6ES7222-1EF22-0XA0选型说明

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(1)从PLC主机至I/O站的信号较大衰减值为35dB。因此，电缆敷设前应仔细规划，画出电缆敷设图，尽量缩短电缆长度(长度每增加1km，信号衰减0.8dB)；尽量少用分支器(每个分支器信号衰减14dB)和电缆接头(每个电缆接头信号衰减1dB)。

(2)通信电缆较好采用单总线方式敷设，即由统一的通信干线通过分支器接I/O站，而不是呈星状放射状敷设。PLC主机左右两边的I/O站数及传输距离应尽可能一致，这样能保证一个较好的网络阻抗匹配。

(3)分支器应尽可能靠近I/O站，以减少干扰。

(4)通信电缆末端应接75Ω电阻的BNC电缆终端器，与各I/O柜相连接，将电缆由I/O柜拆下时，带75Ω电阻的终端头应连在电缆网络的一头，以保持良好的匹配。

(5)通信电缆与高压电缆间距至少应保证40cm/kV；必须与高压电缆交叉时，必须垂直交叉。

(6)通信电缆应避免与交流电源线平行敷设，以减少交流电源对通信的干扰。同理，通信电缆应尽量避开大电机、电焊机、大电感器等设备。

(7)通信电缆敷设要避开高温及易受化学腐蚀的地区。

(8)电缆敷设时要按0.05%/℃留有余地，以满足热胀冷缩的要求。

(9)所有电缆接头，分支器等均应连接紧密，用螺钉紧固。

(10)剥削电缆外皮时，切忌损坏屏蔽层，切断金属铂与绝缘体时，一定要用剥线钳，切忌刻伤损坏中心导线。

1、系统联机前要进行组态，即确定系统管理的I/O点数，输入寄存器、保持寄存器数、通信端口数及其参数、I/O站的匹配及其调度方法、用户占用的逻辑区大小，等等。组态一经确认，系统便按照一定的约束规则运行。重新组态时，按原组态的约定生成的程序将不能在新的组态下运行，否则会引起系统错乱。因此，**次组态时一定要慎重，I/O站、I/O点数，寄存器数、通道端口数、用户存储空间等均要留有余地，必须考虑到近期的发展。但是，I/O站、I/O点数、寄存器数、端口数等的设置，都要占用一定的内存，同时延长扫描时间，降低运行速度。因此，余量又不能留得太多。特别要引起注意的是运行中的系统一定不能重新组态。

2、对于大中型PLC机来说，由于CPU对程序的扫描是分段进行的，每段程序分段扫描完毕，即更新一次I/O点的状态，因而大大提高了系统的实时性。但是，若程序分段不当，也可能引起实时性降低或运行速度减慢的问题。分段不同将显著影响程序运行的时间，特别是对于个别程序段特长的情况尤其如此。一般地说，理想的程序分段是各段程序有大致相当的长度。

什么叫PLC？这个问题，相信我回答的还不如在座的各位专业，因为我之前不知道PLC，只是我从IT行业来到工控行业，才知道原来在计算机领域还有一个PLC。那么，PLC简单的来说，叫做可编程控制器。大家公认的是1969年DEC公司发明了PLC，大家知道PLC单任务循环，梯形图或者其它几种语言的一个编程环境，PLC在**应用非常广泛。为什么 PLC能**工业界，这个问题也困扰了我好久，我是做计算机出身的，工业界拿个计算机就能做控制，为什么一定是要PLC？事实上是PLC之父，Dick Morley先生说过一句很经典的话：PLC实际上是一个概念。因为PLC是给工人现场编程用的，没学过计算机的也可以用来编程，这个我认为是PLC非常成功的一点，*二，像梯形图大家应该用的很多，接近电气图，学习也比较容易，而且与底层硬件基本无关。所以有人统计过，在欧洲70%-80%的控制器都是用PLC的模式，所以，为什么PLC能**工业界？就是刚才唐总说的，用户的体验很重要，PLC就是把计算机变成一个能让用户很好体验的一个产品。

去年7月11日，我们中科院计算所在济宁开了一次院士大会，就是计算机把各个行业计算机化。其中让我来讲PLC，当时阿里巴巴，联想，华为的人都在场，大家一起来讨论这个问题。后来得到的结论，1969年发明的PLC在思想和形态上，良好了我们IT界整整40年，因为工业界的人，绝大多数没有学过计算机，所以当年做PLC的这些*，就是让这些没学过计算机的人也能编程，这就是PLC的成功之处。今天来看PLC的成功，反而呼应了互联网时代的概念，要让一件事成功，就得让用户体验做到较佳。

