6ES7223-1PM22-0XA8货源充足

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 引言：近年来，经编机的市场需求上升，双针床的经编机，高速机，双轴向、多轴向的经编机都销售形势良好。针对经编机的系统控制要求，北京和利时自动化驱动技术有限公司推出了经编机梭节横移系统。整套系统采用性价比较高的和利时PLC作为控制器，利用PLC伺服定位功能、丰富的内部数据资源和强大通讯功能，使得控制与驱动紧密结合，使系统控制好，显现出和利时产品在系统整合上的优势。

经编机主要由编织机构、梳栉横移机构、送经机构、牵拉卷取机构和传动机构组成。经编机控制系统主要包括电子送经系统、电子提花系、梭节横移系统三个部分。电子送经系统主要功能在于控制各种纱线的送经速度及张力，保恒定送经。电子送经系统可以分为单速或双速的EBA和多速的EBC两种，采用PLC、变频器、三相异步电机、伺服电机、编码器等组成闭环控制，来实现主轴恒速运转同时调节经轴转速，进而实现恒定送经。电子提花系统主要用于花型的提取，再配合梭节的横移以实现花型的成型。其主要由一个嵌入式系统来实现提花数据的转换及提花的动作控制，执行动作由3146～4096个电磁阀来实现。由于电磁的动作响应速度较慢，现在慢慢地被动作响应快的压电陶瓷所取代。梭节横移系统主要控制梭节的移动。经编机的梭节一般有56条或40条，目前多的是56条。每条梭节由一个900W的伺服来控制。由于控制轴数多，故采用分散控制。

和利时公司研发的梭节横移系统由PLC和伺服电机构成，包括控制部分、驱动部分和监控部分。

控制部分的主控制器要进行横移信号采集与处理，协调各分控制器的同步工作。系统采用和利时公司G5系列PLC，由一个CPU模块15-2BT02、两个16点开关量输入模块21-1BH00、三个16点开关量输出模块22-1BH00和一个16点继电器输出模块21-1HF00组成。系统分控制器共有28个，每组分控制器控制两轴梭节伺服。分控制器采用和利时公司G3系列高速运动控制CPU模块LM3106A，CPU模块上集成14点输入和10点晶体管输出，具有一个RS232串行通讯接口，具有两路100KHz高速脉冲输出功能。分控制器通过RS232/RS485转换器以485通讯方式连接到上位计算机上，进行监控。

系统共有56条梭节，由和利时公司56套900W的森创交流伺服进行控制，伺服根据织花转换程序事先转换好的存储在分控制器中的花型数据进行动作。

上位监控由一台研华触摸式平板电脑TPC-1261配以软件来完成；同时电脑上还运行织花花型转换程序，进行花型数据的转换与下载。软件采用和利时公司组态软件，完成对整个系统的运行状态监控，包括对伺服的运行状态，PLC、伺服的通讯状态，花型运行的梭节号等等运行状态的监控；完成系统的参数设置：机械参数主要是主轴参数，运动参数主要是给PLC定位控制用的脉冲频率、滤波时间、加减速时间等等；另外完成工艺装针、故障处理、盘头控制、用户管理、帮助等功能。

1  引言
         现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。目前，现场总线种类繁多，还没有统一的标准，每种总线都有其特的产生背景和应用领域，影响比较大的有CAN总线、lonworks总线、hart总线、FF总线、rpofibus总线等。Profibus-dp主要应用于现场设备级，它的响应时间从几百微几百毫秒，速率为9.6 kbps～12mbps。在济南机场航站楼的电力参数监控系统设计时，考虑到现场参数变量较多，位置分散，且对信号的实时性和抗干扰能力都要求较高，一般的监控网络很难满足系统要求，因此在系统的监控层选用profibus-dp通信网络完成系统的主控设备s7-300 PLC与分布的现场设备之间的数据通信工作。在s7-300 plc与带通讯卡的上位机之间采用了mpi通信方式。

