西门子6ES7214-1BD23-0XB8技术介绍

西门子6ES7214-1BD23-0XB8技术介绍

引言

我们上海一纺机械有限公司（原上海**纺织机械厂、上海纺织机械总厂），建立已有80余年的历史，专业生产纺织机械也有近半个世纪。公司常年致力于开发、生产、销售的纺织机械品种涉及棉、毛、麻、绢、化纤等多种领域的前纺设备。

在科学技术飞速发展的历史进程中，公司的纺织机械电气控制系统的自动化程度也发生了较大的变化，控制系统从较早的十几个继电器控制，发展到用单板机、可编程序控制器（PLC）、可编程序计算机控制器（PCC）、工业控制器等多种控制形式，这些控制方式各有特点，例如，纯继电器线路可以用在控制较为简单的纺织设备中，其价格低廉、维护方便，但不易于改变功能；单片机具有一定的编程灵活性、价格又低于一般的PLC，但控制点位和编程能力受到一定限制；PLC以其方便易掌握的编程指令及可扩展的输入/输出模块、成熟的抗干扰技术而深受工程技术人员欢迎；PCC具有高可靠性、丰富的编程语言、强大的功能、良好的耐恶劣环境的能力，但由于价格问题较难在普通纺机设备中普遍应用；工业控制器的性能完善同时也与高价格相伴，因此只有在少数的大型纺织设备中采用。所以现在一般的纺机设备，PLC是较常见的控制器。因此，本文仅对PLC逐代应用于公司的“四代”精梳机等产品加以回顾和介绍。

1. 棉精梳机简介

本公司的主导产品是棉纺厂使用的精梳机（其主要功能是通过对从梳棉机产出的生条棉网的梳理来去除其中的短纤维、杂质、棉结和疵点等，同时也提高棉纤维的伸直度，使得精梳后的棉条通过后道工艺较终能纺制出60支以上的高支纱，由此来满足人们舒适着装或一些特殊的需求），公司也正是伴随着精梳机不断的升级换代而发展壮大的。十几年前，我们公司的精梳机在全国棉纺厂的市场占有率曾经是以上，多么值得骄傲和令人羡慕的数字！由于人们生活水平的不断提高，即使是在全国棉纺业压锭的年代，人们对棉精梳设备的需求也丝毫没有削弱过。当然在市场经济的模式下，谁也无法任何产品，并且随着欧洲发达国家制造的棉精梳机大举进入、国内**的多方夹击，使得棉精梳设备制造业的市场竞争日益激烈，也对我们公司的精梳机市场份额形成了强烈的冲击。形势所迫，我们只有不断的开发出新的纺机产品，才有继续生存的空间。可见，做好和不断开发新型精梳设备于国、于民、于企业的生存和发展是何等重要。

2. 可编程序控制器（PLC）的发展与流派

可编程序控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪70-80年代一直简称为PC。到了90年代，由于个人计算机发展起来后也简称为PC，加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司**将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，为了方便，乃简称可编程序控制器为“PLC”。

1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，*二年美国数字公司研制出了**代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。

随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有*五代PLC产品了。在制造工业的发展过程中，除了以连续量为主的反馈控制外，存在着大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作；另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。

为了使用户等完成类似继电器线路的控制系统梯形图，而编制了一套控制算法功能块(或子程序)，称为指令系统，固化在存贮器ROM中，用户在编制应用程序时可以调用。指令系统大致可以分为两类，即基本指令和扩展指令。细分一般PLC的指令系统有:基本指令、定时器/计数器指令、移位指令、传送指令、比较指令、转换指令、BCD运算指令、二进制运算指令增量/减量指令、逻辑运算指令、特殊运算指令等。另外PLC还提供了充足的计时器、计数器、内部继电器、寄存器及存贮区等内部资源，为编程带来大方便。

世界上PLC产品可按地域分成三大类：一是美国产品，一是欧洲产品，一是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。日本的小型PLC较具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。

3. 回顾本公司产品伴随PLC技术的同步发展

3.1 C60P用于“**代”（以使用PLC算起，下同）FA252型棉精梳机

我们公司在1990年以**十多年的精梳机研发历史中，电气控制部分都是通过继电器来完成的，其价格虽然低廉，但不易于改变功能。随着控制要求的不断提高，纯继电器的控制线路已显得越来越不能满足，而且太多的继电器使得电控柜的体积变得越来越大，线路错纵复杂，给设计、制作和维护都带来麻烦。

