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产品描述
西门子模块6AV2123-2GB03-0AX0型号介绍
前言
VFD-E系列为台达变频器家族的三代产品，在产品功能、性能与控制技术上均保留了现有产品的优点。VFD-E系列变频器将以全新的市场应用角度、灵活的模块化设计、环保的角色进入市场。
一、VFD-E变频器的功能特征
1.VFD-E提供了多样化现场总线通讯模块，非常适合系统整合应用、立体停车设备、以及远程监控的应用。
2.内建的PLC功能，可以取代小型的单片机控制器、计数器及定时器等，从而大幅度降低系统成本，非常适用功能简单、价格敏感的机械加工行业。
3.VFD-E采用了欧式设计，既可并排安装、又可加挂导轨背板，加上其小巧型可以大幅度缩小了安装空间。
4.VFD-E可以做直流母线并联供电，有效的相互吸收回馈能量，分散刹车电阻负担，并且多台使用同一个刹车模块，大大降低了系统成本。
5.滤波器内建（230V 1phase and 460V 3phase）符合CE/UL标志，符合中国出口的市场需要。
6.方便灵活的各种选购配件，例如I/O卡、A/D、D/A模块、数字操作器、PG卡、通讯模块等，用户都可以根据系统的需要来合理的配置，让系统达到性价比。
7.VFD-E完善的保护功能、的电流检测等都是其功能中的一大亮点。
二、VFD-E变频器内置PLC系统特点：
1、内存程序、往返式来回扫描控制方式。
2、结束再生的输入/输出控制方式（当执行END指令时输入输出有立即刷新指令）。
3、基本指令的处理速度几个uS。
4、指令＋梯形图＋SFC 的程序语言。
5、350步程序容量。
6、45个指令种类，包括28个基本指令，17个应用指令
7、基本配置6个输入点（X），2个输出点（Y）;通过I/O卡可以配置9个输入点，4个输出点。
8、一般用的辅助继电器共160点M0-M159，特殊用继电器共32点M1000-M1031。
9、100ms的定时器16个T0～T15。
10、16位的计数器8个 C0～C7，32位的计数器1个C235。
11、一般用的内部寄存器30点D0～D29， 45点特殊寄存器D1000～D1044主要作为存放系统状态、错误信息、监控作用。
12、通过RS485方式来进行程序读出写入。
三、VFD-E变频器的PLC程序执行方式
PLC程序的上传和下载再PLC2页面下执行，按MODE键到“PLC0”页面，然后按上键切换到“PLC2”，接着按下“ENTER”，成功会显示“END”，然后会跳回“PLC2”。在没有下载程序到变频器里面之前，如果出现警告可以不理会。注意在上传和下载程序前变频器是在停止状态下。
执行VFD-E变频器内部PLC程序有三种方式：
种方式：在PLC1页面下，可以自动执行PLC程序。
二种方式：在PLC2页面下，可经过WPL由通讯控制PLC程序执行/停止。
三种方式：当为外部多功能输入端子（MI3-MI9）设定为“RUN/STOP PLC（99）”后，端子接点导通（close）时，在PLC页面会显示PLC1，执行PLC程序。端子接点断路（open）时PLC页面会显示PLC0，停止PLC程序。
四、内置PLC的特殊功能装置配置说明
在本文中只是把常用的特殊继电器和寄存器等说明一下，详细内容可到中达电通股份有限公司的网站上）下载VFD-E系列的说明书。
特殊继电器说明
M1000 运转监视常开接点（a接点）。RUN中常时On、a接点。RUN的状态下，此接点On。
M1001运转监视常闭接点（b接点）。RUN中常时Off、b接点。RUN的状态下，此接点Off。
M1005变频器故障指示。
M1006输出频率为零。
M1007变频器运转方向FWD（0）/REV（1）。
M1025变频器RUN（ON）/STOP（OFF）。
M1026变频器运转方向FWD（OFF）/REV（ON）。