2  系统网络拓扑结构
      根据在工业控制实际需要及其经费情况，系统的硬件组成通常有以下几种网络拓扑结构方案。
      (1)以plc或控制器作为一类主站，不设监控站，但调试阶段配置一台编程设备。该方案的plc或控制器完成通信管理、从站数据读写、从站远程参数化工作。
       (2)以plc或控制器作为一类主站，监控站通过串口与plc一对一连接。该结构方案的监控站不在profibus总线网络上，不是二类主站，不能直接读取从站数据合完成远程参数化工作。监控站所需的数据只能在plc控制器中读取。
     (3)以plc或控制器作为一类主站，监控站即二类主站连接到profibus总线网络上。该方案的监控站可以完成远程编程、参数化及在线监控功能。
     (4)使用pc机加profibus网卡作为一类主站，监控站与一类主站一体化。该方案成本较低，但要求pc机具有高性、能长时间连续运行，如果pc 机出现故障，将影响整个系统的正常工作。另外，通信厂商通常只提供一个模板的驱动程序，总线控制、监控程序可能需要用户自己开发。
    (5)紧凑式pc机(compact computer)加profibus网卡加soft plc的结构形式。该方案中用紧凑式pc机取代了一般的pc机，使系统的性大大增强。soft plc是将通用型pc机改造成一台由软件(软逻辑)实现的plc，这种软件将plc的编程及其应用程序运行功能，操作员监控站的图形监控开发、在线监控功能集成到一台紧凑式pc机上，形成一个plc与监控站一体的控制器工作站。
    (6)充分考虑未来扩展需要，如增加几条生产线和扩展出几条dp网络，车间要增加几个监控站等，采用两级网络结构。

3  硬件组成
        在开发设计济南机场航站楼电力参数监控系统的过程中，根据系统本身性能的要求及其各种方案的优劣及其性价比，我们在网络拓扑结构方案2的基础上，加以改进，不再采用监控站通过串口与plc一对一连接，而是在监控站与plc之间采用通讯速率高，稳定的mpi通信方式，系统网络结构如图1所示。网络结构分为两层，上层为管理层，下沉为数据监控层。两层之间采用mpi-多点接口访问方式。上层管理层主要功能是从plc控制器中读取从站参数数据，利用力控上位机组态软件，设计友好的人机界面，连接读取的数据变量来完成对从站的监控工作。另外在管理层中，可以生成各种需要的数据报表、进行数据分析等工作。下层监控层在本实例系统中由两个相对立的s7-300plc控制系统，每个控制系统由一个cpu314模块，cpu314上连接了四个通信模块cp342 -5，以及在每个cp342-5模块上连接的36个智能从站仪表构成，数据监控网络采用profibus网络通信方式，简单的分布结构，监控层主要完成与分布在工业现场的各个从站之间的数据通信，读取各个从站仪表的数据参数，存放在plc控制器的数据区中，供上位机读取访问。

4  软件设计
         profibus网络的节点连接采用lan(local area networks)插头。lan插头分为两种：一种不可以直接连接编程设备；另一种可以随时连接编程设备，对整个系统进行调试。在总线终端的lan插头处将终端电阻开关拨到on的位置，以减小网络信号传输干扰。
        在网络连接好之后，我们使用step7对整个网络进行组态。组态包括从站的硬件配置和网络设置两部分。在从站配置中，采用济南莱恩达网络仪表科技有限公司提供的具有profibus总线接口的pmm2000/pmm2100系列数字式微型多功能电力监测网络仪表作为智能从站，来监控现场设备的电流、电压、功率等各种电力参数，组态时需要设置它的网络地址，通讯速率以及输入输出参数长度等；网络设置时，需要设置相应通信模块cp342-5作为通信主站，同时设定它的profibus地址，通讯速率及mpi地址等参数。组态完毕后，编译无误，下载到plc控制器中去，即完成整个系统监控层的硬件组态开发设计。

