西门子模块6ES7322-1HH01-0AA0详细说明

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1背景

φ3500立式机床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障，检修周期长。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。近年来PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。如果用PLC控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。

2 方案选择

原设备为手动操作，根据使用部门的建议，在改造方案上维持改造前设备人一机界面的原始性，这样可以有效减少设备使用人员的误操作，不至于使设备的事故率在技术改造后有所增加。

系统的工作台变速单元依靠液压电磁阀来实现，并由机械传动部件不断地改变传输比，达到改变工作台转速目的。其变速操作相当繁琐，必须先让主机停车，选好速度后，微动使齿轮重新啃合再挂挡，最后重新启动。根据现场负载计算与理论分析，保留主拖动方式，用一台FRN15G95-4JE电压型通用变频器，对工作台电机进行速度换向控制。FRN15G954JE电压型通用变频器具有转矩矢量控制、转差补偿、电AVR自整定、负载转矩自适应等一系列先进功能，在无速度传感器的开环运行条件下，采用磁通矢量控制和电机参数自动测试等功能后，其调速性能达到甚**于传统晶闸管供电的双闭环直流调速系统。原系统还有左右两个架，可纵向横向移动，通过电磁离合器与左右驱动电机连接。左右驱动电机有Y/△变换，因此有两级工作进给速度：I级0.29- 45.6m/min，II级0.58-91.2m/min。改造时，仍维持原方式。

3 PLC机型选择

3．1 输入输出点数

PLC控制系统的输入信号包括操作台控制输入、工作台和架各速度信号、分布在机床上各部分行程开关及变频器投入信号。共有64个输入点。

PLC的控制负载主要分成三类：一是10台交流电机正反转主接触器；二是用于左右架调速的离合器线圈（电磁离合器直接由PLC驱动）；三是显示、报警负载（包括显示灯、声光报警器等）；四是工作台调速输出（到变频器）。共56个输出点。

3．2 PLC选型

确定输入输出点后，还要进行PLC选型，本系统除了与变频器连接需模拟量外，全部为开关量，再考虑到性能价格比及输入输出点数，选用德维森公司ATCS系列PPC31型机, PPC31为模块化结构，系统配置灵活，编程功能强，性能价格比高。

4 系统设计

4．1 变频器设计

系统所有动作都有PLC控制。当PLC输出继电器out1=ON时，工作台正转；输出继电器out2=ON时，工作台反转。工作台共有16级速度。操作时，首先将二进制值存储在PLC数据区，当正反转时，操作台输入速度值，而PLC输出一路二进制值，经D/A转换到变频器的12号输入端，满足工作台调速要求。当out1 and out3=O N时，工作台点动正转；当out2 and out 3=ON时，工作台点动反转。点动速度用变频器提供的多段速指令选择。当电机过载缺相时，热继电器FR动作，使变频器THR端子OFF，可在瞬间封锁 U.V.W输出，同时闭合故障继电器30A-30C触点，经PLC输入继电器产生系统故障报警。

在快速制动过程中，一但电机反馈“泵升”电压使变频器母线电压达到800V时，制动单动BU功率模块立即导通，接入电阻R迅速释放电机储能，实现安全快速的制动。

4．2 软件设计

PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，程序执行速度快，在架进给双速电机时，需要通过Y/△变换实现变速，因此为了避免Y/△变换中电源短路，除了用互锁外，还必须设置切换延时，定为1S。同样，在横梁下降（反转）时，还需要回升（正转），因此也需要设置切换延时，以防电源短路。

5 结束语

实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能，有利于节能（原系统机械变速，低速时电机功率损耗大），提高了效率，为企业创造较好的经济效益。

    起重机采用变频器驱动后使整机性能有较大提高，如效、功率因数好、节能效果显著；外部配线简单、配线费用下降；可无级调速、行走平滑稳定；电动机构造简单、可靠性高，能在恶劣环境下使用，大大减少了维修工作量和易损部件，较大地改善了维护性能；变频器自身保护功能齐全，如过流、过载、过压等都能及时报警及停止，减少了起重机故障，提高了安全性能。同时，变频器具有限流作用，软起动可以减少起动时对电网的冲击，有利于车间内其它设备正常运行。

