西门子6ES7223-1BH22-0XA8接线方式

西门子6ES7223-1BH22-0XA8接线方式

1 引 言
纺织机是纺织业中的主要生产设备，织物的花纹图案是由织机的花纹控制装置控制而实现的。我国现行织机相当部分的花纹控制装置是机械式的，如片梭织机，它采用机械凸轮机构来控制花纹，在这种织机上开发新品种需设计制造一套相关的机械部件，开发时间长、成本高，影响了企业的新产品开发能力。电子多臂机是一种新型电子花纹控制装置，它不仅是现代织机的控制部件，也是对传统织机进行技改的有效手段。电子多臂机由微机控制器控制，根据其内存中的花纹数据定时、定向、按序输出控制字，通过电磁铁驱动多臂机的动作，实现对织物的花纹控制。在由电子多臂机控制的织机上开发新产品，只需通过键盘输入该产品的花样数据即可。
2 基本工作原理
控制器的工作原理是：多臂机在织机主轴的驱动下，通过安装其内部的二个接近传感器提供多臂机控制器输入信号S1(电磁铁吸放控制信号)和S2(多臂机正反转方向信号)，控制器根据S1来控制多臂机电磁铁的吸放，通过S1、S2的相位判别确定织机转向 ，依此循环输出内存中的花纹数据，驱动电磁铁，通过多臂机把提综信息转换成机械位移量。视多臂机的不同，控制器较多驱动20路电磁铁。
根据织机的工艺要求和新品开发需要，该电子多臂机控制器具备4大功能：
①控制功能。这是控制器的基本功能，它是根据内存中花纹数据信息，定时地连续输出控制数据，控制多臂机动作，实现对织物花纹的控制。
②编程功能。这是新产品开发对控制器的要求，它对提高企业的新品种开发能力意义重大。该功能实现输入、编辑、修改花纹数据并送入内存中。
③单步调试。调试设备和花纹时使用该功能。
④花纹传输功能。虽然控制器本身已具有编程功能，但考虑到生产现场噪音大、环境繁杂，编程效率低，系统配置了对控制器通用的编程器，它可以单独编程，然后通过花纹传输功能复制到控制器。
3 系统组成
控制器整个系统主要由6部分组成：微机主板、输出功放板、显示板、键盘、输出监视板、开关电源。系统的硬件结构框图如图3—1所示。

由于系统软件需近7KB的程序存储器和较多的片内RAM，单片机采用了功能强、功耗低、控制灵活、性能价格比高的AT89C52作为控制器核心，以适应本系统硬件对CPU内部资源的需求。选用了专用的键盘显示接口芯片8279作为人机对话的接口，它能自动对显示器扫描、自动识别键盘上按下的键值、自动开关抖动及多键同时按下保护，可以中断方式接收键盘输入，提高了CPU的工作效率。输出接口芯片为8255，由于其输出带缓冲器，因此能直接驱动光耦。花纹数据存储器是AT28C256EEPROM，它既有RAM在连机操作中可读可改写的特性，又有非易失性存储器的掉电后能保存数据的优点 ，特别是它有完善的数据保护功能，在硬件方面有：内部Vcc电压检测，当Vcc低于3．8V时，便封锁编程电路；写禁止数据保护，只要满足－CE＝VIH或－OE＝VIL或－WE＝VIH3个条件中的任一个，就处于写禁止；－WE滤波电路，能滤掉脉宽小于10ns的干扰脉冲；工作电源上延时，当电压到达3．8V时，自动延时一段时间后，才允许写操作。另外，它还有软件数据保护功能，当3个特定的字节写入*的单元后，芯片就处于写禁止态。掉电保护RAM选择CMOS的6116，在掉电时用来保存系统的运行状态的断点，同时也是并行通信的数据缓冲器；为了能与编程器进行快速数据传送，配置了双向并行通信接口。系统设置显示器8位，前3位（状态特征显示器）显示状态、当前花纹号或当前纬数，后5位（数据显示器）显示1纬花纹数据。花纹数据以十六进制方式输入，以纬为单位，一纬五位十六进制数。控制器设置键如下：
启动键：在各功能等待状态下，用来命令系统由等待态进入执行态。
停止键：在任何状态下，都可用来结束现态返回到上电初始态。
功能切换：用来在各功能之间进行切换，以选择功能。
花样切换：选择当前操作花样。
显示长度：显示当前花纹长度。
显示切换：切换纬数／花样号的显示。
下一步：存当前纬数据并显示下一纬数据／单步输出一纬数据。
上一步：显示并修改上一纬数据。
删除：删除当前纬数据／删除已定义块数据。
插入：当前纬处插入一纬数据／当前纬处插入一个已定义的数据块。
块定义：定义数据块。
数字键：OH－OFH16个键用于十六进制数输入。
暂停键：用于临时停车。
4 主要电路设计
1)信号输入电路
系统输入信号由在空间位置上存在相位差的两个接近传感器产生S1、S2信号，根据织机转向，波形如图4—1。S1信号产生两个动作，它的下降沿使电磁铁吸合，上升沿释放电磁铁。S2是方向信号，在S1下降沿到来时，根据S2的电平高低可判别转向。为保电磁铁动作的实时性，用中断方式来接收S1的下降和上升沿，方向信号在驱动时查询。为此，我们把单片机的T0、T1定时／计数器用软件扩充为中断源，分别由S1的下降和上升沿驱动，S1、S2信号有较强的驱动能力，可直接接光耦，经过光电耦合和波形整形送入单片机，信号输入电路原理图如图4—2。



