍了上位PC机通信程序的设计。该通信功能的实现确保了该装置结构简单、可靠性高、便于二次开发。 关键词：RS-232串行通信 可编程控制器 自由端口模式 数据缓冲区 PC/PPI电缆 HG-2003型温升测控装置是笔者与我国北京某科学研究联联合开发的一套专门用于高压晶闸管阀温升检测试验的测控装置。考虑到PLC及其网络已被公认为现代测控装置开发的几大支柱之一，而且从近几年的统计数字来看，PLC产品在世界范围内的产量、销量高居各测控器件**，因此笔者决定本测控系统的核心器件采用可编程控制器(PLC)，其基本功能可通过软件编程实现。PLC的三大亮点是：(1)集电控、电传、电仪三电于一体;(2)网络的性能价格比高;(3)可靠性高。这些亮点就使得整个测控设备结构简单、可靠性高，同时也为实现系统控制功能的二次开发奠定了良好的技术基础。本文主要讨论设备中所采用的西门子公司的S7-200型PLC和PC机之间的串行通信问题。 1 温升测控系统整体介绍 1.1 HG-2003测控装置的测控对象及结构 先来介绍一下该温升试验测控装置的基本工作流程。10kV电源进线经过进线框中的高压断路器CB和高压隔离开关柜中的隔离开关G(用于在设备检修或维护时形成一个明显的断点)后，加在10kV转换变压器T1上。该变压器将三相电转化为单相电。这主要是由于做实验时负载电流很大，如果使用三相电源，容易造成负荷电流的不平衡从而造成试验故障。在转换变压器的输出端(二次侧)连接单相温升试验变压器T2。该温升变压器的一次侧应加装用于无功功率补偿的电容柜，二次侧则通过有载分接开关直接连接试验品(即高压晶闸管阀)进行温升试验。 从基本工作流程不难知道测控装置的测控对象，本装置的具体测控对象如表1所示。 表1 测控对象表 序 号名 称模入(AIN)开入(DIN)开出(DOUT)备 注 1 电源进线柜　 1 1 控制和显示开关状态 2 隔离开关柜　 1 　显示开关状态 3 电容柜　 2 1 控制和显示开关状态 4 温升试验变压器 1 2 　温度测量和报警信号 5 转换变压器 8 15 8 温度、电量测量和开关状态 6 高压晶闸管阀 1 　　温度测量 7 其它　 2 3 辅助设备监控信号 8 合计 10 23 13 　测控装置的物理结构分为两部分：操作控制台和试区控制箱。其中，试区控制箱即PLC控制箱被安装在试验区的隔离开关框内。操作控制台即PC机人机办是非曲直操作台则安装在控制室内。由于二者之间相距约40m，所以采用PC/PPI电缆传输测控信号时需加装中继器。 1.2 HG-2003测控装置的基本功能 本测控系统的基本功能包括：开关分合控制指示功能;设备和试品的过流、过压、过热报警及保护功能;各种操作连锁功能，如电源开关柜内10kV电源断路器和隔离开关柜内的手动隔离开关、控制室门触点、试验大厅门触点间的连锁保护功能等，并设有相关的报警提示画面。这些功能可以避顺序出错。 2 S7-200通信程序的设计与实现 2.1 PC机与S7-200的通信方式 西门子S7-200 PLC的通信功能较强，有多种通信方式可供用户选择，如：单主站方式、多主站方式以及使用调制解调器的远程通信方式等。在本测控装置中，笔者采用单主站方式。在运行bbbbbbs或bbbbbbs NT操作操作的个人计算机(PC机)上安装STEP 7-Micro/WIN32编程软件后，PC机就可作为通信中的主站。它可与一个或多个从站相连，STEP 7-Micro/WIN 32每次和一个S7-200 CPU通信，但可以访问网络上的所有CPU。该通信方式的硬件配置为PLC到PC机通信口的电缆连接器，即带RS-232口的隔离型PC/PPI电缆，用五个DIP开关设置波特率和其它配置项。它支持的波特率为9.6kbps或19,2kbps，支持的协议为PPI协议。这里并没有使用PPI协议，而是使用PC/PPI电缆和自由端口通信功能来实现S7-200 CPU与PC机间的通信。自由端口模式是计算机或其它带有串行通信接口的设备与S7-200 CPU之间通信的一种廉价和灵活的方法。它以用户定义的通信协议为基础，通过使用相关的中断指令和**的通信指令控制S7-200 CPU通信口的操作模式，实现与多种智能设备的连接。

