西门子6ES7223-1PH22-0XA8技术介绍

西门子6ES7223-1PH22-0XA8技术介绍

将开清棉联合机输出的棉流，直接均匀地输配给多台梳棉机，由此组成的联合机称为清梳联合机，简称“清梳联”。

清梳联将清花、梳棉两个工序连接成一个工序，取消了清棉成卷过程，省略了落卷、储卷、运卷和换卷等操作。清梳联由开清棉联合机和6台～12台梳棉机组成。作为纺纱工艺的**道工序，可完成棉包的开松、除杂、混合、输送和梳理，制成合格棉条的工序。由于生产中各机组多联锁控制，以到达各机组喂棉不脱节的效果，故清梳联系统可采用一个PLC进行整个系统的控制，单元机可通过现场总线以远程I/O方式来控制。

欧姆龙整体解决方案及其优势：
我们采用一个主欧姆龙PLC （CJ1M）和若干个从PLC （CP1H）加 NT5Z（5.7”）触摸屏来构成清梳联控制系统，主从PLC之间通过DeviceNet现场总线连接，实现远程I/O控制。主PLC带Devicenet通讯模块（连接各单元机）和以太网模块（连接办公自动化系统），控制程序集中在主PLC上，从PLC负责执行对主PLC的I/O映像和人机界面功能。该配置实现了各机组之间的连锁控制，保证了后方机台对前方机台喂棉不脱节、不跑空，提高了单机的运转效率。

网络系统：DeviceNet
DeviceNet是具有优良施工性能的一种现场网络，覆盖了广阔的应用领域，从传感器层到元件层，直到控制器层。各种控制器件，如PLC、机器人、传感器、和传动器，能便利地连接到一个单独的网络中。这样就能够在设备和生产线的设计制造、安装、调试、维护等各个制造现场的环节上降，同时节约时间。通过到主站网络的无缝连接，能向客户提供PLC和SCM对策的进一步的附加价值。

整经的目的是把卷绕在筒子上的经纱，按照工艺设计要求的根数、长度、幅度等平行地卷绕在经轴或织轴上，供浆纱或穿经工序使用。整经机有匀张力、大卷装、制动灵敏的特点。

一般整经机的电气控制要求在于：
    1. 支持21寸和30寸盘头的自动识别和参数切换；
    2. 盘头装卸机构自动化，夹紧装置由电机驱动，保定转矩销紧；
    3. 主电机由交流变频器――传感器组成闭环调速系统控制，以保整经线速度的恒定；
    4. 具有米/转数到自停功能；速度、米/转数等参数和密码可设定；
    5. 配置加油装置，张力罗拉装置及跌落式断纱自停装置纱架型式、规格（头数）及张力器型式可按用户要求选配。

欧姆龙整体解决方案及其优势：

    考虑到客户的成本，我们提供了欧姆龙PLC CPM2AH＋变频器3G3MV＋文本显示器NT11的高性价比控制方案。PLC与变频器通过RS485方式实现Modbus串行通讯；CPM2AH通过编程实现带小数点的数据运算，通过高速计数口进行脉冲计数，使控制精度有明显的提高，织轴卷绕张力从定性控制发展到定量控制，从而自动控制内外圈张力，实现理想的内紧外松。操用简单方便的文本显示器NT11用以完成参数设置、状态显示和密码保护功能。

 把安装在罗拉和电机转轴上的接近传感器接入 PLC 高速计数口，分别对米数和转数进行计数，并根据以上信息计算罗拉的转速，再通过计算比较调整变频器的输出频率，保持整经速度的恒定。

    PLC 的 RS-232C口接 NT11，外设口通过 CPM1A-CIF12 转为 RS485 接入3G3MV，通过 Modbus 串行通讯方式，在程序中以 TXD 和 RXD 指令发送和接收变频器信息。这种方式可以支持更多台变频器的通讯。

    两类盘头有各自的数学关系式，盘头类型通过传感器自动识别。NT11 和 MPT002等其他文本显示器比较，显示面积更大，文字更清晰，带有数字键，且按键较大，很受客户认可。