4.1 系统程序设计
        开始设计系统软件程序时，新建一个的项目(例adc)，step7会自动建立s7程序的目录结构，并建立一个空的ob1，用来编写系统循环调用的主程序

        编写ob1时，双击打开ob1系统块，选择合适的编程语言，比如梯形图语言，根据工作要求调用系统提供的标准功能块，来完成从站的软件编程设计，如通过系统功能块可以完成分布从站仪表数据的接收及从站仪表是否在线工作诊断等。在主程序中，接收或发送数据使用db块。db块是用来存储系统数据的数据块，在db块使用之前，需要定义它的存储类型，大小等参数。在系统运行时，如果想在线监控db存储区中的数据，则可以建立一个数据变量表vat(如图3中的vat_1)，并在vat中添加需要监控的数据变量地址，程序在线运行时，即可观察到存储区的数据内容，这样整个监控层的就设计完毕，编译无误，即可与系统的网络组态分别下载到plc控制器中正常工作。
4.2 人机界面(hmi)的开发设计
        人机界面(hmi, human machine interface)的开发采用力控组态软件来完成。在设计过程中，需要开发专门的仪表驱动程序，并将其添加到力控组态软件的i/o驱动列表中。进行组态时，建立一个新的i/o设备连接，并设定好plc的属性，然后在力控实时数据库系统中进行数据连接组态。在profibus网络通信中，各从站的参数信息已传输到主站中，故只需建立起力控组态环境中的各个点参数与plc数据块中参数变量的对应连接，力控软件便可间接读取各个从站的参数信息，从而使组态画面完成对各个现场从站设备的监控。力控软件还提供了远程访问功能，使用户可以通过网络远程查看系统中各个现场设备的参数数据。

5  结束语
        济南机场航站楼电力参数监控系统已经投入运行，实践证明，该系统采用profibus网络技术来实现分布式监控，网络速度快、性高、具有良好的可扩展性、抗干扰能力强、同时节约了安装、调试和设备维护的费用，提高了系统功能和管理水平。

1 前言

柔性生产线具有配置简单，自动化程度高，可程序化和重新配置的优点，而被广大用户所采用。化纤柔性生产线中，挤出机是整个设备的重要部分，而后续各卷绕部分的速度同步才是整个系统的关键。系统中多电机速度同步精度的高低，直接影响着化纤丝成品的质量。

       在以前的此类生产线中，大多数采用在各辊上安装现场操作箱，根据实际情况人为调整速度的方法进行控制。这种方案存在如下缺点：

1）不便于数据的集中管理；

2）需要根据各个速度，手工计算牵伸比；

3）实际速度不满足要求，需要再循环跑到各个区域去调节，操作非常麻烦；

4）废品率偏高。

       针对上述问题，此次设计中，在理念上采用集中控制与分散控制相结合的方式，将触摸屏与PLC作为控制的。触摸屏设置配方数据，PLC直接计算牵伸比，通讯控制变频器速度。集中的操控人机界面，并在各辊上安装现场操作箱，既能在触摸屏上进行所有的控制，又能在现场进行整个系统的操作。

通讯的应用是现代工业发展的一大主题，用通讯方式设计的系统结构简单，运行，能有效的避免硬件故障带来的整个系统的损失。

  化纤柔性生产线简介：化纤柔性生产线是化纤丝生产中的一种重要的生产线，它的结构包括挤出机，计量泵，分丝盘，水箱，牵伸辊机（包括加热和不加热），导轮，冷却箱，力矩辊机和收丝机。在加工时，将化纤颗粒放入挤出机漏斗，经过挤出机加热挤出并在分丝盘将化纤溶体分成几百束的初级化纤丝后经水冷却，然后将化纤丝几十根为一把经过导轮缠绕在各牵伸辊机上逐级拉伸后变成很细的化纤丝成品卷绕在收线盘上。从初的化纤丝到成品之间化纤丝的初细就靠各辊机运行速度的逐渐加快来确定，具体的快慢由牵伸比设定，不同的产品牵伸比不同。