CD035=3，CD043=3.5，CD058=02。

的运行性能与它的步进驱动器有密切的联系，可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。相对于其他的驱动方式，细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角，提高分辨率，而且可以减少或低频振动，使电机运行更加平稳均匀。

总体来说，细分驱动的控制效果较好。因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈，所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小，从而造成丢步现象。所以在速度和精度要求不高的领域，其应用非常广泛细分驱动精度高，细分是驱动器将上级装置发出的每个脉冲按驱动器设定的细分系数分成系数个脉冲输出，比喻步进电机每转一圈为200个脉冲，如果步进电机驱动器细分为32，那么步进电机驱动器需要输出6400个脉冲步进电机才转一圈。通常细分有2、4、8、16、32、62、128、256、512....

在国外，对于步进系统，主要采用二相混合式步进电机及相应的细分驱动器。但在国内，广大用户对“细分”还不是特别了解，有的只是认为，细分是为了提高精度，其实不然，细分主要是改善电机的运行性能。

现说明如下：

步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的，以二相电机为例，如电机的额定相电流为3a，如果使用常规驱动器(如常用的恒流斩波方式)驱动该电机，电机每运行一步，其绕组内的电流将从0突变为3a或从3a突变到0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。

如果使用细分驱动器，在10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3a而不是3a，且电流是以正弦曲线规律变化，这样就大大的改善了电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。由于细分驱动器要精确控制电机的相电流，所以对步进电机驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。

注意，国内有一些驱动器采用“平滑”来取代细分，有的亦称为细分，但这不是真正的细分，望广大用户一定要分清两者的本质不同：

1.“平滑”并不精确控制电机的相电流，只是把电流的变化率变缓一些，所以“平滑”并不产生微步，而细分的微步是可以用来精确定位的。

2.电机的相电流被平滑后，会引起电机力矩的下降，而细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加。

转动惯量=转动半径*质量

低惯量就是电机做的比较扁长，主轴惯量小，当电机做频的反复运动时，惯量小，发热就小。所以低惯量的电机适合高频率的往复运动使用。但是一般力矩相对要小些。高惯量的就比较粗大，力矩大，适合大力矩的但不很快往复运动的场合。因为高速运动到停止，驱动器要产生很大的反向驱动电压来停止这个大惯量，发热就很大了。

惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量，转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。（刚体是指 理想状态下的不会有任何变化的物体）,选择的时候遇到电机惯量，也是伺服电机的一项重要指标。它指的是伺服电机转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量,电机的动作会很不平稳.

一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反应很快，高速往复性好，适合于一些轻负载，高速定位的场合,如一些直线高速定位机构。中、大惯量的电机适用大负载、平稳要求比较高的场合，如一些圆周运动机构和一些机床行业。

如果负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电机轴损伤太大，选择应该根据负载的大小，加速度的大小，等等因素来选择，一般的选型手册上有相关的能量计算公式。

伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制，较佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为一，较大不可**过五倍。通过机械传动装置的设计，可以使负载

惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。当负载惯量确实很大，机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时，则可使用电机转子惯量较大的电机，即所谓的大惯量电机。使用大惯量的电机，要达到一定的响应，驱动器的容量应要大一些。

面临实际数据集成的挑战
位于密西西比州圣路易斯的Meridian 技术公司一直用Computer Associates(CA)公司的Unicenter TNG企业管理软件它设备中的计算机网络、服务器和其他的信息技术（IT）设备。在1999年十月的Unicenter用户会议上，Meridian的IT总监，Stan Hammond，听说了一个新的通过Unicenter TNG来监控Non-IT设备、生产设备、环境系统和别的机械、电力电子设备的技术。