全自动粉末罐装机能自动完成喂罐、计量、充填、排废等工作，可与其它设备配套组成整套罐装流水线。适用于包装那些易流动或流动性极差的粉粒状物料，如奶粉、米粉、蛋白粉、粉状医药、粉粒状添加剂、葡萄糖、染料、香精香料等。目前市场上的全自动粉末灌装机生产速度在30罐/min左右。

工艺描述：

全自动粉末罐装机的工艺核心在于两次充填：预充填和补充填。经过去皮的空罐由喂罐系统送至到预充填下方进行预充填，预充填的量事先在欧姆龙PLC中设定好，由伺服电机根据PLC的脉冲指令带动充填螺杆进行充填。预充填完成后再由喂罐系统将罐送至预充称重的工位，由称重传感器称重(一般在预充填时会留出目标重量的1%-5%左右的空间给补充填)，将称重的实际值反馈给PLC，由PLC运算(补充填量=目标重量-预充填称重实际值)给出需要补充填的量，喂罐系统将罐送至补充填位开始补充填。补充填完成后由喂罐系统送至补充填称重传感器上进行检测，如果重量合格则完成充填出罐；如果离目标值差距较大则再由喂罐系统送至补充填进行二次补充填，直量合格为止完成充填出罐。

工艺难点：
精度与速度始终是一对矛盾点，因此全自动粉末罐装机的工艺难点在于找到称重速度与精度的平衡点。罐子在充填完成后由喂罐系统带到称重盘上进行称重，在刚被带到称重盘上时会产生一定的抖动而影响到称重数据的准确度，要提高精度就必须设定一定的延时时间使称重传感器在相对稳定的环境下称重，而延时时间太长又会影响整个系统的速度。OMRON的CP1H-XA型PLC，内置4入2出模拟量，精度达到1/12000，响应速度仅为8ms，配合优质的称重传感器，可使系统速度达到50罐/min，同时确保精度在量程为5Kg时达到±4g以内。

内置四路100kHz的高速脉冲输出，控制伺服系统，实现螺杆充填的精确定位与速度控制，*另外添加定位模块，为客户节省成本

可同时添加RS232、RS422/485两种串口，且与OMRON本厂的变频器通讯可直接调用Smart FB(功能块)，省去了客户繁琐的通讯程序编写步骤

支持多种中断功能，可将一些实时性较高的程序放入中断程序使其不受整个程序循环扫描周期的影响

备有丰富的指令用语，可进行PID运算、浮点运算，可根据称重传感器的检测数据进行PID运算，精确控制充填量

内置4入2出模拟量，精度可达1/12000，响应速度仅为8ms，*增加任何扩展模块

HMI：OMRON的的彩色触摸屏NS系列www.

优势：
具备丰富的画面种类
与欧姆龙控制器之间具有极强的兼容性
支持41个国家的语言，一个画面较多可显示16国语言
支持多达1000种配方功能

Servo：预充填电机为W系列伺服系统，补充填电机和喂罐电机可选配Smartstep Z系列伺服系统
优势：
W系列伺服控制牵引，具有定位时间短，定位精度高的特点。可以通过数据线与OMRON的伺服软件Cx-Driver相连，可实现参数的快速设置以及伺服运行时性能的实时监控，帮助客户在故障产生时快速准确地找到问题所在Z系列伺服系统参数设定简单，需要设定的内容和步进马达大致相同。与步进马达相比，Z系列伺服具有更高的转矩，全部的调整都是通过伺服驱动器自动完成

Inverter：高功能紧凑型变频器3G3MZ系列
优势：
支持开环矢量控制和V/f控制，可以确保电机在较低的转速能够高转矩运行，有150%的过负载能力
内置了Modbus协议通信(RS485接口)，还可以选择现场总线卡适配DeviceNet、Profibus-DP、CANopen等多种高速通信
内置EMI噪声滤波器，可以有效降低3G3MZ产生的电磁干扰，达到Class B等级