现在看来，我们的机械装备不仅仅是逻辑控制，包括机器人，数控加工，纺织机械，造纸机械，还有非常复杂的运动伺服，逻辑控制简单的开关是做不到的。所以，当代PLC发生了一个华丽的转身，为什么是华丽转身呢？因为当代的机械装备对控制系统的需求已经发生了本质的变化，**要求硬件平台的高度通用化，*二是可靠性，*三是标准化，*四是软件模块化，*五平台具有一定的开放性，*六是要融合多种功能：PLC的功能，运动控制的功能，数据通信的功能，都要能融合。PLC是一个与时俱进的产品，PLC当年有先进的思想和理念，而且它的工作模式也决定了它的可靠性比一般的计算机要可靠，所以当代的软PLC是融合了当代的计算机软件和信息技术发展的较新成果，这是时代的产物，就是把PLC的优势和计算机的较新成果做了一个真正的整合，这就是软PLC。

当今的软PLC的处理器平台，可以是手机的处理器，也可以电脑处理器，甚至可以是中科院的龙芯。*二，当代新型的PLC的I/O基本上都是通过现场总线，工业以太网来实现的。*三，是集成开发平台，集成开发平台遵循国际上IEC 61131-3的标准，而且必须用C或C++或高级语言来编程。另外，还有一些基础的工业库，就是说，如果底下的这层是工业计算机层的话，那么这个工业库的话就是面向的应用，比如说，PLCOPEN组织，它们发布了很多关于运动控制和PLC的一些技术标准，在这个基础之上，用户拿到这个软PLC平台之后，会在上面开发自己的行业库，以行业库和这些基础做支撑的话，实际上最后才是面向自己产品的应用。其实在PLC平台里，有一部分在当代已经实现了标准化。在用户的行业库里，有的是客户自己开发的，有的是第三方的，所以实际上当今的软PLC平台，**把机械装备软件化，*二，对于用户来讲，应用软PLC做它的机械装备，只需关心它的应用部分，底层的都已完全实现标准化。

基础软硬件平台、实时操作系统、包括开发环境、基础软件库、I/O通道，这些形成了软PLC的结构。大家**会去看一下德国倍福、库卡等等的控制器，完全是按照这样的一个体系和架构来做的，只是不同厂家选择的操作系统、处理器有差异，但是整个体系是一致的。当然在软PLC里，还是英特尔的处理器优势更加明显，因为我们现在做的好多机械装备都是高端装备，客户的需求是能否提供一个的整线的解决方案，所以在这种情况下，对计算能力的要求非常高，而且在很多设备里，有数控、有视觉，一般的处理器做不到这么强的性能。X86的处理器做软PLC，现在在国际是这样做的了，为什么呢？因为硬件平台是可以多样化选择的，如西门子，研华等买一个工控机，装个软件就可以。

*三是操作系统，真正用在软PLC里的实时系统是比较多的，包括实时Linux系统，bbbbbbs+实时补丁。实时操作系统是软PLC的一个基础，实时操作系统的选择，考虑更多的是实时性、开发的开放程度、费用问题。目前来讲，在国际上比较多的三个操作系统，实时Linux、bbbbbbs、Vxworks,像史陶比尔公司机器人用的是bbbbbbs，实际上在Linux、bbbbbbs的平台上，从理论上来讲，这两个操作系统实际上不是实时操作系统，但是，它们两个操作系统打完补丁以后，可以满足绝大多数的应用需求，包括数控机床的需求都可以满足的，只要精度要求不是特别的较端，都是可以做到的。实时Linux，对于很多做装备的来说，有优越性，不要钱，*二，Linux有个好处就是病毒少，有的客户抱怨，因为机床是由bbbbbbs系统插着运动控制卡，开机床的工人，用数控界面来看电影，客户要求说陈博士，能不能换掉这个bbbbbbs系统？选择Linux软PLC，就解决了。

*四，是工业以太网，对于现代的软PLC来讲，已经不是插运动控制卡的年代了，所有的模块都是软件化，不需要卡制式的了。**各种工业以太网很多，如Profinet、EtherCAT等。实际上这两年EtherCAT发展的非常快，不是说EtherCAT的技术一定是较牛的，但是有一点，**支持它的用户数量是较多的，现在有2700个会员，I/O、伺服、驱动、变频，你可以在**选，当你用EtherCAT这个标准的时候，你可以把**的工控配件集成在一起，做成合适你用的工控系统解决方案。