M1028高速计数功能开启（ON）/关闭（OFF）。
特殊寄存器功能说明
D1025高速计数器现在值（低位）。
D1025高速计数器现在值（高位）。
变频器特殊指令
（1）DHSCS高速计数功能
DHSCS S1 S2 S3
S1：比较值；S2：高速计数器编号；S3：比较结果。
说明：
1. 高速脉冲计数功能需要借助PG卡来实现外部脉冲输入。
2. 由设置DHSCS指令所需要的目标值，并且把M1028（特殊功能继电器，功能是变频器高速计数功能开启ON/OFF）打开，将自动进行计数。如果要计数器的数值，需要将M1029（特殊功能继电器，功能是高速计数值）设置为ON。
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3. 高速计数器有3种控制模式，可以通过特殊寄存器D1044来设定。种模式是“A-B相脉冲”的模式，使用可以通过输入A相和B相的脉冲来做计数器的输入，需要和GND连接。二种模式是“脉冲＋符号”的模式，使用者可以利用脉冲的输入以及通过符号来做上数或着下数。定义A相来做脉冲，B相来做符号，需要和GND短接。三种模式是“脉冲＋标志位”，在计数方式中，可以通过标志位M1030来判断上数或下数，所以使用者知需要连接A相就可以了，需要和GND短接。
（2）FPID变频器PID控制
FPID S1 S2 S3 S4
S1：PID参考目标的输入端子选择（0～4）；S2：PID比例增益P（0～100）； S3：PID积分时间I（0～10000）；S4：PID微分时间D（0～10000）。
（3）FREQ变频器运转控制
FREQ S1 S2 S3
S1：设定频率；S2：加速时间；S3：减速时间。
例如： FREQ K5000 K200 K100。
则：设定目标频率为50Hz，加速时间是20S，减速时间是10S。
（4）RPR变频器参数读取
RPR S1 S2
S1：参数字地址，2把读取的参数保存到S2中。
（5）WPR变频器参数写入
WPR S1 S2
S2为参数的地址，把参数数值S1写到参数S2中。
● 主控制器：Q00CPU：速度和牵伸比给定，通过I/O模块，现场各机台急停，限位等开关量及模拟量信号，完成连锁控制及报警功能。
● 输入模块：QX40：完成现场的开关量控制采集，
● 输出模块：QY10：完成开关量输出。
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● 模块量输入：Q64AD：以完成现场的模拟量检测。
● 串行通讯模块：QJ71C24N-R4：构成变频器通迅链路。
● 传动驱动单元：艾默生公司的EV2000系列变频器。
鉴于篇幅的原因，本文主要描述系统控制的关键设计和实现，即保证导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲五台电机的速度同步。客户基于成本的因素，传动驱动单元选用艾默生公司的EV2000系列变频器，并要求主控制器和其构成一个以RS485为通讯介质的低速廉价通讯链路。尽管导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲5台变频器采用共用直流母线运行方式，并安装增量式编码器构成转速闭环以提高速度精度，卷曲机变频器还外加张力传感器以稳定控制拉伸张力，提高纤维质量，但是在设备起停过程特别是在运行过程中调整运行速度和牵伸比等工艺参数时低速通讯链路的实时性的问题就表现出来了。
