西门子6ES7368-3BC51-0AA0功能参数

西门子6ES7368-3BC51-0AA0功能参数

这类模块一般带有微处理器，用来控制运动物体的位置、速度和加速度，它可以控制直线运动或旋动、单轴或多轴运动。它们使运动控制与PLC的顺序控制功能地结合在一起，被广泛地应用在机床、装配机械等场合。 

     位置控制一般采用闭环控制，用伺服电动机作驱动装置。如果用步进电动机作驱动装置，既可以采用开环控制，也可以采用闭环控制。模块用存储器来存储给定的运动曲线，典型的机床运动曲线如图所示，高速v1用于快速进给，低速v2用于实际的切削过程，P1是运动的终点。模块从位置传感器得到当前的位置值，并与给定值相比较，比较的结果用来控制伺服电动机或步进电动机的驱动装置。

      下面介绍FX2N系列的脉冲输出模块和定位控制模块。

     1．FX2N–1 PG–E脉冲输出模块

     FX2N–1 PG–E有定位控制的7种操作模式，一个模块控制一个轴，FX2N系列PLC可连接8个模块，控制8个单的轴。输出脉冲频率可达100kHz，可选择输出加脉冲、减脉冲和有方向的脉冲。在程序中占用8个I/O点，可用于FX2N和FX2NC。

    2．FX2N–10PG脉冲输出模块   

    FX2N系列PLC可连接8个模块，输出脉冲频率可达1MHz，小起动时间为1ms，定位期间有优速度控制和近似S型的加减速控制，可接收外部脉冲发生器产生的30kHz的输入，表格操作使多点定位编程为方便。在程序中占用8个I/O点，可用于FX2N和FX2NC。

   3．FX2N–10GM和FX–20GM定位控制器

    FX2N–10GM是单轴定位单元，FX–20GM是双轴定位单元，可执行直线插补、圆弧插补，或立双轴控制，可以立工作，不必连接到PLC上。有位置检测功能和手动脉冲发生器连接功能，具有流程图的编程软件使程序设计可视化。

    输出频率为200kHz，FX–20GM插补时为100kHz,在程序中占用8个输入输出点。

    4．可编程凸轮控制单元FX–1RM–SET

    在机械控制系统中常常需要通过检测角度位置来接通或断开外部负载，以前用机械式凸轮开关来完成这种任务。它对加工精度的要求高，易于磨损。

    可编程凸轮控制单元FX–1RM–SET可实现角度位置检测。它可以进行动作角度设定和监视。可在EEPROM中存放8种不同的程序。配套的无刷转角传感器的电缆长可达100m。在程序中占用8个I/O点。通过连接晶体管扩展模块，可以得到多48点的ON／OFF输出。可用通信接口模块将它连接到CC–bbbb网络。

1、A1S64AD与CPU进行信号交换时，共使用32点输入和32点输出，如下表所示为A1S64AD位于0号槽位置时，其使用的输入输出信号分配（X0～X1F，Y0～Y1F），在其它插槽其输入输出可做相应的改变，如位于1#插槽时，其输入输出信号就变成了X20～X3F，Y20～Y3F。这些输入输出信号只是做为A1S64AD模块和CPU交换信息用，其在物理并没有实际的输入输出点（注：元件X表示A1S64AD向CPU的输入信号，元件Y表示CPU向A1S64AD的输出信号）。

表1：A1S64AD输入/输出信号一览表

注意：在程序中可根据需要在处理有关A1S64AD有关指令时，可象普通接点一样使用X0～X1F；而Y12仅作为A1S64AD出错后的复位信号（置若罔闻后，A1S64AD复位），不能用作他用，不能用来作为输出来控制外部元器件。Y0～Y11，Y13～Y1F这些未用的信号则在程序中不能使用，如在程序中被ON/OFF，则可能会造成A1S64AD的不正常工作。

2、A1S64AD在CPU的内在中专门开辟了一块数据区作为与CPU进行数据交换的存储器。其地址分配如2所示（每个地址对应一个子6位的寄存器）。

2.2 A/D变换允许/禁止设定（地址0）

设定A1S64AD四个通道（CH1～CH4）A/D变换允许还是禁止（1：允许，0：禁止）。通道不使用时，须设成禁止状态，可以缩短采样周期的时间。

设定方法：

2.3 转换方法的设定（地址1）

A1S64AD的A/D转换方法有两种：逐次逼近法和平均值法。

2.3.1 逐次逼近法

A1S64AD把结果寄存器逐位置1，每次把数字又经过D/A转换后得到的模拟量和输入的模拟量相比较，如果得到的模拟量值大于输入模拟量值，则该位清0，否则，该位置1。每个位依次如此比较，后得到实际的A/D转换值。

