6ES7223-1BL22-0XA8技术介绍

6ES7223-1BL22-0XA8技术介绍

·对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少;
·由于每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执行时间，因此，这种设计语言在大中型PLC和集散控制系统的编程和组态中才被采用。

      (5) 结构化语句(Structured Text)描述程序设计语言
      结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。
结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的运算关系，完成所需的功能或操作。大多数制造厂商采用的语句描述程序设计语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。

      结构化程序设计语言具有下列特点:
·采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算;
·需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电气人员难以完成。
·直观性和易操作性等较差;
·常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。

      部分PLC的制造厂商为用户提供了简单的结构化程序设计语言，它与助记符程序设计语言相似，对程序的步数有一定的限制。同时，提供了与PLC间的接口或通信连接程序的编制方式，为用户的应用程序提供了扩展余地。

      3  PLC程序设计语言应用实例
      温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一，下面较为详尽地介绍了PID温度控制的PLC程序设计实例。

      (1) 系统组成
      本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。

      (2) 触摸屏参数设置
      设002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有6个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下:
比例带 : DM51  积分时间 : DM52
微分时间 : DM53  滞后值 : DM54
控制周期 : DM55  偏移量 : DM56
数据刷新 : 22905

      (3) PLC程序
  002:PID的输入字
  102:PID的输出字
  [NETWORK]
  Name="bbbbbb Check"  //常规检查
  [STATEMENTLIST]
  LD 253.13      //常ON
  OUT TR0
  CMP 002 #FFFF     
  //确定温控单元是否完成初始化
  AND NOT 255.06     //等于
OUT 041.15   //初始化完成
  LD TR0
  AND 041.15
  OUT TR1
  AND NOT 040.10    
  //不在参数设置状态
  MOV DM0050 102    
  //将设置温度DM50传送给PID输出字
  LD TR1
  MOV 002 DM0057    
//将002传送到DM57

 在印染企业生产过程中，为了实现产品的印花精度，保持印花过程中圆网间的位置**同步和导带与圆网间的线速度同步是的。在圆网控制系统中，技术人员需要解决两个同步问题，**个是进布架、印花导带、烘房传送带和落布架之间的同步，它们之间的同步保证了织物在连续经过这四个单元时，既不被拉伸甚至拉断，也不会卷绕。这种同步通常是利用“同步控制器”或PLC的模拟量输出模块来实现这种同步。第二个同步是圆网的转动与导带的运动之间的同步，这也是印花机中较关键的技术之一，两者的同步精度决定了整个印花机的印花精度，如何提高印染过程中圆网与导带间的同步以及圆网之间的同步精度也就成了系统设计中较重要的问题之一。
      传统的机械共轴传动与圆网独立传动相比，仍存在明显差距，这些差距主要表现在传动环节多、累积误差大、易出现“跑花”、影响印花质量的稳定性、纵向对花范围有限等方面。随着计算机科技水平的不断普及和提高，尤其是随着数字伺服系统的日益完善和成本的下降，每个圆网分别用一个伺服控制系统独立传动已经能够实现。
      为了提高圆网同步特性，圆网控制系统设计中需要采取提高圆网电机控制的动态特性、实现无静差控制、增强系统的抗干扰能力、人工累积偏差等措施改善导带的运行特性。PLC通过现场总线接收每个操作板指令并将系统所处的状态信息传送与整个系统中同步控制的核心——同步控制器。同步控制器包括速度同步控制器、位置同步控制器，同步控制器可根据不同的系统状态（停车、单独转网和跟踪印花），达到控制圆网与导带间同步以及圆网间同步的目的。
      速度同步控制器用来保证印花工艺正常进行中的进布、印花、烘房和落布四个单元的速度同步。四个功能单元的速度信号以印花导带为主令跟随运行，由PLC比例运算再经模拟量模块输出速度电压指令，实现四个功能单元速度同步运行。
      决定印花精度的同步是圆网与导带间的速度同步和圆网与圆网间的位置同步，印花工艺要求圆网印花机的多个印花圆网跟随印花导带运动，并且必须在连续、高速、长时间的生产过程中保持高精度的同步运行。这里的多轴同步运动实际上是圆网对印花导带速度、位置的同步跟踪和各圆网之间高精度的位置同步。当圆网对印花导带速度、位置的同步跟踪精度足够高时，可以认为各圆网之间位置实现了同步。
      PLC控制系统适宜高速印花生产，印花导带传动由全数字异步交流伺服系统或闭环矢量控制实现任意速度下的无级调速，导带速度可达100M/min。各圆网轴与导带传动闭环同步运动控制，在运行中能实时控制偏差，即使在升降程中，也可实现同步运行，无“跑花”现象，圆网与导带之间的速差可调，可以满足不同品种印花，达到较佳印花效果。由于系统采用网络化控制，因此配线大大简化，提高了系统可靠性与丰富的实时信息，使系统具备了、**命、低维护率的优势。