在设计上，虽然一个通讯模块可以组成485网络，但因为通信量很大，我们实时发送电机的速度指令及起停信息，同时还要不断读取变频器的工作电压、电流、频率等参数，所以如果采用一块模块的话，通信周期将增大，也就达不到实时的作用。所以我们选用两块485通讯模块，即四个通讯口同时对一牵、二牵、三牵、卷曲四台变频进行通讯，而导丝和一牵共用一个通讯口，在下一周期通讯。考虑到通讯协议帧长度长为18个字节，在19200Bit/s传输速率下，各速度指令响应的大时差为20ms左右，当大车速为200M/Min时，尽管导丝略有滞后，但在工艺上是可以接受的。该方案可以有效地解决速度指令的同步能力，实现开车起步和停车过程中按指令同步升降速以及运行中速度调整时五台电机速度的同步和纤维拉伸张力的均匀。
4．调试情况和体会
在实际调试过程中，系统基本符合我们预想。但在通讯调试中，我们发现Q系列PLC在搭载多通讯模块系统时，通讯的稳定性和PLC的扫描周期的长短有关。随着功能的不断增强，程序的不断完善，扫描周期也随之加大，当大扫描周期大于25ms时，通讯开始有不稳定现象出现。
现象：我们用QJ71C24的通讯指令来接受通讯数据，当扫描周期大于25ms时，在同时通讯的4个口中，排在程序的后一个口偶尔会有通讯错误，当接受标志位已跳变为ON，表示数据已接受完毕，但接受数据区中却无数据。我们对同时通讯的四个口的程序次序颠倒过来发现情况依旧，错误只发生在次序排在后的一个口。
分析原因：我们认为是通讯时序出现了问题，系统接受标志位的跳变和系统数据的传递不同步，即系统内部通讯标志建立时，通讯缓冲区的数据尚未来得及传送完毕。故我们判断扫描周期延长会影响系统通讯的时序。 解决办法：精简程序来缩短扫描周期或换高速PLC 。但由于本系统程序量较大，后为了保证系统的性我们将CPU从Q00换为Q02，提高了系统处理速度，把扫描周期降低至10ms以下，问题得以解决。
5．用户的反馈
本系统已正常投产三个多月，目前系统运行非常稳定、，技术指标达到了设计效果。
二、控制系统构成
1、控制设备选型
单体建筑空调机房设备少、控制简单，关键是具备计费和立控制功能。因此，从性价比及控制要求上我们选择了德国西门子S7-200系列PLC进行自动控制。其主要有四个方面的优点：
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1、 性价比优
单体建筑空调机房受控制设备少、控制点数少、工艺简单，采用低端PLC自由组合I/O模块，立编程控制，灵活便捷，相对DDC系统投资少。西门子PLC在有良好的可信度，其低端产品S7-200系列PLC具有精度高、性高、编程灵活、性能优越、价格低廉等优点，且在有着高的市场占有率。
2 能够立编程控制
在广州大学城区域供冷系统Profibus-DP网络中，选择ET200M分布式I/O，配置有源背板总线，在主站CPU上统一编程，性高。从站I/O点不影响整个系统运行，各从站间相互立。从站不能采用ET200M分布式I/O，而采用CPU+I/O模块。根据工艺要求，末端单体建筑空调机房具备立冷热量计费、控制功能。冷热量计费要求PLC采样精度高。S7-200PLC扫描周期十几毫秒，对温度的分辨率为1/212℃，对流量的分辨率为1/215m3/h，配置可以使计费精度达0.2%。每个机房的设备数量不一致，控制程序不相同，在CPU上可以任意编程。因此采用S7-200PLC能够满足系统控制要求。
3 通讯功能
与其它PLC一样，S7-200配置相应的通讯模块可以与Profibus-DP网络通讯，也可以与工业以太网通讯，同时CPU上的编程口支持自由通讯协议，可以与变频器通讯。广州大学城末端控制系统采用Profibus-DP网络。Profibus-DP网络是西门子公司推出的世界应用广泛、经典的总线方式。大通讯速率达12Mbps，主站CPU访问每个从站CPU并监控从站。主站CPU通过工业以太网接受控制室操作员站监控，形成一个完整的监控网络。
4 扩展功能
S7-200PLC多可以带8个扩展模块，可以扩充控制点。配CP231模块可以与工业以太网通讯，同时CPU上的编程口支持自由通讯协议，可以与变频器通讯。
2、系统硬件配置及网络结构
控制系统硬件配置