2.3.2 平均值法

A1S64AD按设定的次数或时间对模拟信号进行A/D转换，并将大值和小值所除的和值加以平均后，作为A/D变换的结果值。

2.3.3 设定方法

说明：1、使用平均值法时，设定是时间平均还是次数平均（在地址1设定），并在地址2～5设定好用来做平均的时间或次数；

2、使用逐次逼近法时，平均法的设定（地址1的b0～b3位，2～5）均无效。

2.4 平均时间/次数的设定（地址2～5）

当在地址1中了平均法采样后，在地址2～5的相应通道内设定进行平均的次数或时间。可设定的范围如下：

按次数的平均处理：1～500次

按时间的平均处理：80～1000ms

2.5 A/D转换(地址10～13)

地址10～13分别是通道1～4的A/D转换值，其为带符号的16位字值，位b15为符号位（1为负0为正）。其格式如下图所示：

2.6写数据出错代码（18）

地址18是当CPU写入数据出错产生的出错代码，如下表所示：

表3：出错代码一览表

说明：（1）同时产生几个错误时，只保存发生的错误代码；

（2）出错代码复位的方法是将出错复位信号Y12置1；

（3）地址18写入营，则出错复位。

2.7 A/D变换结束标志（地址19）

数据格式如下：

2.8 A/D变换率设定（地址20）

A1S64AD有三种分辨率：1/4000，1/8000，1/12000。其设定及输出值范围如表4所示：

表4：分辨率的设定及输出值

3、编程

3.1 编程步骤如下图所示：

3.2 基本指令

3.2.1 读出指令(从A1S64AD数据缓冲区中读出数据)FROM，FROMP，DFROM，DFROMP

n1：A1S64AD个输入/输出号码的高2位（用16进制3位数来表示）。如当A1S64AD分配输入/输出是X130～X14F，Y130～Y14F时，n1就为H13；

n2：从A1S64AD数据缓冲区读出数据的，如读出通道1的A/D转换，n2=K10（10为CH1的A/D转换在数据区中的地址）；

D：存放读出数据的寄存器；

n3：读出数据的个数。

3.2.2 写入数据(FROM,FROMP,DFROM,DFROMP)

n1:同读出指令

n2:同读出指令

S:要写入的数据

n3:写入数据的个数

3.3 编程实例

这是一个以1/8000的分辨率,读通道1至A/D变换结果的例子.通道1采用逐次逼近法进行A/D采样,通道2/3采用50次的平均处理,通道3采用1000ms的平均处理.当错误发生时,以BCD码显示错误代码.

3.3.1 系统构成

A1S64AD插于号槽,其输入/出分别为:X00-X1F,Y00-Y1F.

3.3.2 初始设定内容

1)A/D变换允许通道------1,2,3通道

2)按次数平均处理-------2通道,次数为50次

3)按时间平均处理-------3通道,时间为1000ms

4)逐次逼近转换-------1通道

5)分辨率-------"2",1/8000

3.3.3 用户使用元件

1)写数据出错复位标志------X20

2)读A/D数字结果信号------X21

3)数据出错外部BCD码输出------Y50至Y5B

4)出错代码存储寄存器-------D0

5)数据出错外部显示-------Y40

6)A/D变换结束标志------M0至M2

7)A/D数据结果存储寄存器------D10至D12

3.3.4 程序

1 引言

提高薄膜收卷质量对塑料薄膜的二次加工至关重要；对于薄而易变形的薄膜的收卷，一个重要的方面就是要实现薄膜牵引和卷取过程当中的恒线速度控制。我们建立了牵引和卷取的恒线速度控制图，构成了由计算机、可编程控制器、变频器等组成的硬件系统，实现了计算机和可编程控制器、可编程控制器和变频器之间的通信。

2 恒线速度控制图的建立

2.1 异步电机在两相同步旋转（M、T）坐标系中的数学模型[1][2]

在同步旋转坐标轴系中，电压可用右式表示：[μ]MT =[Z]MT [ī]MT              (1) ，

同步旋转轴系上的数学模型为：

式中分别为M、T同步旋转轴系的定、转子电压和电流；ω3 为M、T轴系的同步旋转角速度，即定子频率角速度；（转差角频率）。

M、T坐标轴系的力矩表达式为：              

2.2 异步电机的状态方程[1][2]