实际上软PLC的体系架构，一个较基本的出发点，就是机械架构软件化。为什么机械可以软件化，就是因为今天我们的计算机计算性能已经很高了。软PLC软件开发高度标准化，软件高度的模块化，模块可重用，配合广泛的工业实时以太网的支持。

对于软PLC来讲，到底给我们客户能带来什么？

机械装备的客户面临的很多挑战，软PLC带来的**大优势就是，加快产品研发进度，因为平台是标准化的，模块是可重用的，也就是说之前写的软件，可以用在别的项目上。客户说，做机械装备，他们的产品有100多种型号，产品长的模样都差不多，但是，公司为每种型号都写了一次软件，如果用软PLC的平台，帮客户把软件做成一个标准的模块，变成一个模块参数可配置的模块。你面对不同的客户，不同的需求，只要给模块改几个参数就可以了。以前开发一个软件要3个月，现在3分钟就搞定，这就是当今的软PLC平台高度的标准化以后，它给客户带来的就是加快研发的进度。大家请看数控车床的数控系统，当你要给客户提供数控系统的时候，把模块集合，这几个参数双击配置并连线，这个数控系统就成了。

系统集成商研发了一条生产线，里面既**器人，也有自身研发的一些设备，事实上在软PLC里面，就是一个控制器，就可以把所有的软件装在一个控制器里，所有的设备都可以映射成PLC里的一个软件模块。那么，当你做一个生产线只需要一个控制器的时候，比你有十个PLC的时候的可靠性要高很多。

很多客户也关心，我可不可以利用这个平台，实现它的差异化，因为做机械装备行业互相抄的年代已经过去了，互相抄只能是互相压价，互相压价的结果，只能导致大家都不挣钱。其实很简单，当你使用软PLC作为控制平台的时候，可以把诀窍写成软件打包在模块里，这样的话，你做出来的软件是别人没有的，别人可以抄你的机械结构，但是抄不走你的软件。

另外，软PLC可以实现很多智慧工厂的信息系统集成，PLCopen组织和OPC组织现在已经形成一个紧密的合作，PLCopen里通信技术组织是采用了OPC UA的架构，OPC UA是一个跨操作系统的一个通信协议，主要是面向智慧工厂的信息化的集成形成的一个标准。

另外，软PLC的计算能力很强，具有很丰富的网络化接口。如果产品卖到全国各地可以通过远程的售后服务来解决。

整个软PLC的技术体系包括了编程语言、运动控制，XML数据交换、OPC UA通讯标准。对于很多企业来讲，智慧工厂的基础信息平台架构，包括PLC平台，包括了信息化的平台，包括了设备之间数据接口的技术标准。当你在做机械装备的时候，你可以参照这个架构来对我们的供应商提出要求。

未来的制造业要的不是一台单机，要的是整体解决方案，你的机械装备如果不具备信息化的接口或不具备信息化的能力，那么在未来的竞争中是要被淘汰的，所以软PLC就是为高端机械制造商定制的软件平台，充分满足了装备制造商的四大需求，**是可靠性，*二，快速响应市场，*三有效的控制研发成本，*四，实现装备的差异化。不要把PLC当作一个简简单单的零配件来看，其实是一个公司的战略平台，当你选择了一个战略平台的时候，你的机械装备未来发展是可持续的，如果仅仅是当作一个零配件来看的话，实际上最后害的是自己。例如，客户的智能涂装生产线的解决方案，把待加工的零部件随意的放到传输带上，希望有一个扫描相机把零件的周边轮廓扫描出来，生成一个精到的轨迹，对它的静表面进行喷涂，因为生产线没有工装，没有夹具，所以这个必须通过视觉系统来完成。较早用的控制系统采用的方案，它的生产线与逻辑开关量有关的控制是用PLC做的，喷涂的环节是买了一台数控系统来完成的，视觉部分是买了个工控机插了个运动控制卡，这个项目做了7年，到现在为止，还没有真正完全弄好，像这种大型生产线要跳出传统思维，考虑软PLC的方案，后来给对方提供了一个软PLC方案，就是用一个控制器用EtherCAT把伺服轴、变频器、I/O连接，然后，所有的机台都是用软件模块的方式，那么，这样控制器的数量大大的减少，然后，软件开发是一个统一的平台，最后将机械装备变成软件模块组装起来。同时，利用软PLC的信息化能力，还开发了一个简单的生产管理系统，也称为MES。那么所以这个方案就是把所有的控制器变成软件装在一个控制器里，全都变成软件模块，叫做All-IN-ONE。而现在它也就是整个体系，变成这个样子，非常简单。而且开发起来也非常的方便，还有一个案例，这是我们一个客户的案例，就是集成生产线的案例，它原来就是每台机器配了一组PLC，有好多PLC组成的，那么它组成的电缆连接非常复杂，每个PLC要单独编程。这个项目，客户做了以后，这个软件上始终存在BUG，为什么呢？因为他给多个PLC编程的时候，PLC之间的协同是件很麻烦的事，所以后来我们给他改进了一个方案，就是用这个软PLC这个方案把三个机台最后映射成三个软件功能块，然后就很简单，用模块化的方法就实现了。最后整个电缆的连接数量少了70%。所以最后它这台设备还出口了几个国家，国外的这些客户就看了这个方案以后就决定用这个EtherCAT、软PLC方案来做。最后，它就采用现在我们提供的这个。所以，大家记住现在是个信息化的年代。所以刚才唐总说的信息化的年代，我们要有信息化的思维，或是互联网的思维，其实软PLC也是这个时代，就是软件和这个工控真正结合的一个产物，而且在这将来还能玩很多的商业模式，所以我们唐总要帮我们把这个做出来，是不是咱们可以分成，最后，我把PLC介绍完了。