欧姆龙系统方案实现性能
精度：包装重量≤500g偏差≤±1.5g，500-1000g偏差≤±2.5g，>1000g偏差≤±4g
速度：包装速度25-55罐/min

OMRON完善的产品体系几乎涵盖了全自动粉末罐装机上需要的工控产品，且每样产品既具有其自身的独立优势又具有本厂产品之间非常高的兼容性，客户在使用OMRON整套系统解决方案后不仅节省了工作量与开发成本，同时又大大提高了机械的整体性能。

套标机是一种将筒标自动切断，准确套入容器的包装机械，配合后道热收缩工序，将标签完好地固定于容器适当位置。套标机的使用大大降低了套标环节的人力物力，现已广泛应用于啤酒饮料、化工、医药等行业，尤其在果汁加工生产线中，是的设备。

 目前国内生产的套标机能达到的较高速度多数在400bpm（瓶/分钟）左右，能满足普通用户的需求。但随着世界食品包装的高速发展，越来越多的世界**果汁饮料生产商希望通过提高整线生产速度获得更大利润。
    经过实践，OMRON以CP1H为核心的系统配置，可以帮助客户稳定实现600bpm的速度。

套标机的工艺难点主要有4点：
    Ⅰ.要使整机速度达到600bpm，每0.1秒就要完成一次套标动作，这意味着下标电机在70ms内需完成150mm的位移，切电机在30mS之内完成一转，且下标与切标电机必须频繁起停，定位精准；
    Ⅱ.下标由两对小的导标滚轮向内侧旋转，靠滚轮与薄膜的摩擦力将标下拉，虽然采用特殊材质后可使摩擦系数加大，但在高速下标时还是很难避免打滑情况的发生，这样即使下标电机定位精准，也会出现下标长度不齐的现象；
    Ⅲ.切标电机旋转带动盘旋转一周完成切标动作，切标电机的定位不准会使盘过冲，较终导致盘堵标；
    Ⅳ.与4台变频器通讯会增加程序所占内存，延长程序的循环扫描时间，延误切标与下标的动作时间。

    OMRON对工艺难点进行分析后，较终使用2台伺服系统控制下标和切标电机，使用4台变频器分别控制马达、定位皮带、进瓶螺杆、杆签供应电机，这四台变频器与小型欧姆龙PLC CP1H进行通讯，可通过人机界面NS8设定参数调节电机转速。

  在本方案中，控制器采用了OMRON的小型PLC CP1H，它有着高速的指令运算，内置了4路100kHZ的高速脉冲输出，且配有PLS2指令(脉冲输出梯形加减速定位指令)，*另加定位模块即可轻松完成4轴伺服同时定位，为客户大大节省了电气成本。
    CP1H可同时添加RS232、RS422/485两种串口，且与OMRON本厂的变频器通讯可直接调用Smart FB(功能块)，省去了客户繁琐的通讯程序编写步骤。而且，CP1H还具有强大的中断功能，客户的下标和切标程序可放在输入中断的中断程序内，当PLC接收到切标和下标执行信号时立刻转入中断程序执行切标和下标动作，使得这两个动作不受程序循环扫描周期的影响，快速完成，将整体时间控制在0.1S内。
    在本方案里选用OMRON W系列伺服控制下标，具有定位时间短，定位精度高的特点。A系列简易伺服控制切标，在确速度与定位精度的同时，操作简单，缩短了设备的调试时间。伺服电机的Z相信号可取代原先的凸轮为下标环节送出切标定位完成信号。W系列与A系列的伺服都可以通过数据线与OMRON的伺服软件Cx-Driver相连，可实现参数的快速设置以及伺服运行时性能的实时监控，帮助客户在故障产生时快速准确地找到问题所在。www.
    因为本方案中用到的变频器还需要与PLC进行通讯，因此选用了OMRON的3G3MV系列变频器。该变频器内置RS-422和RS485通信功能，结合CP1H支持的Smart FB功能，与PLC的通信显得非常方便。
    OMRON的彩色触摸屏NS使用在套标机上，通过其*有的SAP程序库、支持多达1000种配方以及多语言切换功能，与欧姆龙控制器与器件之间进行了简易化的连接和画面制作，大幅度节约了产品开发时间。
    考虑到下标的打滑问题，OMRON还使用了对射式光纤传感器E3X-DA对下标伺服电机送出下标完成信号来控制标长，取代了原先设想的用伺服定位控制下标长度，尽可能地减小了打滑对下标产生的影响。

