6ES7322-1HH01-0AA0技术参数

6ES7322-1HH01-0AA0技术参数

1  概  述

在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可编程控制器（简称PLC）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。特别是在组合机床自动生产线的控制及CNC机床的S、T、M功能控制更显示出其**的性能。PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低70~，甚至只占用自动线控制单元PLC的3~5个I/O接口及<1KB的内存。特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。

2  PLC控制的数控滑台结构

一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，见图1。

图1

伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。

3  数控滑台的PLC控制方法

数控滑台的控制因素主要有三个：

3.1  行程控制

一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：

                      n= DL/d                      （1）

式中 DL——伺服机构的位移量（mm）

d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）

3.2  进给速度控制

伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率:

f=Vf/60d   (Hz)                  (2)  

式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)

3.3  进给方向控制

进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。

4  PLC的软件控制逻辑

由滑台的PLC控制方法可知，应使步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的控制。因此在控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器；对于频率较低的控制脉冲，可以利用PLC中的定时器构成，如图2所示。脉冲频率可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲总数控制则可以设置一脉冲计数器C10。当脉冲数达到设定值时，计数器C10动作切断脉冲发生器回路，使其停止工作。伺服机构的步进电机无脉冲输入时便停止运转，伺服执行机构定位。当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用PLC中的高速脉冲发生器。不同的PLC其高速脉冲的频率可达

图2

4000~6000Hz。对于自动线上的一般伺服机构，其速度可以得到充分满足。

5  伺服控制、驱动及接口

5.1  步进电机控制系统的组成

步进电机的控制系统由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功率驱动器组成，其结构见图1。

控制系统中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量；同时通过编程控制脉冲频率——既伺服机构的进给速度；环行脉冲分配器将可编程控制器输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC控制的步进电机可以采用软件环行分配器，也可以采用如图1所示的硬件环行分配器。采用软环占用的PLC资源较多，特别是步进电机绕组相数M>4时，对于大型生产线应该予以充分考虑。采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC的I/O口点数，目前市场有多种**芯片可以选用。步进电机功率驱动器将PLC输出的控制脉冲放大到几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力。一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几~几十伏特、几十~几百毫安。但对于功率步进电机则要求几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。

5.2  可编程控制器的接口

如伺服机构采用硬件环行分配器，则占用PLC的I/O口点数少于5点，一般仅为3点。其中I口占用一点，作为启动控制信号；O口占用2点，一点作为PLC的脉冲输出接口，接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电机转向控制信号，接至硬环的相序分配控制端，如图3所示；伺服系统采用软件环行分配器时，其接口如图4。

 图3

图4                                                            

6  应用实例与结论

将PLC控制的开环伺服机构用于某大型生产线的数控滑台，每个滑台仅占用4个I/O接口，节省了CNC控制系统，其脉冲当量为0.01~0.05mm,进给速度为Vf=3~15m/min,完全满足工艺要求和加工精度要求。

热流道是一种广泛应用于塑料模具行业的温度控制装备，是塑料注塑模浇注流道系统的一种先进技术装备，是塑料注塑成型工艺发展的一个热点方向。北京凯迪恩公司与某聚脂模具厂利用凯迪恩公司*的KDN-K3系列PLC和可控硅调压模块，共同开发了一种热流道控制系统，其中包括4路温度控制和12路电压调节。

二、实现功能

根据工艺要求，控制系统实现如下功能：

1． 对4路温度可进行分别设定和PID控制，精度±1℃ 。

2． 对12路（多路）电压可进行分别设定和控制。

3． 4路温度脱离规定范围报警。

4． 12路（多路）电压脱离规定范围报警。

5． 输出元件（可控硅）短路和断路报警。

6． 可显示所有实际温度值，与所有实际输出电压值。

三、可控硅模块介绍

可控硅（SCR）是在工业自动化领域使用广泛的电压控制功率器件。控制可控硅(SCR)的导通角使可控硅输出电压连续可调，因此大量应用于温度控制、灯光调节、电机调速等领域。凯迪恩公司开发的**于可控硅控制的可控硅调压模块（FM351），该模块是KDN-K3系列PLC的扩展功能模块，连接在CPU的扩展总线上。FM351具有以下特点：