具体地说，所谓自由通信端口模式是指CPU的串行通信接口可由用户程序控制的一种通信操作模式，其梯形图程序可以使用接收完成中断、字符接收中断、发送完成中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)等控制通信过程。在该模式下，通信协议完全由用户程序控制。 CPU处于STOP模式时，自由通信端口模式被禁止，CPU重新建立使用其它协议的通信，例如与编程设备的通信。只有当CPU处于RUN模式时，才能使用自由通信端口模式。通过将特殊寄存器字节SM30或SM130的协议选择域(mm)置1可以将通信端口设置为自由端口模式，处于该模式时不能与编程设备通信。 可以用反映CPU模块上的工作方式开关当前位置的特殊存储器位SM0.7来控制自由端口模式的进入。当SM0.7为1时，工作方式开关处于RUN位置，可选择自由端口模式;当SM0.7为0时，工作方式开关处于TEM位置，应选择PC/PPI协议模式，以便用于编程设备监视或控制CPU模块的操作。 2.2 自由端口模式下PLC串行通信程序的编程要点 计算机与可编程控制器通信时，为了避免通信中的各方争用通信线，一般采用主从工作方式，即计算机为主机，可编程控制器为从机;只有主机才有权主动发送请求报文，从机收到后返回响应报文。下面主要谈一谈编程过程中应注意的几个问题。 首先是电缆切换时间的处理。因为使用了PC/PPI电缆，所以在S7-200 CPU的用户程序中应考虑电缆的切换时间。S7-200 CPU接收到RS232设备的请求报文到它发送响应报文的延迟时间必须大于等于电缆的切换时间。波特率为9600bps和19200bps，电缆的切换时间分别为2ms和1ms。在梯形图程序中可用定时中断实现切换延时。 其次就是通信可靠性的处理，校验码的采用是提高通信可靠性较常用的措施之一。用得较多的是异或校验，即将每一帧中的**个字符(不包括起始字符)到该帧中正文的最后一个字符作异或运算，并将异或的结果(展品或校验码)作为报文的一部分发送到接收端。接收方接收到数据后计算出所接收到的数据的展品或校验码，再与发送方传过来的校验码比较，如果不同，可以判断通信有误。 最后需注意的是防止起始字符、结束字符与数据字符的混淆。因为报文的起始字符和结束字符只有8位，接收到的报文数据区内出现与起始字符或结束字符相同的数据字符的机率很大，这可能会引起字符混淆。可以在发送前对数据作某种处理，例如选择起始字符和结束字符为某些特殊的值，而将数字字符转化为BCD码或 ASCII码后再发送，这样可以避免出现上述的情况，但是会增加编程的工作量和数据传 送的时间。 2.3 通信程序中关键指令的使用与说明 发送指令XMT(Transmit)用于启动自由端口模式下数据缓冲区(TBL)数据的发送，指令格式如图1所示。通过*的通信端口(PORT)，将存储在数据缓冲区(TBL)中的信息发送。使ENO=0的错误条件：SM4.3(运行时间)，0006(间接寻址)，009(在端口0同时 XMT/RCV)，000B(在端口1同时XMT/RCV)。 XMT指令可以方便地发送1～255个字符，如果有中断程序连接到发送结束事件上，在发送完缓冲区中的最后一个字符时，端口0会产生中断事件9，端口1会产生中断事件26。可以监视发送完成状态位SM4.5和SM4.6的变化，而不是用中断进行发送。