“我想说几句话。软PLC这个词出现在上世纪90年代在美国兴起了一股用PC机取代PLC的风浪。核心就是在PC中运行PLC功能的软件，也就是软PLC的由来。当时提倡这一技术方向的公司公开打出PLC的口号。如今过去了十几二十年，PLC活得好好的，还有滋有味，而以PC为基础的控制，在美国已找不到有代表性的企业。反而在欧洲出现了倍福、贝加莱这些在**都有影响的以PC技术开发工控系统的优秀公司。他们的产品仍然被人叫做PLC，不过充分发挥了PC强大的运算功能，远远**出了经典PLC的功能。从形态上，确实还是PLC的结构和外形，而内涵却适应了市场和技术的发展趋势，丰富多了，高强多了。他们没有把这样的产品叫软PLC，还是称之为PLC。如果一定要归类，还不如称之为嵌入式PLC。嵌入式芯片越来越强有力了，随之而来的嵌入式PLC也会越来越强大。嵌入式系统将替代PC，据此，软PLC的叫法也不能算很确切了，叫嵌入式PLC更有生命力。”

1 引言

可编程序控制器随着其功能和外围接口模块的不断增加，在工业控制场合的应用越来越广泛，将逐渐取代工业控制中的某些**设备，从而使控制系统的成本降低、体积缩小、控制方式易于改变。plc的功能很强，除逻辑运算外还可以完成复杂的数学运算和完善的通信能力，用plc的功能实现自动张力控制可以减少系统的复杂性，提高系统的性价比。

本文介绍了在某外资企业宽幅六色转移印花机改造过程中，采用欧姆龙cpm2a的计数和模拟输出功能取代放卷装置的自动张力控制器的应用。

2 cpm2a可编程序控制器

cpm2a是一种紧凑的、高速度的可编程序控制器，在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、高速计数器输入和中断、脉冲输出位置控制、模拟量设定、间隔计时器中断和时钟功能，以及完善的通信能力等。cpm2a的基本单元有20、30、40或60点i/o端口，有三种输出方式可选（继电器输出，漏型晶体管输出和源型晶体管输出）和两种电源可选（100/240v ac或24v dc）。cpm2a可以外接扩展i/o单元和模拟量i/o单元，cpm1a-da041就是一个四通道的模拟量输出单元，其模拟量输出有电压型和电流型，其输出信号范围完全满足工业控制的要求，并且输出端子与内部电路之间采用光耦隔离。

3 放卷装置自动张力控制原理

转移印花机的印刷质量，完全取决于放卷和收卷的张力控制，该机器在改造前采用的是手动张力控制，成品率较低，其产品质量完全取决于工人的熟练程度，所以，在整机的plc控制改造过程中，也对张力控制部分一并改造，为了减少改造费用，选用了欧姆龙cpm2a-60cdr-d型可编程序控制器和cpm1a-da041模拟量输出模块构成控制系统。其张力控制逻辑框图如图1所示。

由，式中d2及p为已知数，因此，d1的变化可由pn的计算求得，所以可以将其转换成4～20ma的模拟信号输出，送到放大器用以控制离合器、刹车器、马达，以得到适当的张力。

根据以上原理，选用欧姆龙cpm2a-60可编程序控制器和模拟量输出扩展单元cpm1a-da041作为中心控制单元，采用译码器测量轮的转速，采用接近开关放料卷的转速，通过计算利用cpm1a-da041输出模拟信号以控制离合器达到恒线速的目的。