    从系统产品到高端视觉传感器，OMRON完善的产品体系几乎涵盖了整个泡罩包装机械上需要的工控产品，且每样产品既具有其自身的独立优势，又具有本厂产品之间高度的兼容性。客户采用OMRON整套系统解决方案后，套标机使用150mm标签时每分钟可达到600bpm的速度并能稳定运行, 每个瓶子的套标动作周期低于0.1S。这不仅节省了工作量与开发成本，又同时大大提高了机械的整体性能。

一、状况
    在双良的蒸气双效化锂吸收式冷气机组中，使用欧姆龙PLC（C200HE-CPU42，电源PA204S）来控制两台水泵的启动。在依次启动两台水泵时，经常导致PLC的电源中断，从而程序停止运行。

二、检测
    1、使用电压波形测试器来测量两台水泵依次启动时PLC电源PA204S的交流供电端电压变化发现：在未启动水泵时，供电端电压正常，在启动两台水泵时，供电端电压瞬时降至184V—186V且持续时间在25ms以上，PLC停止工作，从而确定是水泵对PLC电源的影响。
    2、为解决这个问题，分别作以下几个测试：
    a) 先开大泵，延时10s左右再启动小泵，供电电压降至190V左右，说明先开大泵，使电压瞬时下降，稍后启动小泵，会影响较小，但这样需要修改PLC程序。
    b) 由于水泵供电是由高压线经变压器转过来，可以考虑将变压器增容，换个大容量的变压器，可能使水泵对PLC供电电压影响会小些。
    c) 在PLC供电端接一个大电容，但是效果不明显。
    d) 较后在变压器转换后的另一路供电中接一个220V来PLC的电源供电，发现即便在同时启动两台水泵时，PLC的供电电压下降也只在204V—206V左右，完全可以。

三、结论
    由于PLC的电源供电是与水泵走同一路供电，且该厂的变压器容量较小，所以在启动两台水泵时，引起PLC供电电压下降至85%额定电压以下，且持续时间超过10ms，从而导致PLC检测到电源中断，停止工作。故建议从变压器转换后另一路中接一个220V来单独供PLC电源，即能解决这个问题。

0 引言
随着计算机网络及现场总线技术技术的发展，PLC及触摸屏在工业控制和楼宇自动化中的应用非常广泛。现场总线技术及其总线接口模块、智能仪表、控制设备等组成的综合监控系统已成为当前自动化技术发展的一个重要方向。在工控领域，ＰＬＣ与触摸屏结合运用的技术已越来越为工程人员所了解与熟悉 ,由于触摸屏具有操作简便、界面美观直接、编程容易掌握、与ＰＬＣ通讯良好、抗干扰能力强等等特点 ,它正迅速地渗入各个行业 ,发挥自动化控制的较大优势。
PROFIBUS提供了两种通信协议：DP、FMS，富士UG系列的触摸屏支持其中的DP协议。富士触摸屏具有很强的兼容性，可以与近30个厂家的PLC通讯，兼容性极强，而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议）。
通过接口单元、UG031-P通讯卡及总线的连接，UG触摸屏可以作为从站和作为主站的西门子的S7-300或S7-400系列的PLC通信