      研究一个三相系统时，采用同步旋转坐标轴系，其状态方程中的系统矩阵A和输入矩阵B与θr无关，可以简化求解过程。如果取定子和转子电流I(t)，转速ωr(t)为状态变量，定子电压μ，频率ω3(t)及负载转矩TL(t)输入量，则异步电机在同步旋转轴系中的状态方程为：

      由式（4）可见，即使在同步旋转坐标系中，异步电机调速系统在一般情况下也是一个非线性系统，应用线性多变量系统理论对式（4）进行线性化，可得线性化后的状态方程：

2.3 牵引和卷取恒线速度控制系统示意框图

根据吹塑薄膜牵引和卷取的实际情况[3][4]，可画出恒线速度控制示意图，如图1所示。其中为角速度计算值[5]，保电机按计算出的卷径调节转速并加入张力调节的影响；ω为终实际输出角速度，反馈至卷径计算单元参与卷径计算。为了镇定系统的张力，对△V 部分的运算，采用了PI计算（过程调节）。

由异步电机的状态方程可得异步电机的控制方块图，如图2所示。其中是异步电机在同步旋转轴系中的状态方程，ω1为给定的定子角频率，ω为转子角频率，θμ为定子电压矢量与t轴的夹角。为了稳态误差，减少速度跟随误差，改善系统的动态特性，需加入比例、积分和微分校正环节。

3 系统硬件设计

对于吹塑薄膜自动生产线，一方面电机的数目较多，另一方面电机分布距离不是很近。卷取部分的控制系统采用计算机为上位机，三菱plc为下位机来实现对整个系统的控制，PLC与变频调速器可构成多分支通讯控制网络[6][7]。利用通信技术，由计算机控制PLC，PLC直接控制变频器完成多电机调速，其方法是将通讯模块集成在变频器中或利用通讯模块与PLC连接，通过通讯接口控制变频器带动电机调速。PLC采用三菱公司的FX2N-64MR-001，变频器采用三菱公司的FR-A540，编码器采用增量型编码器。

计算机的通信接口RS232和PLC的通信功能扩展板FX2N-485-BD之间通过RS232C/PLC 变换接口FX2N-485PC-IF连接[8]，如图3示。

PLC和下位器件之间关系如图4所示。变频器的通信连接单元为FR-CU03，符合RS-422/RS-485通信规范；3MD2系列PLC数字显示器可以实时的显示PLC中的数据。电机1、2转速的计算和比较，张力反馈的PI调节等都由PLC来完成。

由图3和图4构成整个控制系统硬件的连接，这样的连接可以实现计算机对PLC远距离的调试与监控、PLC的离线编程、PLC对变频器的远距离监控等操作，使对薄膜吹塑生产线的控制灵活。

4 软件实现

考虑到使用的方便，采用基于bbbbbbs操作系统的软件包SWOPC-FXGP/WIN-C，可对FX全系列可编程控制器（FX0S、FX2N、FX0N、FX2、FX2C）进行编程和控制[9]。这种软件可以实现寄存器数据的传送、PLC存储器、串行口设置（D8120）、运行中程序改、遥控运行或停止、PLC诊断、采样跟踪和端口设置等操作；可读取和显示可编程控制器中的程序，实现文件的发送和接收；可监控和测试可编程控制器，实现动态监视器、元件监控和显示监控数据的变化值（十六进制）等功能；可以实现梯形图、指令表和顺序功能图（SFC）程序的相互切换显示，同时显示多个功能窗口。

要实现对薄膜牵引和卷取的恒线速度控制，需要PC与PLC之间点对点的串行通信和PLC与下位器件之间进行正确通信，这需要设定握手信号和数据传送格式。为了避免发送与接收的帧错，发送与接收采用相同的数据格式。

4.1 计算机和PLC的通信协议

为了使计算机和PLC进行正确地通信，对PLC的特殊寄存器作相应的设置[8]。D8120用来设置数据长度、校验形式、波特率和协议方式；D8121用来设置站号（设置范围为00H－0FH）；D8122和D8123分别存储待传送数据和已传送数据的长度；D8124存储数据开始位(初始值：STX)；D8125存储数据结束位(初始值：ETX)；……D8129用来设置间歇校验时间。上位机和PLC的通信协议有多种格式，我们所使用的通信协议格式4如图5、6、7所示，图5和图6中的和校验码是从站号开始到数据结束的所有字节转化为ASCII码相加后的末两个字节。