        本系统在设计时充分考虑了操作的简易性，只需要设定其中的主速度，通过牵伸比就可以把各级的速度分别计算出来，在调节速度时，各级的牵伸比也会自动计算出来，并进行自动保存。

        现场操作时，在各级上有一现场操作箱，可以进行速度同升同降，单启动、停止，联动启动、停止和紧急停止功能，另外在4热七辊机和8热五辊机的两个操作箱上还装有两个线速表，用以显示当前的线速度，便于现场调节。集中监控时，将控制柜上的选择开关拨到触摸屏端，即可用触摸屏进行启停操作，但不管集中控制还分散控制，都可在触摸屏上设定数据和显示当前频率和电流。

3 硬件设计

        本系统主要由触摸屏、PLC、变频器、测速编码器以及其它一些辅助元器件组成。整个系统通过通讯进行，结构简单，操作方便，运行。PLC采用艾默生公司的EC20-3232BRA主控制模块，外带一个16点的EC20-1600ENN输入扩展模块。

        EC20 PLC是艾默生小型PLC的端产品，它具有高性、高响应性，强劲的通讯功能，丰富的指令集等，其中程序容量可达到12K步，而基本指令时间才0.09μs。它的板件经过了严格的三防处理，工作电压AC85~280V，具有的抗干扰性，是系统稳定运行的保证。重要的是它自带了一个RS485/RS232的通讯接口，有丰富的通讯指令，使得和外部设备通讯变得为简洁方便。

        由于各牵伸辊机对速度要求非常高，所以各牵伸辊机的变频器均采用艾默生TD3000系列，一共使用了7台TD3000变频器，并且3五辊机、4热七辊机、6热七辊机、8热五辊机、9热七辊机和11七辊机都增加测速编码器以保设备对速度精度的要求。12收线机由于设备对速度要求不是那么严格，所以采用了不带测速编码器的TD3000变频器。

TD3000变频器是艾默生公司的矢量控制型变频器，可以加测速编码器组成速度闭环控制，能实现转矩的快速响应和准确控制，能以很高的控制精度进行宽范围的调速运行。具有自动调谐、零伺服控制、速度控制和转矩控制在线切换、编码器断线检测、能进行参数考贝等多种功能，并有RS485自由通讯接口，可以满足系统的要求。计量泵采用的是两台艾默生EV1000通用型变频器。

        监控人机界面采用10.4寸触摸屏，进行数据显示和设定，直观。

        在整个系统中，PLC是控制，它可以立完成整个控制过程，在触摸屏发生故障时，仍然可以通过现场操作箱进行控制而不影响整个系统的运行。

//初始化短帧，帧头为02

LD SM0

MOV 16#2 V3

MOV #addr V4

MOV 16#1F V5

MOV 16#5 V6

MOV 16#0 V7

MOV 16#0 V8

MOV 16#44 V9

MOV 16#7F V10

MOV #freq_set K4M1980

MOV K2M1988 V11

MOV K2M1980 V12

MOV 0 Z0

MOV 0 V13

//异或校验

LD SM0

FOR 9

LD SM0

WXOR V13 V4Z0 V13

LD SM0

INC Z0

NEXT

//发送和接收

LD SM0

MPS

ANI SM122

XMT 1 V3 11

RCV 1 D7000 11

MRD

AND SM123

MOV D7004 K2M1988

MOV D7005 K2M1980

MOV K4M1980 #freq

MPP

AND SM123

SET #end

//发送完后，将完成标志位END置ON

        此段程序为TD3000变频器设定频率和读电流的子程序，EV1000的通信程序可以根据它的通信协议进行设计。下面介绍变频器的参数设定，由于总共有九台变频器需要通信，所以我们将变频器的地址分别设为10到18，具体通讯参数TD3000在F9组里面进行设定，EV1000在FF组里进行设定，除了设定通讯参数外，还有编码器，摸拟量设置等参数，设定如下：

