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产品描述
西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0功能参数
国内近期建设的水厂所采用的自动化系统大都基于PLC。我们经过多年的探索和实践,向大家推荐一套有较高性能价格比的自动化系统：美国OPTO 22(奥图) 公司基于工业现场总线的 分布式智能I/O系统 的解决方案。 水厂的自动化系统,采用的结构一般都是以车间为单位设立子站,子站一般采用PLC,它们之间通过**网络联接,网络中心设备及厂级监控配置的PC放在水厂的中心监控室。这种连接方法的一个缺点是现场的I/O信号线还是要集中拉到PLC子站处,信号电缆经长距离并大量集中在一起,不但大大增加了信号电缆布线的工程量,而且使信号受到干扰的可能性加大,以后系统维护的工作量也相应增大。现在有的PLC系统也在子站PLC下再接一层子PLC,但这种缺点还是没有完全克服。 我们推荐的方案是采用三层的结构方式。首先在水厂厂区范围内布置一套以太网,用于车间子站与中心监控站及其它子站的通讯。当今世界上网络采用以太网的占了绝大多数,以太网的技术飞速发展,已从前几年的10M发展到100M甚至1000M,而且价格也下降得很快。在水厂采用以太网结构,不仅能紧跟世界科技发展的潮流,而且具有很好的性能价格比,与水司的办公自动化网络能很好结合。以太网可以采用的介质有细缆、粗缆、双绞线或光纤,我们建议使用光纤,因为光纤的抗干扰性**、通讯距离长以及升级的方便。 方案以车间为单位设立子站,配置PC连接底层I/O,监控子站范围内的仪表设备的运行及生产过程,并负责与厂级上位机的通讯,还可以通过网络观察其它子站的情况。子站的底层I/O采用基于工业现场总线方式的 分布式智能I/O系统 ,通过工业现场网络(通常是采用RS-485串行通讯协议的一对双绞线)将I/O单元分散到工业现场的设备或仪表附近,这样不但大大地削减了现场到I/O之间一一对应的连接导线,节约了自控系统的安装费用,将信号受干扰的可能性降至较低,还使用户在以后的维护、扩展都十分方便。 美国OPTO 22公司的OPTOMUX、MISTIC及SNAP I/O系统就是这样典型的 分布式智能I/O系统 ,子站PC通过一条双绞线用串行通讯RS-485方式连接多个OPTO SNAP控制器(连接的方式还可以采用ETHERNET、ARCNET网络通讯方式)；SNAP的控制器再通过一条双绞线RS-485与分布在现场的诸多分布式智能I/O单元相连(连接的方式同样还可以采用ETHERNET、ARCNET网络通讯方式)；分布式智能I/O单元是由一个带处理器的I/O接口板加一个模块安装底板构成,底板上可根据需要插上各式各样的I/O模块。相对于PLC而言,OPTO 22解决方案的主要特点是分布式智能I/O。通过一条双绞线以RS-485的串行通讯,就可以将I/O单元分散到工业现场的设备或仪表附近。I/O单元的I/O模块是单点单通道的,任何一点的失效,都不影响系统及其它I/O,而且I/O模块可进行带电拔插,I/O接口板也可带电拔插,因此在更换它们时*断电停机,进一步提高了系统的可维护性。在I/O单元的模块安装底板上,开关量(DI、DO)和模拟量(AI、AO)模块可以混装,使得可根据不同现场的不同信号需求进行灵活而贴切的配置,进一步降。 控制系统软件采用OPTO22公司所提供的FactoryFloor软件套件,该软件包括OptoControl、OptoDisplay、OptoServer、OptoConnect、OptoRuntimePC多个部分,一并完成了控制、人机界面、数据库连接等多方面的任务,我们不但得到了优异的控制性能、丰富的人机界面,还很容易的将现场的控制信号数据有效而及时的传送给了水司的管理网,让水司的MIS系统**时间了解了现场设备的运行情况。由于我们采用了同一家公司的软硬件产品,在调试过程中,非常方便、容易,从没遇到以前经常碰到的软件通讯方面的问题。 应用实例 ★ 深圳市大涌水厂建成的计算机自控系统就是使用了OPTO 22早期的OPTOMUX系统,已经过四年可靠稳定运行。