4 控制软件流程

基于等线速度张力控制原理以及上述分析结果和控制系统接线图，为了实现张力控制将接近开关的输入00004设置成中断输入（计数模式），译码器输入00003设置成计数模式，开始前通过拨码盘输入p值（d2值固定不变，由程序设定），并将pn的值与模拟输出4～20ma（0000～1770hex）相对应，即输出标定。

 引言

机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线［1］。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用plc控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。

2 物料搬运机械手结构

如图1所示，物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

3 机械手控制系统组成

由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用plc作为核心控制器，上述各控制对象都必须在plc的统一控制下协同工作，plc采用日本三菱公司的fx2n-32mr型plc（16点输入、16点输出）。

步进电机选用深圳白山机电公司的bs110hb3l142-04型三相混合式步进电机，较大扭矩：12nm;保持转矩：13.5nm;额定电流4.2a。步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。为此，我们仍选择白山公司与bs110三相混合式步进电机配套的q3hb220m等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与fx2n系列plc配套的脉冲发生单元fx2n-1pg作为步进电机驱动器的控制单元［2］。plc通过扩展电缆、控制信号以及from/to指令对1pg进行控制，向1pg发出定位命令，然后由1pg通过向步进电机驱动器输出*数量的脉冲（较大100kpps）来具体执行这个定位命令，从而较终实现plc对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性，又便于控制程序的编写。

fx2n-1pg的fp和rp分别与步进电机的dr-和pu-端子相连，表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。1pg的dog端为确定步进电机原点位置时所用。在调试时，当步进电机接近原点位置时，应通过此端对应的按钮接通24v电源，从而使步进电机开始以原点返回速度（爬行速度）转动，以便在到达设定的原点位置时方便于pg0端的控制。pg0+和pg0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信号，需外加一个5v电源，正端接pg0+，负端通过开关k与pg0-相连。当步进电机在dog信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时，可通过手动或行程开关触发pg0+和pg0-，使两端接通5v电源，于是电机停转，并将原点位置记录下来，存贮在1pg的bfm#26和#27这2个寄存器中，作为plc对步进电机进一步控制的基准和重要参数。

气动比例伺服控制系统采用德国festo公司的相关产品，主要由hmp坐标气缸、伺服定位控制器spc200以及与之配套的内置位移传感器mlo-pot-0225、气动伺服阀mpye-5-1/8-lf-010-b和伺服定位控制连接器spc-aif-pot等装置组成。在图2的控制系统硬件接线中，主要涉及其中spc200的dio数字量i/o模块的接线［3］。从该图中可见，一方面plc通过输出端y0-y3控制spc200的定位指令（record select工作方式）记录号选取，并通过y6启动伺服定位;另一方面spc200又通过定位任务完成信号q0.4（mc-a）将定位执行情况反馈到plc的输入端x12，以便于plc的程序控制。

在滑块气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，并结合步进电机和气动伺服的启停信号，在plc的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。

4 控制系统plc程序设计

4.1 步进电机初始化控制程序

plc与1pg间通过from/to指令进行联系。通过to指令，plc将控制命令及参数写入1pg的缓存，而在1pg控制下，步进电机的运行状态则由plc通过from指令读入，以便程序处理。在图3所示的部分步进电机初始化程序中，plc一旦通电运行，便在每一个循环执行周期中将其m0～m15寄存器的内容写入1pg的操作命令缓存“bfm#25”中，控制1pg的工作。同时，plc还不断从1pg的“bfm#28”、“bfm#27”和“bfm#26”缓存中读入步进电机的运行状态和当前位置值，以便在逻辑控制中通过对这些输入值的处理来进一步控制机械手的动作。

按设计要求，同类型工件每4个为一组放置，两种工件各自的堆放顺序不能互相干扰。因此，同类型的4个工件搬运为一个基本循环，在各自的工件循环中分别设置了相应的工件计数标志位。

4.2 机械手综合控制程序

综合前述的步进电机和气动伺服控制技术，同时结合对垂直手臂滑块气缸、气爪的控制要求，下面给出机械手完成一次定位并抓取工件的部分plc程序

该程序表明：当工件分拣加工完毕后，机械手首先转动一定的角度指向取工件位置，待步进电机定位结束后，垂直手臂滑块气缸活塞落下，然后水平手臂气缸在气动伺服控制下伸出设定的定位位移。定位位移是由plc的输出端子（y2～y0）控制spc200输入端子（i0.2～i0.0）的状态来决定的，如附表所示，从而实现了plc对气动伺服定位的控制。当气动伺服定位结束后，气爪动作，夹紧工件。后续的搬运和放置工件的控制程序原理与之类似。