末端控制PLC：S7-200（CPU224、EM231 RTD、EM235、EM277）
冷站内的操作站：工控机（PⅣ2.4G 21’纯平彩显）
以太网卡：CP1613
交换机：OSM-ITP62
主站CPU：CPU414-2DP（图中S7-412-2DP即表示CPU412-2DP，其从站只有40个）以太网接口：CP443-1
扩展DP接口：CP443-5（扩展型）
光电链路器：OLM/G11-1300（主站PLC出口）、OLM/G12-1300
系统监控网络结构
控制级采用TCP/IP协议，工业以太网，网络波特率为10/100Mbps，采用光纤进行通讯，现场级采用现场总线Profibus-DP，总线传输介质为通讯电缆和光缆，网络波特率为19.2Kbps
二、三、四冷站各设一套主站PLC（CPU414-2DP），上图为广州大学城四号冷站末端控制系统的网络结构图，二、三号冷站的网络结构与上图相似，只是Profibus-DP网段数量和从站数量不一样。以四号冷站末端控制系统方案进行分析，根据各单体的位置，按近原则组网，采用光缆介质和Profibus电缆介质，选用S7-400 CPU414-2 DP可编程控制器作主站，S7-200PLC作从站来完成整个控制系统网络的组建，具体方案如下：
各冷站PLC、操作员站以及其它控制器务器工作在工业以太网上，服务器读写三个冷站的主站PLC。作为收费系统和监控各单体建筑机房的人机界面，各冷站的操作员站只读写对应主站PLC 。
根据西门子产品通讯技术参数，一个CPU414-2DP可以有至少4个多10个Profibus-DP网段，一个DP网段多不过96个从站，一个OLM可以作一条Profibus-DP总线，该总线多不过32个从站，但实际组网时会考虑到CPU的过程映象I/O点数量的大允许值和CPU通讯的I/O点数量以及设计余量来分配网段的从站数量。根据一条Profibus-DP总线要求和地域分布以及设计余量来分配一条Profibus-DP总线的从站数量，从而实现主站PLC（S7-400）对各单体建筑空调机房的监控。利用CPU224处理模拟量功能较强、精度较高的特点，通过扩展模拟量AI/AO模块，完成温度、流量、压差和调节阀门的控制；通过扩展数字量DI/DO模块，完成单体建筑空调机房水泵、压差开关、电动蝶阀等设备的监控。
三、控制系统功能
整个区域供冷末端系统约300个单体建筑空调机房，每个单体建筑机房要求立计费、立运行。因此，末端系统控制的关键是做好各单体空调机房内设备如：变频水泵、调节阀门等的自动控制和冷热量的计量。管理人员可以在各冷站的控制室通过现场的Profibus-DP总线和工业以太网对末端系统进行远程监视和控制管理。
具体的控制任务如下：
1、对每一栋单体建筑进行数据采集、计量、控制，现场不能修改参数，只能显示监视数据。
2、板换二次侧供水温度T3控制在6.5℃，水泵变频控制。
3、控制室具有数据查询包括日用量和月用量查询和用户资料查询，可以显示选定某段时间的数据按每栋进行查询。
4、当大楼欠费时可以通过控制室进行远程控制，将对应的冷源自动关闭，方便物业管理。
系统应能提供稳定、的设备监控功能，同时，系统应具有很好的兼容性、可扩展性。
控制程序结构与流程：
按空调工艺特点和要求及冷热量计费要求编制的控制程序保证了空调供冷过程可顺利地进行，并对机房运行各装置提供了有效的监控和保护，保证了系统正常的计费。根据系统要求空调供冷要分遥控/本控两种方式。在本控操作时，通过电源柜可以启动水泵，但手动打开电动调节阀门方可供冷，以满足控制器故障时供冷需要。远程控制室可以全自动控制设备、状态。主控站S7-400 CPU任务较多，但主要是读写各从站的监控参数，通过合理设计程序结构能大大减少程序的扫描时间，提高CPU的工作效率。虽然各单体建筑空调机房的逻辑控制不一样，但可以分为三类，每类的逻辑控制一样，主控站S7-400 CPU与从站S7-200 CPU交换数据参数一样，可用循环程序来调用同一类子程序（FC功能块）的办法来完成各单体建筑空调机房的监控，主控站CPU与各从站交换的数据分别放在3个DB数据块中，在调用各功能块之前打开各自的数据块，完成参数的传递。