1 系统结构
本文的背景为某食品加工厂某控制系统包括原料混料线、薯饼生产线、包装线等构成的主线系统，以及蒸汽锅炉系统、水系统、压缩空气系统、照明系统、通风系统和消防系统等构成的辅助系统。各系统位置比较分散，控制点较多，其中包括140多台电机，29台变频器，15个温湿度控制点。
由于系统比较复杂，控制采取分层控制策略，由两台上位机完成工厂级的监控及数据管理功能，触摸屏和PLC完成现场级的控制，采用Profibus现场总线的方式进行通讯。上位机留有接口，可连接局域网和广域网，以利于进一步的开发。其中数字输入点有900多点，数字输出有400多点，模拟量输入20个。
下面以这个食品加工厂为例，组成一个集中控制系统，系统结构如图二所示。
其中PLC(1)用于主系统，PLC(2)用于辅助系统。辅助系统的组成与主系统相似，因此图中省略了其构成。PLC选用S7-300系列的CPU315-2DP和S7-200系列的CPU226，PID模块为FM355C，通讯模块为CP342-5，扩展模块为IM153-1，I/O模块则使用到：数字输入模块选SM321、数字输出为SM322、模拟量输入为SM331。上位机选用西门子的工控机，它内置了PCI接口的CP5611卡用于与PLC通讯。
选用S7-300系列的CPU315-2DP是为了能进行扩展I/O模块以满足控制点数的要求，而用于扩展的IM模块的选型则是依据IM模块与中央控制器CPU315-2DP的距离。
由于所有的I/O模块均放在同一组控制柜里，因此选用了通讯距离在5米范围内的IM153-1[1]。当IM模块与中央控制器的距离较远时可以选择通讯范围为100米的型号的IM模块。

触摸屏选用富士UG420H-SC1，10.4英寸、128色STN显示，基于bbbbbbs95/98/NT操作平台下的**组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换BMP文件和AUTO中的DXF文件

2 触摸屏的通讯设置及界面设计
在硬件连接完成后，需要在组态软件中*系统的硬件配置以及设置一些通信参数等等。首先制定所使用的触摸屏的类型，这里选择默认的UG420（640*480 10.4inches）；下一步*和触摸屏通讯的PLC类型及型号，这里选SIEMENS S7-PROFIBUS；较后一步*系统参数，首先是读区和写区，读区是指作为从PLC读入数据的缓冲，如果系统中需要显示趋势图的话那么读区应当设大一些，一般设1000个字就可以了，写区用于显示存储屏幕的状态、页码、画面层叠以及报警状态等等。另外在对话框No.of Word Setting for I/O中需要指出触摸屏的MPI地址，以及传输的帧长度，MPI地址在PLC的硬件组态里已经定义好了，两者必须一致，否则会出现通信错误。另外帧长度为32字节；奇偶校验为奇校验；数据长度8位；停止位1位；通讯方式RS-485。
UG00S-CW具有非常完善而强大的组态功能，在开发组态的时候，开发者可以不去考虑通信协议的问题，因为富士公司已经将这一切的技术细节都屏蔽掉了，它具有智能的寻址功能。在建立一个按钮时，这个按钮在PLC中的预先有定义（在西门子PLC中，无论是数字量还是模拟量的定义都是在DB块中）。设这个按钮的地址是DB2.DBX2.0（它的含义是第2个DB块中第2个字节的第0位），触摸屏中按钮的地址应表示为DB2：2-0。我们可以看到，除了地址的书写方式有所不同以外，你几乎*作其他的工作，你*去定义变量、更*去理会通信的帧结构等等。
对于模拟量同样如此，只不过在模拟量中你需要指出模拟量所占的字节个数，其他的同数字量一样简单。
可以说，UG00S-CW在处理基本的模拟数字量的时候非常简单、方便，但是在处理一些较为复杂的情况时却遇到了意想不到的问题。在这个食品生产线的集中控制系统，其中就涉及到富士触摸屏和西门子PLC中的通信格式的兼容问题。
系统中有些PID控制的模拟量需要用趋势图来显示，UG00S-CW中显示趋势图并不复杂，首先点一下趋势图的图标，在弹出的对话框中选择趋势图的类型，然后选择每条曲线对应的地址即可。但是在联机调试时却总是出现comunication error（通信错误）信息，经过排查发现问题出在趋势图上，如果将趋势图从程序中去掉，则一切正常，后来我就尝试先将西门子PLC中的对应的模拟量数据读入触摸屏的缓冲（即内部存储区），然后将趋势图每条曲线的地址改为对应的内部地址。经过联机调试，发现不再出现comunication error信息，但是趋势图的曲线的显示却极不正常。经过观察，发现除了当模拟量的值为零时曲线显示正常，而为非零时曲线则指向无穷大。这个问题曾让笔者百思不得其解，后来终于想到有可能是西门子PLC和富士触摸屏在存储格式上可能会不兼容。原来富士触摸屏中趋势图中的模拟量一般都是双字（4字节），它从西门子PLC读取的顺序是将**字读为高字，第二个字读为低字，而西门子PLC中模拟量的存储为先存低字再存高字，这样富士触摸屏从西门子PLC中读入的数据刚好都是高低字颠倒的。因为一般模拟量的值都比较小，所以高字都为零，这样相当于将原来的值乘了一个2的16次方的数，远远超过了模拟量的上限，所以才出现了以上情况。