2)电源监测电路
织机在工作时，如发生突然断电，控制器必须有系统工作状态的保护功能，在电源恢复后，系统能从断点处继续运行，使织物花纹连续而不发生重叠或断开现象。为此，系统应具有对电源的监视能力，电源监测电路选用TL7705CP芯片，由于系统全采用CMOS芯片，临界电压调整为4．5V，TL7705CP的－RESET引脚接至单片机的－INTO端 ，－INTO为高优先级中断源，下沿触发，一旦出现Vcc小于4．5V时，－RESET端即向CPU请求中断，中断程序完成相应的断点保护功能。
3)RAM掉电保护电路
要实现掉电时系统工作状态保护，必须有掉电保护RAM的存在，这些存储单元的数据在电源掉电时不丢失，重新加电时能够保存完好。掉电保护电路如图4—3所示。其中，R2、C1的作用是保证在掉电后电源切换时，使RAM的片选信号－CE保持高电平，以保护片内数据完好，为提高掉电保护电路的可靠性，R2的阻值可取50K－100K，C1的值视CPU对RAM的读写速度，在保护可靠读写的前提下，应取较小值，以更好地隔离因地址信号－CS的电平下跌对片选信号－CE的影响。备用电源采用镍镉充电电池，D1用来切断掉电时备用电源和其它芯片的通路，同时，它和D2、R1一起构成电池的充电回路 ，由于D1、D2正向压降的存在，电池的较高充电电压被限制在3．8V左右，不会对电池过充电，R1为限流电阻。D3一方面是备用电源的供电通路，另外又可降低供电电压，减小了掉电时的维持电流。

4)输出驱动电路
电磁铁的输出控制信号由接口芯片8255的A、B、C3个并口输出，由于8255的接口带缓冲器，输出信号可直接驱动光电隔离器TIL113，经隔离器后再驱动达林顿管TIP122，TIP122的较大输出功率可达65 W，足以驱动电磁铁。
5)电磁铁检测电路
织物的花纹较终是由电磁铁的吸放来控制的，一旦电磁铁出现故障就会造成织物的次品，电磁铁检测电路能在线定时检测电磁铁，发现故障及时停车并显示。具体电磁铁检测电路如图4—4所示。8255的PC7提供驱动信号，单片机的P1．1检测结果 ，驱动和检测均采用光电隔离，每一路电磁铁的检测元件也选用了光电耦合器件。为了提高速度，简化硬件电路，20路电磁铁用达林顿管集中驱动20个检测光耦，每个发光二极管经电磁铁线圈和电阻R限流后获得15mA的驱动电流，电磁铁线圈的吸合电流为330mA，所以驱动光耦不会使电磁铁吸合。然后，把20个光耦的输出串联去驱动光耦，只要任一电磁铁出现供电故障，就可在P1．1端出高电平。
 
5 软件设计
软件用模块化设计，主要模块包括监控模块、控制模块、编辑模块、通信模块、功能切换模块、花样切换模块、启动模块、停止模块等。
监控模块：用状态转移法设计，确定系统的状态有：待运行态、暂停态、运行态 、待编辑态、编辑态、待调试态、调试态、待传输态、传输态。然后，对其按顺序进行编码，对状态的转移条件进行分析，确定每一状态下各有效键符的子集合，根据各有效键符应执行的功能模块和转移后的次态，得到有效元素，每个元素有键码、次态、子程序号组成，用有效元素替代子集合中的键符，按状态顺序集合各子集，子程序的地址在地址表中按子程序号顺序存放，每个子集的最后放一个空元素OFFH，用以过滤无效键。把各子集的首地址按状态顺序组成一地址表，这样系统得到3张表：各子集首地址表、所有有效元素表、各子程序地址表，监控程序的任务是在按键的驱动下，按序查找各表，在键有效的情况下，把现态作为多入口子程序的入口，元素的次态作为现态，之后转入子程序，监控程序的程序流程图如图5—1所示。