在大涌水厂除了一些进口的加氯机和水质检测仪表外,其余全是国产的制水设备。水厂自控系统的运行,实现了车间无人值守,提高了全厂生产组织和调度指挥水平,促进了设备完好,保了出厂水质,降低了制水消耗,为水厂带来了显著的社会效益和年约200万元的直接经济效益。面向国产制水设备的水厂自控系统达到这一程度是不多见的 ★ 深圳市东湖水厂采用了较新的OPTO 22的SNAP系列的I/O作为自控系统的基础,在水厂进行工艺设备改造的同时进行自控系统配套。水厂改造过程中选用了一些较先进的智能仪表和设备,比如送水泵电机、轴承的温度巡检仪----用一个仪表检测十几个温度点,可节省不少费用。这种温度巡检仪带有RS-485串行接口输出,而用SNAP的控制器与它相连,在不多花一分钱的情况下,就能检测水泵的十几个温度值。再如水厂的Siemens高村配电柜上有一个综合保护器,使用SNAP的RS-485串行通讯方式与之相连,得到了各种配电方面的保护信号如：过流保护、短路保护、负相序保护等等。OPTO 22与各种带有串行通讯接口的智能仪表、设备能很方便地集成,使我们在选用先进的仪表、设备时的选择范围广泛,这样在建设水厂时,就可以选用各种性能价格比较优者,提高水厂的先进性并降低造价 |
利用科瑞特自动化DMC110A运动控制器对步进电机控制的加速、高速运行、高精准的定位功能，实现送料系统的定位需求；利用DMC110A运动控制器的寄存器器指令、运算指令及可视参数输入模式，实现了送料系统灵活更改参数的需求；利用DMC110A运动控制器灵活的IO口指令，实现了送料系统自动化加工的输入、输出控制的需求；利用DMC110A控制器开放的显示指令，实现了设备运行时状态信息的显示需求。
关键词：
DMC110A运动控制器 步进电机 定长送料 科瑞特自动化；
1. 引言
实际的工业自动化生产过程中，随处可见大量的涉及定长送料并加工的设备：早期的设备主要以机械定位为主，例如利用控制汽缸的有效行程实现定位，特点是：原理简单、设备成本及维护，但较大的缺点就是精度不高、一致性差，目前以逐步淘汰；当前用的比较多的是以PLC或自制单板系统，控制步进电机实现，基本可以解决定位精度问题，但以PLC实现时，长度参数或动作延时等参数改变及调整时，几乎很难在现场实现，如果在系统中再加入“文本显示”，一方面增加了太多的成本，另一方面，开发难度也加大；以单板系统实现时，参数修改等人机交互固然可以设计进去，但开发费用大、开发周期长，并且系统的稳定性、可靠性也需要经过长时间的考验；并且由于都不是专业的运动控制系统，当需要提升送料效率时，也会遇到诸多难题；因此，选择一个专业的运动控制系统，对于中小规模的设备厂商来讲，将是较合适的选择。
2. DMC110A控制器简介
科瑞特自动化DMC110A运动控制器采用高性能“CPU+FPGA”主控，系统资源丰富、功能强大、使用简单：
24K存储空间：支持1024个参数，
IO接口充足：16个输入、8个输出，逻辑关系在程序中确定，功能可完全自定义；
高速高性能：支持100KHz脉冲频率，标准的梯形加速曲线；
人机交互便捷：内嵌键盘模块、128×64点阵液晶显示，提供显示指令，用户可灵活控制显示；
高性能内核模块：系统提供一套完整的指令系统，支持用户进行便捷的二次编程，对于非标数控系统，完全优越于G代码编程；
编程方便：可在PC机编程下载用户程序，或在键盘上直接编程；
3. 应用DMC110A的系统分析
相比较PLC编程或其他非专业的运动控制系统，如何控制步进电机快速的实现定长启停，将始终是软件开发的难点，并且经常被开发人员所忽视。往往是系统功能基本实现时，才发现控制步进电机运转只能保以较低的速度运行，速度提高，步进电机就会出现丢步的现象：而把这种现象的原因都归咎与电机力距不够，或驱动器性能不好。再加上需要在电机运转精度上反复验、更改算法，结果很自然的延长了项目开发周期，或误了产品订单、或丧失了市场良机。