        TD3000变频器 通讯参数 F9.00 3 F9.01 0 F9.02 12-18

编码器参数 Fb.00 1024

启停参数 F0.02 1 F0.03 6 F0.05 1

模拟量参数 F6.08 0 F6.11 7.8

EV1000变频器 通讯参数 FF.00 0005 FF.01 10-11

启停参数 F0.00 2 F0.03 1

        此程序中，除了需要给变频器设定频率外，我们还要读取变频器的当前电流和故障状态，以反应当前设备的运行状况，另外还有参数计算，系统启停，故障报警等程序，这里不一一赘述。

3 结束语

        此化纤柔性生产线自运行以来，达到如下效果：

        1） 的同步速度精度，使产品废品率明显降低。

        2） 完善的集中控制，大幅降低工人的劳动强度。

        3） 设备速度从以前设备的100米/分钟，提高到150米/分钟，效率提升了50%。

        4） 生产过程的参数完整记录，为质量追溯提供了依据。

        以上效果等到了用户的高度评价。

        从本次的实际应用来看，艾默生公司矢量变频器TD3000较高的速度精度与EC20系列PLC的强大的通信能力，可以为化纤提供高稳定性、高性、高度自动化和率的系统性解决方案。

        通讯越来越多地走进了现代控制领域，它直接着传统工控设计理念的变革。大到成千上万点的监控系控，小到单台设备，无处不见通讯的身影，它以快捷的硬件组态和率的运行获得了很多工控的支持。艾默生EC系列小型PLC增加了一个通讯接口和很多强劲实用的通讯功能，是当前小型PLC的发展方向

 怎么去选择PLC，主要是确定PLC的生产厂家与型号。对于分布式系统、远程I/O系统，还需要考虑网络化通信的要求。
  确定PLC生产厂家，主要应考虑设备使用者的要求、设计使用者的习惯、熟悉程度、配套产品的一致性以及编程器等附加设备的通用性、技术服务等方面的因素。从PLC本身的性考虑，原则上只要是国外大公司生产的产品，都不应存在此问题。
  作为作者的个人看法，一般来说，对于初次使用PLC的用户或者是用于控立设备（单机控制）的场合，配套日本产的PLC产品，相对来说性能价格比有一定的优势，入门也较容易。对于系统规模较大、网络通信功能要求高、开放性好的分布式PLC控制系统，远程I/O控制系统，欧美生产的PLC可以为网络通信功能的发挥提供一定的便利。当然，产品的技术支持与服务、价格等因素也是选择PLC时所考虑的问题。
  在PLC生产厂家确定后，PLC的型号主要决定于控制系统的技术要求，在满足设备控制要求的前提下，考虑生产成本。
  从技术的角度考虑，以下指标是选择PLC型号时应引起注意的问题。
  1．CPU性能
  PLC的CPU性能主要涉及处理器的“位数”、运算速度、用户存储器的容量、编程能力（指令的功能、内部继电器、定时器、计数器的数量等）、软件开发能力、通信能力等方面。在使用特殊功能模块、特殊外部设备或是需要网络连接的场合，应考虑到CPU的功能与以上要求相适应。
  此外，在满足控制要求的前提下，CPU的价格也是需要设计人员考虑的问题之一，选择的PLC既要满足系统的功能要求，同时也应该充分利用其功能，避免不必要的浪费。
  2.1/0点数
  PLC的输入／输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定，应以上述的I/O点汇总表为依据。在正常情况下，PLC的I/O点可以适当留有余量，但同时也考虑生产制造成本。对于以下情况，应适当考虑增加一定的I/O余量。（信息来源：www..cn）
  ①控制对象的部分要求不明确，存在要求改变可能；
  ②I/O点统计不完整，设计阶段或者现场调试时可能增加I/O点：
  ③PLC扩展较困难，但控制系统存在变动可能性；
  ④使用环境条件相对较差，PLC工作负荷较重：
  ⑤维修服务不方便，配件供应周期较长。
  I/O点（包括程序存储器容量）的余量选择无规定的要求，没有固定的计算公式，一切都根据实际情况进行，避免教条主义，这样才能做到科学与合理。
  3．功能模块的配套
  选择PLC时应考虑到功能模块配套的可能性。选用功能模块涉及硬件与软件两个方面。在硬件上，应保证功能模块可以方便地与PLC进行连接，PLC应有连接、安装位置与相关接口、连接电缆等附件。在软件上，PLC应具有对应的控制功能，可以方便地对功能模块进行编程。
  4．通信能力
  对于分布式PLC控制系统、远程I/O控制系统，PLC的通信功能是考虑的问题。而对于集中控制系统或单机控制系统，既要考虑到用户现有外部调试设备等的正常使用，还应考虑到用户管理水平的提高与技术发展的可能性。增强通信功能，既是信息技术发展的基本要求，也是当前PLC的技术发展方向之一。因此，在选择PLC通信能力方面，应有一定的前蒽识，保留系统的发展空间。