四、项目运行情况
广州大学城末端供冷系统自动化程度高，数据采集量大，控制站数量较多，因此我们对系统的性要求比较高，自2006年9月的投入使用，实现了高度集成自动化控制和科学化能源管理。广州大学城区域供冷系统采用SIEMENS 可编程控制器很好的完成了空调供冷和计费的自动控制任务，采用Profibus-DP工业现场总线网络和工业以太网实现了各冷站控制室对各个单体建筑空调机房的分布式集中控制，符合大型区域供冷自控系统的数字化和网络化的发展方向。
、PC作为系统的上位机通过串口与主控制箱的PLC主站模块的通讯口0连接，采用RS232通讯实现对PLC数据的采集和控制。
2、系统主干通讯网络采用MODBUS协议。
3、系统分为三个控制箱：主控制箱、机身控制箱、机身电磁阀接线盒。系统需要配置5个PLC主模块，以MODBUS总线协议进行通讯。主控制箱内有3个PLC主模块，其中1个主模块配置为MODBUS主站。机身控制箱和机身电磁阀接线盒分别各配置1个PLC主模块。
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4、主控制箱的主站PLC采用EC20-2012BTA主模块（晶体管输出），扩展了2个EC20-4PT模块（温度测量）、2个EC20-4AD模块（4-20mA模拟量测量）；主控制箱的从站PLC采用2个EC20-2012BTA主模块（晶体管输出）。
5、机身控制箱从站PLC采用EC20-2012BRA主模块（继电器输出），扩展了1个EC20-4AD模块（0-10VDC模拟量测量）。控制箱应留出未来扩展的空间，以便将来增加扩展模块。该控制箱上安装1个无锡汇联SLIAN的文本显示屏，通讯线与PLC的通讯口0连接（RS-232）。
6、机身电磁阀接线盒从站PLC采用EC20-3232BRA主模块（继电器输出）。
7、5个比例阀分别由主控制箱的3个PLC主模块进行控制。每个PLC主模块可控制2个比例阀。
8、4台变频器和2个计都作为MODBUS从站，由主控制箱主站PLC进行监控。
2.3工作原理说明
人机交互通过PC实现，PC可以实时监控整个系统的工作运行状态、动作过程及故障报警、实时曲线描绘和保存历史数据等，同时可发送各种操作命令给PLC以控制系统的运行。
在主站PLC与PC、从站PLC、变频器和流量计仪表通讯方面，EC20 PLC充分利用自身的优势，由于EC20 PLC本身带有2个串行通信口（1个RS232口，集成自由协议/编程协议/MODBUS从站协议，1个RS232/485口，集成自由协议/MODBUS主站/从站协议），EC20 PLC利用COM0口和PC进行通信（EC20 PLC做从站，设置成MODBUS从站协议），利用COM1和多台从站PLC、变频器和流量计仪表组成网络进行集中控制（EC20 PLC的COM1设置成MODBUS主站协议）。
艾默生变频器自带RS485接口的通讯单元，用于实现PLC与多台变频器的联网。对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成，可省去变频器的外部起停控制线路。
5个比例阀控制器均由步进电机及放大器组成，由主站PLC及2个从站PLC通过高速脉冲输出口来进行控制。
流量计仪表具有MODBUS协议，可由主站PLC通过MODBUS网络访问和监控。另外，流量计具有脉冲计数和频率输出，可用于计量，作为备用方案。脉冲输出可以接入到EC20的高速输入通道。
三．PLC逻辑控制：
此次编程采用顺序功能图（Sequential Function Chart），利用顺序功能图的过程划分和步骤间转换功能。可将程序段进行模块化自由组合。