2015年4月15日，德国慕尼黑和汉诺威——数字化以及生产联网程度的大幅提升导致工业自动化安全标准较之以往大大攀升。软件带来的数字化威胁、不正确的固件升级以及组件可导致整条生产线停机，带来严重损失。英飞凌科技股份公司（FSE: IFX / OTCQX: IFNNY）和弗劳恩霍夫协会应用集成安全研究组（AISEC）开发出了一款解决方案，可保护基于PLC（可编程逻辑控制器）的工业自动化系统免遭非授权访问和操纵。该解决方案将在世界上较大的工业展会汉诺威工业博览会上首度亮相，在德国机械设备制造业联合会（VDMA）展位（第8展厅，D08展位，2015年4月13-17日）进行展示。 

“我们的安全解决方案提升了生产系统的可用性和效率。它可轻松集成进工业自动化系统，以增强对IT攻击和操控的防护。”英飞凌平台安全业务负责人Juergen Spaenkuch表示。 

根据PwC和Strategy&较新进行的调查，预计欧洲工业企业将在2020年前每年在工业互联网应用领域1400亿欧元。 

“在智能化工厂里，系统完整性和数据安全性将非常关键。来自英飞凌和弗劳恩霍夫AISEC的安全解决方案可保护生产设施、知识产权和工艺诀窍。这将促进对工业4.0应用的信赖，并提升德国工业的竞争力。”德国机械设备制造业联合会（VDMA）产品和技术保护工作组负责人Steffen Zimmermann指出。VDMA是欧洲较大的工业协会。 

该安全解决方案包含来自英飞凌OPTIGA™ Trust 产品系列的安全芯片和补充软件，英飞凌安全芯片被用作基于硬件的信任锚。安全芯片和软件都可根据客户和应用需求进行优化。 

只有能对自身进行可靠并被视为是值得信任的组件或机器才能访问系统。部件或非授权维修工具会被出来并被拒绝访问。该解决方案还可确保编程或编程过程免遭由于软件或不正确的软件升级导致的操纵，不正确的软件升级这个问题会越来越受视，因为工业设施远程维修服务越来越普及。相当于数据保险箱和加密装置的安全芯片可防止PLC代码被提取，因此可保护宝贵的知识产权和工艺诀窍免遭。 

关于弗劳恩霍夫AISEC 

Claudia Eckert博士**下的弗劳恩霍夫协会应用集成安全研究组（AISEC）是欧洲良好的研究机构之一。弗劳恩霍夫AISEC的重点是开发面向应用的安全解决方案，并将其以精确、定制的方式集成进现有系统。该研究组拥有90多名科研人员，其核心竞争力领域为硬件安全和嵌入式系统安全、产品和知识产权保护、网络安全以及云计算和面向服务的计算安全。弗劳恩霍夫AISEC的客户分布在不同的领域，比如芯片卡、电信、汽车工业、机械工程以及软件和医疗行业。其主要目标是支持和提升位于制造务领域及公共领域的客户和合作伙伴的竞争力。 