为了解决以上问题，需要将PLC中的数据读入，然后依次高低字颠倒，然后再将趋势图的曲线地址指向存储修正数据的内部地址即可。为了完成这个功能，需要用到UG00S-CW的宏指令，富士UG00S-CW平台提供了丰富的宏命令集，主要有以下几类：
屏幕类，当打开一个界面时可执行的OPEN macro，当关闭一个界面时可执行的 CLOSE macro，当打开一个界面后不断循环执行直到这个界面关闭为止时停止的 CYCLE macro。
按钮类，当按下一个按钮时可执行的 ON macro和当松开一个按钮时可执行的 OFF macro。
宏模式，即宏指令程序段受某一个比特位的控制，当这一位为1时执行，为0时停止，这个比特位可以是PLC中的地址，也可以是触摸屏的内部地址。
富士UG00S-CW的宏命令集和汇编语言非常相似，不过此外还增加了许多系统命令功能和辅助功能，使得开发程序更加方便快捷。触摸屏中的存储格式是字，地址用$u来表示，例如$u1000就表示第1000个字，$u1000-14就表示第1000个字的第14位，触摸屏中没有用来表示字节的地址表示方式。在这个食品生产线上有多个PID控制回路，每个回路对应一个趋势图，以**个回路为例，它占用Buffer1（较多有12个Buffer可供使用）趋势图有三条曲线PV、SP、OP，它们所对应的PLC地址分别为DB10：DBD0，DB10：DBD4， DB10：DBD8，然后将调整后的地址存入定为$u500~$u505，程序段如下：

/*首先将模拟量读入触摸屏内部，使用块赋值BMOV指令，即将DB10：DBD0~ DB10： DBD8赋值到$u500~$u505*/
$u500=DB0010：0000 C：12（BMOV）
//下面将各个量的高字和低字颠倒
$u600=$u500 （W）
$u500=$u501 （W）
$u501=$u600 （W）
$u602=$u502 （W）
$u502=$u503 （W）
$u503=$u602 （W）
$u604=$u504 （W）
$u500=$u505 （W）
$u505=$u604 （W）

然后将此程序段拷贝到每一屏幕的CYCLE macro中，然后将buffer地址初始地址指向$500，抽样模式定为：Constant Sample，曲线条数（即No. of Word）定为3条，存储长度为500，其他的设置为默认值，趋势图中对应三条曲线的地址改为$u500,$u502,$u504，这样才能保证触摸屏中的数据和PLC中的数据同步更新。将程序下载到触摸屏，经过联机测试，一切正常。

3 结束语
富士触摸屏以及西门子PLC由于其产品具有很高的稳定性，而且在软件开发上非常快捷，因此在工控方面，两者相结合是一个很不错的选择，能够充分发挥两者的优点。但是由于两者毕竟不是同一厂商，所以难免会在某些细节的兼容性上会有纰漏，这是我们在设计工控系统时特别要注意的地方，硬件漏洞软件补是IT界永恒不变的方法，在开发商还没有使他们的产品尽善尽美之前，我们应当运用我们自己的智慧来完善我们的系统。