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产品描述
西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8库存充足
当今世界上精密加工技术发展很快,新的加工方法和设备层出不穷,计算机的广泛应用使精密加工技术更为普及和多样. 实现精密和**精密切削加工有三种方法: (1) 采用和研制高精度加工设备;(2) 采用新的切削工具材料; (3) 利用加工与测量控制一体化技术. 前两种方法成本较高,而后一种方法成本较低,具有广阔的前景. 在后一种方法中,除了要保证的精度、夹具的精度以及测量精度外,还有一项重要内容就是微进给机构的精度及其控制精度. 笔者在控制精密磨削的研究中,利用步进电机带动滚珠丝杠作为进给机构,在滚珠丝杠确定后,步进电机的控制精度成为了主要矛盾.
1 步进电机的控制
步进电机在不失步的正常运行时,其转角严格地与控制脉冲的个数成正比,转速与控制脉冲的频率成正比. 可以方便地实现正反转控制及调整和定位. 由于步进电机和负载的惯性,它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动,指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行. 因此,必须实现步进电机的自动升降速功能. 为了实现速度的变化,输入的位移脉冲指令相应地要升频、稳频、和降频这些脉冲序列,可以由脉冲源加**逻辑电路来产生,也可以由微型计算机产生. 对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说,控制逻辑是固定
的,即控制电路一经固定,其控制逻辑也就固定了.
如果要改变控制逻辑和控制方案,必须改变电路结构和元件参数,而使用计算机控制,不必改动硬件电路,只要修改程序,就可以改变控制方案. 且可以从多种控制方案中,选取一种较佳方案进行控制和调节. 也可以用同一套系统对不同控制方案的多台步进电机同时控制. 利用计算机控制的形式也很多,本文介绍 PLC位控单元对步进电机的控制.
2 PLC 系统组成及位控单元的工作原理
本研究所利用的PLC 系统的组成包括如下七大模块:电源,CPU ,位控单元, I/ O 单元,A/ D ,D/ A 单元,如图1 所示. 其中位控单元的主功能是当步进电机(或伺服电机) 与电机驱动器联结时,输出脉冲序列控制电机的转速与转角. 进给机构可以是2 轴型,也可以是 4 轴型. 本文采用的是前者,即滚珠丝杠的横向进给与纵向进给,如图2
所示. 具体地说,位控单元实现速度以及位置的控制方法有多种,如E 点控制(单速度控制) ,如图3(a) 所示;P 点控制(多级速度控制) , 如图3 (b) 所示; 线性加/ 减速和S型加/ 减速,图3 ( a ) , ( b)为线性加/ 减速,S型如图3 (c) 所示. 除此之外还有**位置控制和相对位置控制等. 表1 给出了E点控制不同模式的控制码(P 点与其相同) .
3 磨削加工PLC 控制原理
如图4 所示, PLC 可以控制变频器、传感器、步进电机. 总控制程序流程图如图5 所示. 其中两个步进电机是利用PLC 的位控单元控制的. 在进行精密磨削过程中,横向进给将是十分重要的,PLC 的位控单元能较精确地控制步进电机的转角,从而使滚珠丝杠获得精确定位. 由于PLC 位控单元的控制方法有多种,对于磨削加工来讲,横向进给量不能大于215μm ,通过实验的方法可以找出较佳方案. 这里只通过一种控制方法来说明位控单元的具体应用. 首先,设置原点,利用光栅
尺粗对,测量出对位置距原点的距离. 为防滚珠丝杠出现爬行现象,工作台从原点出发,经过一段距离以后开始自动加/ 减速. 此时,只要给定起始速度,目标速度,加速/ 减速时间以及位置要求值,并设定控制码即可实现上述功能,相关程序如图6 所示. 如果设滚珠丝杠的螺距为d ,步进电机的步距角为α°;进给速度为v (mm/ s) ;行程为s (mm) ;则要求的脉冲频率(即程度中的目标速度) 为f = 360 v /αd (Hz) ;总脉冲数(即程序中的位置要求值) 为F =360s/da(个) .