这种新的技术似乎可以改进密西西比州圣路易斯Meridian的生产设备的长期的过程，这些设备以前都是依靠打印的记录来监控水的纯度的。这些记录来自于那些难以到达的地区，这些地区在通常的商业时间（上午8:00-下午5:00）才有人工作。Meridian技术公司制造物传输系统和心肺疾病诊断设备。Meridian的投送系统包括自动器，这主要用在和方面，用于那些反对化学制剂的影响的神经剂的自我。

一些对蜂刺、虫咬、食品和物会产生强烈的过敏反应或者有吸入运动式过敏反应的病人也可以使用EpiPen自动器来缓解危险。

为了保证纯度，在药物生产过程中所使用的水必须达到严格的要求，包括对**物纯度的要求（TOC）。TOC分析仪式高度专业化的仪器，能够连续监控水的质量以确保不会**出设定的标准。

然而监控仪表的报告过程是人工操作的。与行式打印机相连的分析仪每相隔几分钟就会打印较新的水质分析的报告。技术员会四周走走并定期这些打印的报告，看看是否在设定的标准内，若**出了范围他们会采取相应的措施。这种人工的过程滞后很多时间才能对不合格的水质条件做出响应。另外，打印机的数据也必须通过人工输入到计算机的数据库里以备记录保存使用。
如果能用Unicenter TNG管理系统来使这个过程自动运行，通过自动记录数据，自动存储到数据库里，并在尽可能早的时间里通知操作人员可能出现的问题，那么这整个过程将会变得简洁得多。作为一个不断锐意进取的公司，Meridian在寻找一个更为节约成本的方法能够把数据输入到目前的控制系统中去。但是直到现在，连接像TOC分析仪这样的Non-IT设备到网络中去仍然是一个耗时费钱的工作。新的技术应该能够解决这样的问题。

Non-IT设备的解决方案
在Unicenter TNG的帮助下，新的技术能够迅速地容易地解决这个问题。使用Opto22 SNAP-ITTM只需要花费几周的时间就能够完成这个项目，把TOC分析上的数据输入到现有的Unicenter TNG管理系统中。
每个TOC分析仪的串口都是和Opto22 SNAP-IT设备相连的，也仍然连接到打印机上。SNAP-IT设备接收现实世界的模拟、数字以及串行数据，并且这些数据在10/100 Mbps的以太网上能以SNAP信息的形式被识别应用。SNAP-IT设备再与公司局域网相连接，通过Unicenter TNG操作台能自动被找到。

一旦数据在局域网上是可以被使用的，集成商PCS就能创建一个客户预处理器来记录设备的分析数据，保存到微软的SQL数据库中。数据库能在任何时间段内提供给Meridian所有**分析仪的实时数据和数据走向。

水质量的监控报告不再是一个需要技术员来检查数据记录纸的人工过程了。自动的过程已经可以完全代替这一人工过程了。当水质**标时，Unicenter就会发送E-mail立即通知工作人员。“Opto22和PCS给24 7个不同的Non-IT设备的的数据提供一个直接的解决方案，并把这些数据集成到一个数据库和我们的Unicenter TNG管理系统中，”Meridian的StanHammond说，“用Unicenter TNG管理关键的生产设备使Meridian技术公司能够为大范围的公司警报应用一种解决的方案。通过合并几种可能的警报而提供给系统一个强有力的解决方案，我们可以节约大量的资金。”

随着自动监控水质系统的成功，Meridian已经将Unicenter TNG推广到其他的Non-IT系统中。由于Opto 22的SNAP-IT设备的出现，Meridian可以监控设备的安全系统、时间和维护系统并能建立环境系统。“通过使用Opto22公司的SNAP-IT技术，现在把分离的Non-IT设备集成到Unicenter TNG中去已经是一件很简单的事了，”Opto22的Bob Sheffres这样评价，“对于在一个企业管理系统中和IT设备一起管理所有的现实世界的设施是一件多么容易的事，Meridian技术公司就是一个很好的例子。”