九十年代初，我们在开发新的棉精梳机FA252、FA253时，正好是PLC进入国内自动化领域不久，我们认真对比了当时世界*的几个品牌，首先确定小型机就能满足控制需求，又由于日产PLC在编程语言方面更适应东方人的逻辑思维方式，所以可以选择日产PLC。

在日本多家PLC制造商中，比较下来欧姆龙自动化集团的PLC是**工业自动化产品和应用先进技术的产品，它进入中国市场的时间早、产品性能稳定、编程简易、调试方便（软件虽然还只是基于当时DOS平台的“LSS”，但已经有较丰富的功能，与其他日产PLC软件相比，它的现场监控能力尤为出色），成为当时自动化领域的*。在中国，欧姆龙有遍布全国的物流、销售和技术支持，可及时提供客户较直接的服务。

基于以上理由，我们在“**代”用PLC作为主控制器的棉精梳机时可以选择了日本欧姆龙公司的产品——九十年代初期的“C60P型PLC”。

“C60P型”可编程序控制器，以现在的目光来看，体积可谓庞大，但该款PLC当时比起我们原先计划要在电气箱安装几十个继电器来说体积可大大缩小了，而且控制逻辑可随时修改，不需动一根电线和任何电气元件就可改变控制功能，这些技术和元气件的进步对于我们从事自动化设计的简直是性的！

我们**台棉精梳样机成功后就于1993年参加了在日本大阪的国际纺机展，当时国内外的棉精梳机还**继电器控制着精梳设备的运转。由于较早地使用了PLC，使得我们当时的精梳设备在控制技术上处于世界良好水平。

紧接着，公司的精梳配套设备—FA355系列条并卷机也同样采用了C60P型PLC。

3.2 CQM1用于“*二代”PX2型棉精梳机

我们在九十年代后期，将欧姆龙公司的CQM1型PLC用于公司的“*二代”PX2棉精梳机以及为之配套的SR80条并卷机，开发成功后几年中销量就达几千台。但由于CQM1型PLC差不多可以归入中型PLC的范畴，从现在来看价格也比较昂贵，而且目前已被下文提及的CP1H小型PLC取代，因此本文不再作介绍。

3.3 CPM1A用于“*三代”CJ25型棉精梳机

随着时代的发展，我们的精梳设备同各行各业一样也需要不断的更新，首先要增强功能又不能扩大电气箱空间，这就要依靠PLC的进步相辅佐。

九十年代后期，随着欧姆龙公司PLC的新产品—CPM1A的推出，其比起原来的C60P体积差不多缩小了一倍，而且在指令种类(90多种)、指令执行时间（LD指令1.72μm）、数据存储、定时器/计数器数量（128位）、中断输入和脉冲输入、高速计数器、模拟量设定、通信距离（50M）等关键指标上比C60P都前进了一大步，完**够满足我们的控制要求，于是，再次采用欧姆龙的CPM1A及显示器MPT002组合作为我们“*三代”棉精梳机（此属于公司一款中档精梳机，与“*二代”精梳机同步生产、销售）的控制及显示单元。开发成功的“*三代”CJ25型棉精梳机在众多用户厂经多年使用，运行可靠、反映良好。

3.4 CPM2A用于公司其他产品

CPM2A系列PLC是OMRON公司在CPM1A基础上推出的升级产品。它与CPM1A相比，在程序容量、指令种类、指令执行时间、数据存储、定时器/计数器数量诸方面都有明显进步，并新加了RS232通讯端口，支持各种无协议通讯方式，特别是脉冲输出和同步功能的增加给设备的自动化控制提供了更大的方便。我们在承担下属公司的外协产品“高能聚焦超声治疗仪”的调试台时，充分运用了CPM2A的脉冲输出功能和同步功能，使得对于定位精度要求很高的该治疗仪，在制作调试过程中就能很好把握设备的质量关，满足了用户的订货要求。