1 引言

      据不完全统计，目前我国城市里的十字路通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。

      智能控制交通系统是目前研究的方向，也已经取得不少成果，在少数几个先进国家已采用智能方式来控制交通信号，其中主要运用GPS**定位系统等。出于便捷和效果的综合考虑，我们可用如下方案来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。

      比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，可知后者的较大优点在于减缓滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较**定位系统而言成本更低。
 
2 车辆的存在与通过的检测

(1) 感应线圈(电感式传感器)

      电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路，可用混凝土直接预埋，老路则需开挖再埋)。当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成中虚线所形成的高频磁场。当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应线圈的电感减到较小值。当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。

      电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为 2×3m，电感约为100μH.这种传感器可检测的电感变化率在0.3％以上[1，2]。

      电感式传感器安装在公路下面，从交通安全和美观考虑, 它是理想的传感器。传感器较好选用防潮性能好的原材料。

(2) 电路

      检测汽车存在的具体实现是在感应线圈的始端连接上检测电感电流变化的器, 并将之转化为标准脉冲电压输出。其具体电路图由三部分组成:信号源部分、检测部分、比较鉴别部分。

(3) 传感器的铺设

      车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象，环状绝缘电线在地下的铺设我们设采取在每个车行道上中的出口地(停车线处)以及在离出口地一定远的进口的地方各铺设一个相同的传感器，方案如图3(以典型的十子路口为例)，同一股道上的两传感器相距的距离为该股道正常运行时所允许的较长停车车龙为好。
 
3 用PLC实现智能交通灯控制

3.1 控制系统的组成

      车辆的流量记数、交通灯的时长控制可由可编程控制器(PLC)来实现。当然，也可选用其他种类的计算机作为控制器。本例选用PLC作为控制器件是因为可编程控制器核心是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有高可靠性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力;它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程;它采用模块化结构，编程简单，安装简单，维修方便。

      利用PLC，可使上述描叙的各传感器以及各道口的信号灯与之直接相连，非常方便可靠。本设计例中,其输入端接收来自各个路口的车辆探测器测得的输出标准电脉冲，输出接十字路口的红绿信号交通灯。信号灯的选择:在本例中选用红、黄、绿发光二极管作为信号灯(头方向型)。

3.2 车流量的计量

车流量的计量有多种方式:

(1) 每股行车道的车流量通过PLC分别统计。当车辆进入路口经过**个传感器1时，使统计数加1，经过第二个传感器2出路口时，使统计数减1，其差值为该股车道上车辆的滞留量(动态值)，可以与其他道的值进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据。

(2) 先统计每股车道上车辆的滞留量，然后按大方向原则累加统计。如，将东西向的左行、直行、右行道上的车辆的滞留量相加，再与其它的3个方向的车流量进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据。

(3) 统计每股车道上车辆的滞留量后按通行较大化原则(不影响行车安全的多道相向行驶)累加统计。如，东、西相向的2个左行、直行、右行道上的车辆的滞留量全部相加，再与南北向的总车流量进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据(下面的例子就是按此种方式)。

      以上计算判别全部由PLC完成。可以把以上不同计量判别方式编成不同的子程序，方便调用。

3.3 程序流程

      本例就上述所描述的车流量统计方式,就十字路口给出一例PLC自动调整红绿灯时长的程序流程，其行车顺序与现实生活中执行的一样，只是时间长短不一样。

(1) 当各路口的车辆滞留量达一定值溢满时(相当于比较严重的堵车)，红绿灯切换采用现有的常规定时控制方式;

(2) 当东、西向路口的车辆滞留量比南、北向路口的大时(反之亦然)，该方向的通行时间=较小通行定时时间＋自适应滞环比较增加的延时时间(是变化的)，但不大于允许的较大通行时间。其中较小定时时间是为了避免红绿灯切换过快之弊;较大通行时间是为了**公平性，不能让其它的车或行人过分久等。进一步的说明在后面的注释中。