1．硬件设计的重要性
  PLC控制系统的设计包括了硬件与软件两方面的内容。在控制系统的总体规划（方案设计）完茂，并且选定了对应的PLC型号与规格后，从工程设计的角度，应进入控制系统的技术设计阶段，进行系统的硬件与软件设计。
  PLC控制系统的硬件设计，并非像部分入主观想象的那样，因为PLC具有灵活、通用的特点，全部控制要求均可以通过软件解决，因此设计时只要进行PLC与输入／输出信号间的简单连接即可。而是直接关系到控制系统的性、性与生产制造成本等诸多重要问题。而且，硬件设计一旦完成，它不可以像软件设计那样可以随时随地进行修改，因此，它是决定控制系统设计成败的关键司题，引起设计者的高度重视。
  虽然，PLC是专门为工业环境设计的控制装置，其本身的性、性已经得到了良好的保证，但如果外部条件不能满足PLc的基本要求，同样可能影响系统的正常运行，造成设备运行的不隐定，甚至危及设备与人身。因此，在系统硬件设计阶段，就考虑到系统的性与性，并始终将其放在为重要的位置。
    硬件设计是对系统进行的原理、安装、施工、调试、维修等方面的具体技术设计，设计认真、仔细；确保全部图样与技术文件的完整、准确、齐全、系统、统一，并贯彻、国内有关标准。
  2．硬件设计的基本内容
  一般来说，PLC系统硬件设计应包括如下内容：
  ①控制系统主回路设计、控制回路设计、电路、PLC输入／输出回路等方面的设计；
  ②控制柜、操纵台的机械结构设计：
  ③控制柜、操纵台的电器元件安装设计；
  ④电气连接设计等。
  以上内容中的主回路、控制回路、PLC输入／输出回路的设计是硬件设计的主要内容，属于电气控制原理设计的范畴，统一以“电气原理图”的形式体现设计思想与要求。
    电气原理图是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试与维修的基础，它完整地体现了系统的设计思想与要求，系统中所使用的任何电器元件以及它们之间的连接要求、主要规格参数等，均在电气原理图上得到了、准确、系统的反映，因此，它  电气控制系统为重要的技术资料。
    电气原理图设计应遵循、国家或行业的标准与规范在国外，一般来说，除涉及性、性的准则决不可违背外，对其他方面的要求（如图形符号、元器件代号等的表示方法）通常较灵活，因此，在阅读进口设备图纸（包括本书）时应注意。
  在PLC电气原理图设计中，PLC的I/O连接设计相对来说是系统中为简单的部分，只需要根据PLC输入／输出的类型，按照PLC的连接要求进行连接即可。然而，控制系统的PLC外围电路设计，往往是影响系统运行性、性，决定系统成败的关键，尤其应引起设计者的重视。
  控制柜、操纵台的机械结构设计，控制柜、操纵台的电器元件安装设计，电气连接设计等属于安装与连接设计的范畴。设计的目的是用于指导、规范现场生产与施工，为系统安装、调试、维修提供帮助，并提高系统的性与标准化程度。