1． 每个可控硅扩展模块可控制四只可控硅（SCR）；

2． 控制方式由程序向可控硅模块写入输出电压值，调节过程由该模块自身完成，能够实现：

· 开环控制

可控硅输出的电压随外部电网电压的变化而变化。

· 闭环反馈控制

可控硅输出电压会稳定在用户设定的电压值附近。它会随外部电网电压的变化自动调整可控硅的触发时间，从而使实际输出的电压始终都稳定在设定的电压值附近。

3． 报警检测

l 开环控制：“可控硅断开”报警、“可控硅短路”报警；

l 闭环控制：“可控硅断开”报警、“可控硅短路”报警、实际输出电压超出设定值±10V报警、可控硅模块和CPU模块之间通信出错报警；

四、控制系统实现

控制核心PLC选用KDN-K3系列的PLC。

KDN-K306-24AR，主机一台，它带有14个输入/10个继电器输出。

KDN-K331-04TC，热电偶温度测量扩展模块一个。

KDN-K351， 多功能可控硅调压扩展模块4个。

BTA40 双向可控硅16只。

触摸屏作为人机界面。

1．温度反馈控制

模具中有四路精确温度控制，采用KDN-K331-04TC热电偶温度测量模块测量出模具温度值，与给定值一起通过PLC中的PID运算，由FM351 多功能可控硅调压扩展模块调节可控硅的导通角使输出电压变化，从而控制加热器功率使模具温度保持在规定值。

2．电压调节

流道中有12路加热电压的精确控制，在程序中向KDN-K351可控硅调压模块传送设定电压值，由可控硅调压模块调节可控硅的导通角使输出电压变化，即可对流道中的温度进行调节。可控硅调压扩展模块自动完成电压检测与反馈功能，使输出电压稳定.

3．报警

当可控硅短路、开路、电压超差以及可控硅调压模块故障时，可控硅调压模块可自动向CPU模块传送故障信息，在触摸屏上显示报警画面，通知故障类型以便维修。（包括温度超差报警）。

4．其他

根据需要可在触摸屏上显示温度曲线。

由于模具中的四路精确温度控制有软启动功能,从而使模具在开机时温度缓慢上升,避免了对模具的热冲击,延长模具寿命。

所有操作均在触摸屏上完成，实现各参数设定与显示，以及各路输出的启停。面板设有急停按钮。

五、总结

实际运行表明，该系统完全满足工艺要求。以先进的PLC控制系统取代传统的仪表系统后，不仅大大提高了设备运行可靠性和控制精度，简化了系统接线，而且以液晶显示屏提升了人机界面的美观度，更重要的是帮助设备厂家提高了产品的技术档次，增加了产品的附加值

引言

    20世纪90年代以来，数字化技术取得突飞猛进的发展，并且日益渗透到各个领域， 现在已成为人类生活中的技术，智能家居在21世纪将成为现代社会的新时尚。作为很多场合都在大量使用的工业控制PLC，30多年来不论是在功能上还是在应用领域方面，都有着从逻辑控制到数字控制、单体控制到运动控制、过程控制到集散控制的飞跃，今天的可编程序控制器PLC正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。
而随着PLC应用的迅猛发展，各种高级控制策略不得不面对不同的对象在大跨距分散地点下的远程控制应用，如何实现大范围分布式应用中各种现场处理及远程控制,远程维护等就是很现实的问题，这其中的前提之一就是各种数据包的远程传输.
    远程的一个实现方式是采用无线通信，需要使用相应的设备，较早期成为普及化的实现远程通信功能的产品首先是数传电台,有很多的PLC应用系统中都采用了数传电台来实现远程通信,但是数传电台存在一定的功能限制，在通信节点众多的应用环境中，容易造成频率冲突，随着通信距离的增大可靠性下降，在一些山区，由于与中心距离太远，无法进行正常通信。因此，需要采用一种更先进和更科学的远距离通信方案，目前较新应用趋势是将PLC控制系统与现有GPRS无线通信技术集成，通过GPRS网络通信技术，可以实现全国数据超远程可靠传输。

GPRS+PLC方案优点

   中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建分布式PLC控制系统，实现PLC的无线具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。经过比较分析，我们选择中国移动的GPRS系统作为分布式PLC控制系统的数据通信平台。

GPRS无线通信系统具备如下特点：

1、可靠性高：
    与SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

2、实时性强：
    GPRS具有实时在线的特性，时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际速率在30Kbps左右，完**满足系统速率（≥10Kbps）的需求。