一、关于RS485总线的几个概念:
1、485总线的通讯距离可以达到1200米。
    根据485总线结构理论，在理想环境的前提下，485总线传输距离可以达到1200米。其条件是通讯线材优质达标，波特率为9600，只负载一台485设备，才能使得通讯距离达到1200米，所以通常485总线实际的稳定的通讯距离往往达不到1200米。如果负载485设备多，线材阻抗不合乎标准，线径过细，转换器品质不良，设备防雷保护复杂和波特率的提高等等因素都会降低通讯距离。
2、485总线可以带128台设备进行通讯。
    其实并不是所有485转换器都能够带128台设备的，要根据485转换器内芯片的型号和485设备芯片的型号来判断，只能按照指标较低的芯片来确定其负载能力。一般485芯片负载能力有三个级别――32台、128台和256台。。此外理论上的标称往往实际上是达不到的，通讯距离越长、波特率越高、线径越细、线材质量越差、转换器品质越差、转换器电能供应不足(无源转换器)、防雷保护越强，这些都会降低真实负载数量。 3、485总线是一种较简单、较稳定、较成熟的工业总线结构
    这种概念是错误的。485总线是一种用于设备联网的、经济型的、传统的工业总线方式。。其通讯质量需要根据施工经验进行调试和测试采可以得到保证。485总线虽然简单，但也必须严格按照安装施工规范进行布线。
二、必须严格按照施工规范施工
    在485总线系统施工时必须严格按照施工规范施工，特别应注意下面几点。 1、485+和485－数据线一定要互为双绞。
2、布线一定要布多股屏蔽双绞线。多股是为了备用，屏蔽是为了便于出现特殊情况时调试，双绞是因为485通讯采用差模通讯原理，双绞的抗干扰性较好。不采用双绞线是错误的。
3、485总线一定要用手牵手式的总线结构，坚决避免星型连接和分叉连接。
4、设备供电的交流电及机箱一定要真实接地，而且接地良好。有很多地方表面上有三角插座，其实根本没有接地，接地良好可以防止设备被雷击、浪涌冲击。静电累积时可以配合设备的防雷设计较好地释放能量，保护485总线设备和相关芯片不受伤害。
5、为避免强电对其干扰，485总线应避免和强电走在一起。三、推荐几种调试方法:     在调试前首先要确保设备接线正确，且施工合乎规范。可以根据遇到的问题采用下面几种调试方法。 1、共地法: 用1条线或者屏蔽线将所有485设备的GND地连接起来，这样可以避免所有设备之间存在影响通讯的电势差。
2、终端电阻法: 在最后一台485设备的485+和485-上并接120欧姆的终端电阻来改善通讯质量。
3、中间分段断开法: 通过从中间断开来检查是否设备负载过多、通讯距离过长、某台设备对整个通讯线路的影响等。
4、单独拉线法: 单独简易拉一条线到设备，这样可以用来排除是否是布线引起了通讯故障。
5、更换转换器法: 随身携带几个转换器，这样可以排除是否是转换器质量问题影响了通讯质量。
6、笔记本调试法: 先保证自己随身携带的电脑笔记本是通讯正常的设备，用它来替换客户电脑进行通讯，如果正常，则表明客户的电脑的串口有可能被损害或者受伤。四、建议和忠告     采用485总线结构常见的几种通讯故障有下面几种。
1、通讯不上，无反应。
2、可以上传数据，但不可以下载数据。
3、通讯时系统提示受到干扰，或者不通讯时通讯指示灯也不停地闪烁。
4、有时能通讯上，有时通讯不上，有的指令可以通，有的指令不可以通。
为减少通信故障提出下面几条建议和忠告供参考。
1、建议用户使用和购买门禁厂家提供的485转换器或者厂家*推荐品牌的485转换器。
2、门禁厂家会对与其配套的485转换器做大量的测试工作，并且会要求485转换器生产厂家按照其固定的性能参数进行生产和品质检测，所以它与门禁设备具备较好的兼容性。千万不要贪图便宜购买杂牌厂家的485转换器。
3、严格按照485总线的施工规范进行施工，杜绝任何侥幸心理。
4、对线路较长、负载较多的485总线工程采用科学的、有预留的解决方案。
5、如果通讯距离过长， 如**500米，建议采用中继器或485HUB来解决。
6、如果负载数过多，如一条总线上**过30台，建议采用485HUB来解决问题。
7、现场调试带齐调试设备。现场调试一定要随身携带几个可以接长距离和多负载的转换器、一台常用的电脑笔记本、测试通路断路的万用表，几个120欧姆的终端电阻。