该模块执行对系统资源的自检，单片机自身状态的设定，各接口芯片的初始化编程，系统状态和工作参数的设定等，根据按键控制程序的执行流向。
控制模块：本模块执行电磁铁的吸放功能。在输入信号S1的下降沿驱动下检测电磁铁，检查花纹数据指针范围，辨别织机方向，根据当前指针输出一纬数据(即吸合)，并修改指针。在S1的上升沿关电磁铁（即释放）。
编辑模块：该模块可实现对新、老花纹数据进行输入、编辑、修改、存储、上下浏览等操作，可按纬数快速定位需编辑修改的内容，有纬的插入、删除，在对块定义后，还可进行块的插入、删除。
通信模块：系统处从机地位，通信程序根据主机（编程器）发送的命令，可进行花纹数据的双向传送。
功能切换模块：系统有控制、编辑、通信、调试4大功能，该模块可实现系统功能的选择。
花样切换模块：本模块用来选择当前操作的花纹号。
启动模块：该模块是一个多入口的子程序，根据所选功能执行相应的操作。
停止模块：该模块是一个多入口的子程序，它根据当前所处状态和执行的功能.完成停止时相应的数据处理过程，统一退到上电复位状态。
6 结束语
本控制器功能完善、结构合理、可靠性高、使用方便，实际运行结果表明，该控制器工作稳定、性能可靠、数据安全性好，达到了产品化的设计要求。

一、工业以太网冗余技术概述
        由于恶劣的工业环境，使得工业控制网络比商用网络提出了更高的可靠性要求，导致工业以太网的冗余技术应运而生。工业自动化中的以太网冗余技术包括：电源冗余、介质冗余、网络节点冗余等内容。
        控制系统的基本冗余要求就是通信网络每一部分在出现电源故障后都能够连接到后备电源上，一旦停电，后备电源就开始接替供电，并且通过E—mail或者继电器输出向管理人员发送电源故障警报。介质冗余可以在部分网络网络节点处构成一条备用路径，这就是TSC所倡导的工业以太网环网技术。
        网络节点冗余是使与设备连接的交换机构建双网络节点，2个网络节点都必须连接到双引导的控制器上。当灾难发生的时候，为保证系统正常运行，控制器确保与终端连接，2个以太网界面均应连接到2个冗余交换机上，并选择较稳定的一条作为主路径。网络冗余即架构一个所有设备都有冗余功能的网络。一个完全的冗余系统包含：冗余交换机、冗余通信端口和一对冗余设备。所有的以太网设备和工作站都必须要连接到2个独立的网络环路中去。完全系统冗余可以形成一个数据流失较少、具备快速冗余时间的可靠网络。
二、双重冗余工业以太网在DCS中的实现
        为构建10M／100M自适应双重冗余工业现场以太通讯网络，必须选择匹配的网络类型并进行合理的冗余配置。
        首先，选择工业以太网类型必须考虑与已有的控制平台匹配及各类网络的特点。由于控制平台所采用的系列PLC具有基于Modbus／TCP协议的工业以太网通讯模块，同时Modbus／TCP工业以太网由于具有简单、的特点，并且在考虑初始投资和充分利用现有资源上有明显优势。因此，系统中采用基于Modbus／TCP协议的10M／100M自适应工业以太网。
        其次，为保通讯网络的可靠性，根据现场的实际情况对控制网络设备要进行合理的冗余。①电源可靠性：为保网络设备的电源能正常，因此所有的交换机的电源均采由UPS供电。②设备冗余：在每个配置2台TSC Carat5508系列交换机，同时每台交换机均采用冗余电源配置，在每一台PLC上设置两块通讯以太网卡，在每一台监控计算机中均配置2块以太网卡。③通信介质冗余：采用工业冗余环网协议使得每个设备间的通讯均存在冗余通路。通过上述冗余技术较终实现了基于Modbus／TCP协议的双重冗余星型10M／100M自适应工业以太网。系统的结构图如图1所示。
         从图1可以看出，通讯系统的可靠性通过冗余技术得以保证，若系统其中一个通讯通道中设备出现任何的故障，可以迅速切换至另一个通讯通道通过冗余设备进行通信。
三、结束语
使用**信通解决方案的优势
1. 较优的工业冗余环网协议“Supreme-Ring”
2. 单点或非同一主机所连的多点网络故障不会影响系统正常运行
4. 在潮湿、高温环境中能够长期可靠工作
5. 优化的管理方式
6. 良好的可扩展性和可维护性
        近几年工业以太网技术有了长足进步，采用环型连接代替星型、总线型、使用以太网交换技术、全双工通讯技术及虚拟局域网技术等措施，使得以太网通信的实时性及确定性得以保证；从物理层及协议等方面完善以太网络，达到了工业要求的高可靠性；总之，随着工业以太网技术的成熟和统一，工业以太网技术应用将会越来越广泛为自动化技术的实现提供更为强大的可靠的保，将在国家“以信息化带动工业化”的进程中发挥越来越重要作用。