(3) 自适应滞环比较(本例的核心控制规律)增加的时间的确定若东、西向车辆滞留量≥南、北向一个偏差量σ(如30辆车或其它值)时，先让东、西向的左转弯车左行15s(定时控制，值可改)，再让直行车直行30s(直行时间的较小值，值可改)后再加一段延时保持，直至东、西向的车辆滞留量比南、北向的车辆滞留量还要少一个偏差量σ，才结束该方向的通行，切换到其它路上，否则一直延时继续通行下去，直至到达较大通行时间而强制切换。滞环特性如图6所示。实际应用时σ的值需整定，过小则导致红绿灯切换过频，过大又不能实现适时控制

   在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。这些控制，较初都是由继电器完成的，而plc较初是为了替代继电器控制而产生的，那时候是上世纪六十年代。

      经过几十年的发展，plc的功能也发生了巨大的变化，除了较初的简单逻辑控制外，在模拟运算、数字运算、人机接口、网络能力方面也有很大的提升，可应用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合。21世纪，plc已成为工业控制中的主流控制器，在市场上占据的位置。

       一、plc在机床行业的应用

       plc在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。

      内装式plc也称集成式plc，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将nc和plc结合起来考虑，nc和plc之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个cpu，也可以是单独的cpu，这种结构从软硬件整体上考虑，plc和nc之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且nc和plc之间易实现许多高级功能。plc中的信息也能通过cnc的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的plc。

      独立式plc也称外装式plc，它独立于nc装置，具有独立完成控制功能的plc。在采用这种应用方式时，可根据用户自己的的特点，选用不同专业plc厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。

      plc在数控机床和非数控机床中都有使用，在数控机床中，plc是数控机床的大脑，何时进，何时退，量多少，工件的加工流程及所有要控制的操作都要由plc发出指令，机床的限位开关等机械控制部分以及液压控制部分也会应用到plc。通过计算机与plc的组合，实现对架换的准确控制。

      二、plc在机床行业的总体市场情况

      机床行业中plc的应用以小型plc为主，日系plc在小型plc领域占有很大优势，因此在机床中日系plc占据大部分市场份额，而三菱、西门子和ge-fanuc由于其数控系统在机床中占有优势，因此在机床中占有一席之地。机床行业中plc品牌集中度比较高，主要集中于日系品牌（三菱、欧姆龙）和西门子，中国台湾品牌台达在其中也占有一定的市场份额，而其他的品牌主要有富士、倍福、ls、施耐德、光洋、abb和横河等。

      三、plc在机床行业的应用前景

      机床行业在保持了较近这些年的持续高速增长之后，于今年开始出现衰退现象，特别是在受金融危机冲击后，从7月份开始与去年同期相比都有不同程度的下降，11月份甚至下降幅度达到20.2%，如此高幅度的下降是历年很少见的，其中普通机床的影响尤为明显，库存开始增加，而数控机床的影响稍微少一些，从而给这个行业重新洗牌，未来机床的方向是数控化和逐步高端化，这些机床都需要使用大量plc和运动控制器/卡来逐步取代继电器或机械控制，使得机床的整体性能得到提升，因此从长远来看，plc和运动控制器/卡在机床行业的应用还是会很有潜力，在金融危机的冲击下，用户对plc的性价比会越来越高，在同等价位水平下，希望plc能够集成更多功能，如多轴插补功能等，甚至把原来不带有运动控制模块的plc转化成带有运动模块，这些都是plc厂商面对这场危机时所需要考虑的，在人人捂紧钱包的时候，只有更加高性价比的产品才能在这场危机中胜出，而对于运动控制器/卡，开放性将是其发展趋势，不需要借助相关平台即能实现运动控制功能。