由于顺序功能图编程具有直观和流程化的特点，分解后的每一步骤和每个转换条件都为相对简单的程序过程，在顺序控制领域应用比较广泛。
3.1 模块化的分解与实现
染布工艺经过长时间的积累，已经形成一套相对固定的工艺流程。但是随着布料种类、染料种类和印染要求的不同，会在原有流程上进行一定的增加、删减或者参数的改变，因此需要将整个印染工艺分解为若干个小模块以实现这一功能。
经过对印染工艺的了解，现将整体工艺拆分为如下功能块：
四 小 结
概 述：一．系统工艺介绍
挂面在刚刚生产出来时，并非像我们平时见到的那样短小，而是长度约1.3米的长长的一串，因此为了适合人们的食用以及方便运输，需要将其切割为长度适当的若干段。
长面切割前需要人工将其挂在面杆上，之后通过主传送带上的挂钩将面杆及长面带入设备。切后端接近开关感应到面杆到达后，控制切动作将面杆与挂面切离，而此时的挂面已经被一对导面滚轮压住继续向前行进。此后切不断动作切割面条，固定时间或长度后停止动作，等待下一杆面。
2．工艺要求
长度：要求切割出的面条长度为从100mm到400mm，可以调整的小范围为1mm，允许误差±2mm。
主电机转速：为了节能，当每连续中断几杆面时，需要将电机降频，直至设定转速；当每连续来几杆面时，需要将电机缓慢增频，直至设定转速。
切动作：由于切为型，因此每次切割动作为转动半圈，且切的转速不可过慢，防止面条在切处短暂堆积。
切割数：对于固定面条总长、固定挂面单长的情况下，每杆面切割的数是固定的。但是数在小于实际值以内应该是可调的，因为有时长面的后面部分可能有弯曲等问题，不能制为成品。同时，剩余的部分需要回收重新制成长面，因此需要打碎。
3．电气系统结构及说明
整体系统的电气结构如下图
4．工艺的实现
长度控制：将编码器信号接入PLC中以实现长度控制，实际上只需将编码器与面条长度之间的对应关系找到就可以。通过编程实验测得，十杆挂面编码器所发脉冲数为70610个，又通过实际测量得知每个面杆间的长度为1527mm，由此可得每毫米对应脉冲数为4.624个。因此只需在程序中将设定长度乘以4.624，当高速计数达到该要求时产生切动作即可。
主电机转速调节：该工艺如果直接按照原要求实现，程序修改较大，难点就是如何判断“连续”。如果采用时间间隔的概念来判断连续，在固定转速的情况下是可以的。但是在几次“连续”之后，对方要求增加转速，相应的时间间隔也将改变，这就要求用于判断“连续”的时间标尺也要连续变化，而时间间隔的变化与变频器频率的变化并不是的线性关系，问题复杂了。
本次采用的是一种近似的实现方法：每次面杆到来即增加频率，而一定的时间内无面杆接近信号则降低频率。该方法的实验效果大致与用户要求的相同。
切动作：切的动作是由伺服放大器控制的，通过程序实测得知需要接收17173个脉冲转半圈（是）。
切转速问题：实际上只需要找到传送带转速时对应的切转速，它们之间保持等比例关系即可实现面条的无堆积。通过现场实测，在传送带转速达到时，切伺服接收的脉冲频率为90KHz效果。
切割数可调：该问题可以看作是挂面总长的一种改变，因此只需正常切割规定的次数，剩余部分高速转动即可。需要注意的是高速转动时每一圈要消耗一个固定时间，因而在下一杆面的接近信号到来前的转动将可能使系统该接近信号。
为了避免这种现象，需要根据面条已经过长度决定后一次高速转动。本次利用编码器中的B相来反馈面条的长度，当脉冲数大于6000时（已经过面条1.3m），不再高速动作。
5．结束语
小型可编程控制器其典型应用之一便是通过一台上位机对PLC进行读写，控制和监视与PLC相连的其他设备。本文介绍的挂面切割机正是如此，通过上机实际操作，面条的切割效果比较理想，满足客户的各方面要求
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