相反，作为专业型的DMC系列运动控制器，科瑞特自动化集数年的运动控制经验，专注与运动控制理论与实践，解决以上问题就显得易如反掌：简单的速度指令可以灵活、精确的控制步进电机的起始速度、加速时间、较高速度（算法就勿劳控制器使用者费心）；简单的运动指令，可以可靠、精准地控制步进电机旋转的角度（送料长度与电机旋转角度成正比）；简单方便的显示指令、及几种参数设置模式，可以便捷的实现人机交互：例如各种参数设置、显示运行状态及产品加工信息。
首先根据整机系统特性，计算出系统的脉冲系数，即：对应于步进电机设定好的细分、丝杆螺距，控制器发多少脉冲，系统运行单位长度（mm）。脉冲系数可以为小数。规定寄存器S1为脉冲系数。
规定设备要求的定长数值为寄存器S2;(长度单位，例如毫米，可以为小数)；
规定速度参数为：起始速度（S10），加速时间（S11）,较高速度（S12）
规定动作参数为：汽缸延时（S13）
4. 设定长度控制功能的实现
速度指令：SPEEDM／0201 变量值格式速度参数设置
说明：1.该指令对其后的运动有效；
2.速度曲线为标准梯形加速；
3.参数单位为脉冲频率，较低速度>1,较高速度<100000，加速时间越小(参见加速时间设置指令)，其速度曲线越陡峭；
运动指令：DRVIM /0115 相对地址/变量值单轴运动
说明：指令执行时，受控目标将沿单轴方向，移动#data（S#1）个脉冲数。
相关指令实现：“
FMOVM F0,S2
FMULM F0,S1
FMOVM M0,F0
SPEEDM S10,S11,S12
DRVIM M0
PAUSE ”
5. 参数设置的实现
系统需要设置的参数共有6个：送料长度（S2）, 起始速度（S10），加速时间（S11）,较高速度（S12），汽缸延时（S13），脉冲系数（S1）；
脉冲系数由于为设备固有参数，一般不会轻易改变，并且防止意外修改，因此规定在有密码包含的参数设置模式中设置或更改。
其它参数可能比较频繁的需要改动，因此在可视参数设置模式中设置或更改；
制作可视参数液晶画面：
将这两个液晶画面分别下载至控制器参数画面‘0’、‘1’，并分别设置对应的寄存器序号为S2、S10、S11、S12(参数画面0)，S13、S20、S20、S20（参数画面1）。
使用：控制器待机状态下，按“Par”，即可进入可视参数设置模式，可以对五个可视参数进行设置。
在控制器待机状态下，按“Mode”，按“2”，输入密码“******”,即可进入密码保护参数设置模式，在此模式下可以对所以参数进行设置，在本实例中，可以对S1:脉冲系数进行设置；
6. 状态信息显示的实现
一般情况下，设备运行需要显示的信息主要有：送料长度、运行速度、加工数量、提示待机或工作中。制作以下图片：
将这两个图片分别下载至控制器状态画面‘0’、‘1’；
显示指令： DISY #data1, #data2, #data3 / #data1, S#2, #data3
说明：调用显示指令，用于显示程序运行中用户想要看到的信息。
#data1：显示格式；#data2或S#2：显示内容；#data3：显示位置。
显示格式：“0”显示整屏(DISY 0,X,0)；可以整屏显示4屏界面“X=0～3”；
“1”固定格式显示坐标值(DISY 1,0,0)；
“2”固定格式显示加工（完成）次数(DISY 2,S#2,0)；加工次数可以设置为M0－M15中的某个M型变量用户需要在程序的循环中用加一指令来维护；
“4”显示4个状态界面的某个单元内容（32个单元之一）(DISY 4, #data2,#data3)；
“6”在显示界面的“4～7”位置，显示S/M型参数的数值(DISY 6,S#2,#data3)；
“9”清屏(DISY 9,0,0)。
相关指令实现：“
DISY 0,0,0
DISY 6,M1,5
DISY 6,S2,6
DISY 6,S12,7
WAIT0: JNB WAIT0,I0
DISY 4,8,4
INC M1
…… ”
7. 效果及结论
笔者已在珠三角地区使用科瑞特自动化DMC110A运动控制器完成了多例实践应用，总体来说：项目完成，充分发挥了步进电机的应有特性，系统工作可靠、外观大方、性价比极高，设备制造厂商可以将主要精力集中在提升机械性能上，相比PLC或单板系统来讲，优势极为明显。
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