数据缓冲区中的起始字符和结束字符是可选项，**个字节的“字符数”是要发送的字节数，它本身并不发送出去。 接收指令RCV(Receive)可以方便地接收一个或多个字符，较多可接收255个字符。通过指令的通信端口(PORT)，将接收信息存储在数据缓冲区(TBL)中。数据缓冲区中的**个字节用来累计接收到的字节数，它本身不能接收到，起始字符和结束字符是可选项。如果有中断程序连接到接收结束事件上，在接收完最后一个字符时，端口0产生中断事件23，端口1产生中断事件24。 使ENO=0的错误条件：SM86.6和SM186.6(RCV参数错误)，SM4.3(运行时间)，0006(音接寻址)，009(在端口0同时 XMT/RCV)，000B(在端口1同时XMT/RCV)。CPU不是在自由端口模式。 可以监视SM86.6或SM186.6的变化，而不是用中断进行报文接收。SM86.6或SM186.6为非零时，RCV指令未被或接收已经结束。正在接收报文时，它们为0。 当**时或校验错误时，要自动中止报文接收功能。必须为报文接收功能定义一个启动条件和一个结束条件。 RCV指令允许通过参数设定选择报文开始条件和报文结束条件，即设定特殊存储器字节SM86～SM94(用于端口0)和SM186～SM194(用于端口 1)。 图2 另外两个比较重要的指令是获取与设置通信口地址指令。获取通信口地址指令(GET ADDR指令)用来读取PORT*的CPU口的站地址，并将数值放入ADDR*的地址中。设置通信口地址指令(SET ADDR指令)用来将通信口(PORT)站地址设置为ADDR*的数值。设置的新地址不能*保存，断电后又上电，通信口地址将恢复为上次的地址值(用系统块下载的地址)。图2为使用RCV指令和接收完成中断接收数据的通信程序流程图。 3 计算机通信程序的设计与实现 3.1 bbbbbbs环境下的PC机通信程序 在bbbbbbs环境下，操作系统通过驱动程序控制各硬件资源，不允许用户像在DOS环境下那样直接对串口进行底层的操作。为此，Visual Basic提供了一个串行通信控件：MSComm控件。程序员只需设置和监视MSComm控件的属性和事件，就可以劲易而易举地实现串行通信。 3.2 MSComm控件的属性 MSComm控件主要属性如下：(1)Comm Port:设置并返回通信端口号。(2)Settings:以字符的形式设置并返回波特率、奇偶校验位、数据位和停止位。其中字符n、o、e分别代表无校验、奇校验、偶校验。(3)Port Open：设置并返回通信端口状态。设置为Ture时，打开端口;设置为Flase时，关闭端口。另外，还有bbbbb、Output、bbbbb Mode、In Buffer Count等属性，这里不再一一介绍。 3.2 MSComm控件处理接收信息的方式 MSComm控件提供两种处理方式：(1)事件驱动方式：RTHreshold属性非0时，收到字符或传输线发生变化时就会产生串口事件On Comm。通过查询CommEvent属性可以捕获并处理这些通信事件。(2)查询方式：通过查询Iuput Buffer Count(接收缓冲区的字节数)属性值，处理接收到的信息。本装置中采用事件驱动方式。 用Visual Basic语言设计串行通信程序简单实用，关键是如何形成一个友好的用户界面。编程的细节这里不再详述。 随着工业PC机的推出，个人计算机在工业现场支行的可靠性问题也得到了解决。因此在各类测控设备中实现PLC和PC机间的串行通信有着重大的意义。这样一方面有助于将个人计算机开发成简易工作站或者工作终端，实现集中显示、集中报警功能;另一方面也可把个人计算机开发成PLC编程终端，通过编程器接口接入 PLC网络，进行编程、调试及监控，并较终达到PLC测控设备结构简单、运行可靠、维护容易、便于二次开发的技术特点。