一、概述
箱式淋雨试验箱适用于外部照明和信号装置及汽车灯具外壳防护．是航空、汽车、家电、科研等领域*的测试设备。主要配置：储水箱、水泵、减压分流装置、压力记、流量计、喷水管组件、摆管摆幅驱动机构、工作台旋转机构、电器控制系统、可视钢化玻璃门、玻璃刮水器、减速机构等。
南大傲拓科技有限公司采用NA200系列PLC，为杭州淋雨试验箱生产厂家科学合理的开发了一套**控制系统，在环境试验设备行业中取得良好应用效果。
二、工艺简述
试验箱底部采用高品质可固定式PU活动轮，方便用户搬移。具有270度摆管和360度旋杆喷水装置。该产品适用于外部照明和信号装置及汽车灯具外壳防护。箱体结构、箱体外壳材料采用优质不锈钢板发纹处理，内胆材料采用不锈钢光板。大面积可视玻璃门，便于观测试验箱体内被测试样状况。可调转速的样品台。
试验箱外表采用优质不锈钢短发纹板，工作室部分采用优质304B不锈钢板制作，试验箱由主体部分，传动机构和电器部分组成。
原理概述：
1.控制系统，用可编程逻辑控制器来完成对整个系统的时间、角度、顺序控制；采用步进电机控制角度有效保证试验按标准运行；摆管角度采用PLC驱动步进电机，角度任意设置和显示；流量显示：高精度**玻璃转子流量计；供水系统：储水箱、增压泵 ；标准配置：喷头若干只、通针；安全保护：漏电、短路、电机过热。
2.淋雨综合试验箱采用机电结合的方式，根据国标及欧、日相关标准设计模拟自然降雨环境，对试件进行外壳防护等级检测的试验设备。
3.喷水量和喷水压力可通过开关球阀的大小方式调节。
4.摆管角度和摆管频率则改变控制步进电机的步进数与步进频率而实现。
5.放试件的工作台转速，采用蜗轮减速机减速、变频器改变电机转速实现。在工作台转轴上设有轴套装置，可在轴向作上下调整，以适应不同试件外形尺寸的需要。
6.试验时间由人机界面实现设置，并通过可编程逻辑控制器完成整个控制。
三、硬件配置
序号 名称 型号 数量 备注
1 CPU模块 200CPU201-1401 1 8路数字量输入；6路数据量输出；
2 触摸屏 VIEW0702 1 7寸彩显；800*480；带USB和网口下载；
四、软件设计
系统软件包括两部分：PLC程序和触摸屏程序。
1.PLC程序主要完成对现场参数的采集以及对工艺过程的实时控制,当人界面界面设置好摆管运行的范围、试验整个时间及摆管运行速度时，按下“启动”试验开始进行，摆管在设定的范围内往返运行并实时喷水，并实时计算当时运行角度及已经完成的实验时间，当实验时间到后，关闭喷水装置，摆管回到初始水平位置。
2.触摸屏程序主要包括手动界面、自动操作、参数设置、回首页面。
手动界面包括：方式的手自动方式切换，及对摆管、喷水及进水的手动控制。
自动操作包括零点位置显示、当前摆管运行角度及实验运行剩余时间实时显示，以及对摆管复位和试验的启动控制；
参数设置包括摆管运行的范围、试验整个时间及摆管运行速度的设置。
如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。传统的PLC产品已经无法满足更加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了嵌入式PLC产品。
一、嵌入式PLC
嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和芯片组
1、嵌入式PLC系统软件
嵌入式PLC系统软件将PLC语言（梯形图语言）、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。
该系统软件具有以下特点:1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、*自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能;3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载**浏览器后,即可实现远程监控。
系统软件包括三个部分。
①嵌入式PLC内核： 它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；
②二次开发驱动程序 通过系统软件提供的外挂，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；
③终端应用程序 指面向工艺流程控制的梯形图语言程序
2、嵌入式PLC芯片组
EASY CORE 1.00 是一个加载了嵌入式PLC系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和**PLC。
1）芯片组基本性能：
①供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。
②CPU： C8051F040。
③嵌入扩展能力
·32 I/O：可复用成SPI、I2C接口及外中断、外计数、AD等。
·4 AD： 12位精度，100 KPS。
·2 DA： 12位精度，100 KPS。
④ 通信接口
·CANBUS：系统软件管理，使用工具软件CANSet构建CANBUS总线网络。
·UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。
·UART1：系统软件管理，用于下载CANBUS网络参数、构建RS485网络及支持第三方设备互连。
2）芯片组原理框图：
二、应用开发
基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式PLC产品。下面就介绍基于嵌入式PLC芯片组开发的16路输入的模拟量PLC产品（可输入标准信号或热电偶信号）。
1、硬件设计
硬件整体结构图如下：
AI0是芯片组内的一个AD转换通道，P1.0—P1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。
（1）信号采集电路
用AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV/℃）和宽范围的供电电压（±3V－±18V）, 可以很好地满足该产品的要求。在这里OP07由±5V供电，R18、R79作为调零电阻，输出电压由下式给出：Vout＝Vin（1＋R98/R56）。
（2）信号选择电路
选择16通道的模拟开关CD4067构成信号选择电路，A、B、C、D、INH接到芯片组的P1.0－P1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT引脚接到芯片组的AIN0，即**个AD转换通道。
2、软件开发
嵌入式PLC是基于Cygnal公司的C8051f040芯片开发的，所以二次程序的开发使用51汇编语言。开发选择的编译器是KEIL C51，因为它可以生成我们所需要的.HEX文件。
内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理 d、内核存储空间分配。【1】由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，所以16路模拟量PLC的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的AD转换和PLC资源区中AD值的实时刷新上。
（1）程序规划
T4中断：完成AD转换和16个通道的切换程序
USER_SCAN：PLC资源区中AD值的刷新。
AD转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，然后启动下一通道的AD转换。
PLC资源区中AD值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的资源区的对应位置处。
（2）程序代码
INIT_AD: ;AD初始化
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE
MOV REF0CN, #07H ;内部参考电压/输出到VERF
;启动内部温度传感器
MOV AMX0CF, #00H ;单极性输入
MOV ADC0CF, #0B8H ;D7——D3=SYSCLK/采样时钟-1
;采样转换时钟=1US
;D2——D0=GAIN
;000 GAIN=1
MOV ADC0CN, #90H ;启动AD采样
MOV AD_CHANNEL, #00H ;AD通道号，初值为0
MOV AD_COUNT, #00H ;16次采样次数计数。初值为0
RET
SAMPLE_AD: ;AD采样开始
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
MOV A, AD_CHANNEL ;采样值的累加和是一个字基地址 ;为#XAI,偏移地址为AD_CHANNEL
RL A
MOV DPTR, #XAI ;XAI存放16次采样值的累加和
ADD A, DPL ;低字节相加
MOV DPL, A
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0L
CLR C
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A
INC DPTR ;高字节相加
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0H
ANL A, #0FH
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A ;#XAI中存放格式为低字节、高字节
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
MOV ADC0CN, #090H ;启动下次AD采样
INC AD_COUNT
MOV A, AD_COUNT
CLR C
SUBB A, #16
JNC FILL_XAI_XAD ;当16次采样完成后,把XAI中16 ;个采样和（2字节）存放到XAD
RET
3、驱动程序的嵌入
在KEIL C51中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16路模拟量PLC的开发工作基本完成。
三、功能介绍