3、监控范围广：
   GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。对于分布在全市/全省范围内，或全国范围的PLC控制系统，采用GPRS网络是其理想的选择。
4、系统建设：
   由于采用GPRS公网平台，*建设网络，只需安装设备就即可，建设；也免去了网络维护费用。

5、系统运营：
    采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月不限流量收费，从而实现了系统的通信。
6、系统的传输容量，扩容性能好：
    监控中心要和每一个PLC控制现场实现实时连接。系统要求能满足突发性的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持上千个现场PLC数据通信。

7、GPRS传输功耗小，适合野外供电环境：
   虽然与远在千里的数据中心进行双向通信，GPRS数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可,其整体功耗与一台普通GSM手机相当, 平均功耗仅为200毫瓦左右，比传统数传电台小得多。因此GPRS传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。

系统构成
 
1、现场控制/采集点：
   现场监控点由PLC实现自动控制，并相关信息，通过RS232或RS485接口与GPRS DTU终端相连，PLC到的设备信息通过GPRS DTU终端对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS无线网络。

2、监控中心：
a）公网接入方案
   服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定IP地址；可以实现中小容量的系统应用。

b）专网接入方案
    服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线, 申请配置固定IP地址，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当现场PLC数量增加，中心不用扩容即可满足需求，可实现大容量系统应用。

    监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。

3、GPRS/GSM移动网络：

    PLC采集的数据经GPRS/GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，较终传送到监控中心IP地址。

系统方案

    各现场控制点使用成都众山科技有限公司的ZSD3120 GPRS DTU透明终端，通过移动GPRS网络与监控中心相连。各现场控制点的GPRS DTU使用移动通信公司的GPRS普通数据卡或APN**数据卡，同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记, 并与现场控制点信息进行关联，以便识别和维护处理。监控中心运行监控系统软件，实时现场控制点的相关数据。

产品特性

    系统采用ZSD3120 GPRS DTU无线透明终端。产品基于中国移动的GPRS网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232/RS485接口, 可直接与PC、单片机系统、RTU测控终端、PLC、GPS、数据集中器等连接，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站点之间的数据采集和控制。

1、内置TCP/IP协议栈，针对GPRS网络优化
2、提供GPRS无线数据双向传输功能
3、提供RS232/RS485/RS422接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+标准
5、支持自动心跳，保持*在线
6、透明：为用户的数据设备提供双向100K大容量数据缓冲区，支持大数据包传输
7、自动拨号连接：DTU上电自动拨号上网、连接网络，支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接
8、提供短信通道，内置Unicode国际编码转换表
9、支持远程短信/电话唤醒
10、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能
11、支持中心为固定IP或动态域名
12、心跳报告时间间隔用户可设定
13、支持点对点、点对多点、多点对多点对等  
14、支持APN数据专网业务
15、安装灵活、使用方便、可靠
16、支持多数据中心，自动切换
17、适应低温和高温工作环境
18、EMC抗干扰设计，适合电磁恶劣环境应用
19、复合式看门狗技术，**当机
20、整机低功耗技术，在线待机电流<20mA

安全措施

    由于远程控制的特殊性，系统需要极高的系统安全**和稳定性。安全**主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。 

   监控中心可通过公网接入,或者到移动专网接入，采用公网接入方式成本比较低，企业不用租用专线，而使用数据专线接入时，GPRS数据要经过Radius服务器的认, 整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分**速度和网络服务质量。

1、APN数据专网模式：企业内部网络中配置APN服务器，移动终端使用APN数据专网，由于采用数据专网,服务器与公网Internet隔离,可以有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的一性，对用户SIM卡号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于*行业的SIM卡号才能访问**APN，移动终端与监控中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通的SIM卡号无法呼叫专门的APN。

3、可以为每个GPRS数据传设备单独配置 DTU ID号和密码，通过监控中心在其登陆时进行应用层认证，其他没有中心分配的DTU ID号和密码的GPRS的设备将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

4、数据加密：可对整个数据传送过程进行加密保护。

5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，**系统安全。

结论

    监控中心采用有线方式，租用静态IP目前费用约800~1500元/月。采集点采用GPRS无线方式，流量费用目前有包月制和按数据量两种收费方式，按流量计算0.01元-0.03元/KB，而包月制20元/月有1024KB流量，估计日后其费用会逐步降低。

    对于用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当控制点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资。