基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等多家人机界面， 3、支持梯形图编程（86条指令）， 4、支持CANbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。
嵌入式PLC的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的AD值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合PID调节，使受控温度精度可达±1℃。
下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号AD值放在D5000，转换后的温度值存放在D5160中。
四、结束语
笔者利用嵌入式PLC芯片组开发的的PLC产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得PLC生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的PLC。
1 简介
轧钢厂中小型车间是莱钢引进的具有20世纪90年代世界先进水平的中小型型材生产线，年设计产量45万吨。成套生产设备由意大利DANIELI公司提供，三电设备由ABB公司提供，设备生产能力强，工艺技术新，控制水平高。全线共有18架轧机，包括剪子和冷床、摆剪区域设备，共有110KW以上直流电机26台套，去年该条生产线全年产量达到96万吨。
随着车间产能的提升和轧制节奏的加快，作为车间动力系统核心的直流电机成为决定轧线提速和工艺稳定顺行的重要因素。轧机电流的变化状态直接关系到直流电机工作性能和轧线工艺的稳定顺行。同时为了适应轧线提速的要求，钢坯在出炉和轧制过程中的温度控制也提出了更高的要求。轧制过程温度的变化，直接决定着轧机负荷的变化。
ABB传动调试工具DDCTOOL中虽然可以调出每台直流电机的电流显示值，但是由于软件版本的限制，DDCTOOL只能单独查看一台电机的电流值，不能同时看到若干台电流的变化情况，而且不同轧机电流显示的切换，需要多步操作才能完成，给设备维护人员对设备监控带来很大不便。
自动化部操作站虽然能够同时显示多台轧机电流值，但是由于受到CPU扫描周期的限定，它不能实时存储电流值，也没有历史曲线的功能，对于设备发生故障以后的原因分析和判断不能起到有效的参考价值。
2 方案的确定
为了对轧线主电机的运行状况进行有效跟踪和监视，同时为了适应工艺设备的改造，便于分析工艺调整参数的科学性，采用先进手段对主机电流值进行采集和存储，提高了设备故障分析的针对性，为技术提供数据支持，我们根据现有设备状况，结合ABB传动设备的结构，决定对轧线轧机主电机设备的电流数值进行实时采集和存储。
首先我们计划选用电流互感器通过高速数据采集卡将数据信号传送到工控机处理，再通过系统软件换算成与实际相对应的电流值显示出来。此方案工程量大，需要敷设电缆的数量较多，而且信号采集过程中受到干扰而造成失真。同时系统中所用的电流互感器价格昂贵，而且不易更换与维护。
经过讨论分析，最后我们计划采用当前流行的PLC进行电流数据的采集和存储，实现轧机电流实时监视。该项目采用西门子S7－300为主控制器，以Wincc6.0为组态软件，在原ABB传动柜基础上实时采集各台轧机电机的电流。系统结构图如图2所示：
系统直接从DCV传动柜A10板的（X4：5，6）端子采集0－10V电压信号，通过以太网实现PLC与上位机的通讯，实现了数据快速传送和实时更新。
3 方案的实施
3.1软、硬件选型：
考虑到系统所实现的功能，我们选择了如下主要软、硬件配置：
3.2硬件安装与组态
硬件模板采用标准配制导轨安装，模板之间采用总线连接片进行连接，电源进行标准接地保护。模拟量输入模板起始组态地址为：272，每块模板8个模拟量输入通道，输入数据类型为0－10V电压信号，组态画面如下：
图3 硬件组态画面
3.3画面制作
按照轧线工艺布局设计制做主画面，在数值显示的基础上增加柱状电流显示功能，同时设置自动过流报警功能，当某台设备过流时柱状画面颜色变红，提示值班人员注意。
图4 系统主画面
设置每台直流电机的电流历史曲线，用户可以任意添加和选择某一台电机来观察它的历史状态和实时趋势。
图5 历史曲线图
3.4功能扩展
采用电流放大器将35KV高压系统的仪表测量回路电压、电流数据采集到该系统中，实现实时监控和存储。
图6 35KV高压系统电流监视
4 应用效果
中小型轧机电流监视系统项目实施以后，彻底解决了轧机电流状态监视的缺陷，为设备维护提供了有效的状态分析和判断手段。值班人员可以通过该系统中电流曲线的变化趋势提前预知设备的异常状态，并及时作出反应和采取有效措施杜绝故障的扩大。另外当设备发生故障时通过调用历史曲线可以清楚看到故障发生时设备的工作状态，有利于故障原因的排查和确定问题解决的方向。
5 研究和改进方向
在该系统的基础上增加AO模块，实现重要部位交流电机电流检测功能。同时充分利用车间生产系统网络平台的资源优势，增加网络功能，实现设备状态信息共享，达到远程维护与状态分析的目的。
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