主要控制字符含义如下：ENQ：计算机的请求信号（05H）；ACK：无校验错误，PLC的应答信号（06H）；NAK：检验到错误时，PLC的应答信号（15H）；STX：信息帧开始标志（02H）；ETX：信息帧结束标志（03H）；ETO：传输结束（04H）；LF：数据供给（0AH）；CL：清空初始化（0CH）；CR：传输再次开始（0DH）。

4.2 PLC与变频器之间的通信协议

在三菱PLC与三菱变频器构成的1：2通信网络中，每个变频器为一个子站，其站号由参数设定单元设定。工作过程中，PLC通过FX2N-485-BD发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃该信息的处理。这样就保了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。通信协议仍采用通信协议格式4，如图5、6、7所示。

4.3 PLC程序组成

PLC程序主要由主程序模块，通信组织子程序，接收数据帧处理子程序，发送数据帧处理子程序，电机速度的计算和比较、卷径计算子程序，故障处理子程序等组成。与PLC和PC机通信有关的主要功能指令如图8所示。

5 结论

本控制系统应用于吹塑薄膜生产线的牵引和卷取控制，避免了由于牵引速度和卷绕速度不同步而造成的薄膜在牵引辊上自卷或者薄膜厚度达不到要求等问题，使生产加稳定，提高了薄膜收卷质量

一. 概述

硬盒包装机是一台由1万多个零部件组成的高度自动化的生产机械（见图1）     

自90年代初开始，我公司就已经为烟机总公司的一家生产厂配套制作以三菱PLC（当初使用F1-60MR）为的电器控制系统，实现了整机控制国产化。     

近十年来，随着生产工艺的不断改进，市场的不断变化，为了适应市场经济的发展需要，主机生产厂家在提高和完善机器性能的同时又开发出了许多新的品种机型。除常见的20支包装的外（盒内按7，6，7支三层排列），双十支扁盒，双8支扁盒型，以及高速机型等等。而PLC控制系统在灵活适应这些变化的同时，也把新的技术新的性能应用到所开发的产品中。如反映生产流程的显示系统，由初的单片机模拟显示盘，改为彩色CRT显示，然后又发展到当前的人机界面多功能显示器。利用PLC的通讯功能和指令把上位机PLC及显示器联接成一整体。因此产品受到用户，特别是操作工人的欢迎。数百台此类包装机工作在全国几十家大中小型厂的生产线上。    

二. 系统简介    

 1．系统方框图（图2）     

    控制系统由三菱PLC,三菱变频器，三菱人机界面，I/O接口等部分组成。    

 2． 机床对控制系统的主要工艺要求     

 ⑴ 主电机平滑起动，无级调速，运行速度为120-140包/分（约为38-40Hz）。点动速度15-20Hz。    

 ⑵ 低速时有转矩提升，快速制动。   

 ⑶ 机床可以长期运行，要求。   

 ⑷ 机床润滑系统的注油电机每2小时自动注油5秒（时间可调），也可手动加油。    

 ⑸ 干燥鼓两侧电热丝（2*360W）恒温加热，控制精度 50±0.05度。    

 ⑹ 发生故障时，应该能够显示故障名称以及发生的部位。     

 ⑺ 由于各种原因造成的不合格产品（烟包），应该在同一工位准确剔除。   

 ⑻ 对不合格烟包的处理及停机故障应该区别以下情况。     

  ① 油位低，离合器过载，挤烟等15种故障发生时立即停机。    

  ② 烟支空头，滤咀缺少等故障造成的不合格产品不停机，只发出声光报警信号，到的工位将其剔除。    

  ③ 铝纸漏装，内衬漏装等故障造成的不合格产品，需要立即停机，但可以点动运行并在的工位将其剔除。     

3．控制方案的实现     

当车间工人把84毫米长的过滤咀码放在烟库内并起动机器，机器就以每分钟120-140包的速度生产出按一定规律排放好的硬盒，然后封装好透明纸贴好金黄色的拉线。尽管机器的生产速度很高，工艺动作要求复杂，只要充分利用 

PLC本身的特点，再结合生产实践，我们开发了一套简捷周密的逻辑控制方案，满足所有工艺要求。

 系统中使用了35个开关量输入信号，10个开关量输出信号。程序中应用了9种基本指令，10种功能指令（如 INC,MOV,BMOV,CMP,SFTL,ADD等），8个定时器，6个计数器，8个指针，28个数据寄存器（含断电保持型），共1100条语句。整个程序不仅实现了全部工艺要求，而且还增加了许多辅助功能，如生产时间和停机时间的统计显示，故障频次的统计，成品产量与废品剔除数量统计，日期时间显示，日产量班产量报表的生成打印输出等功能。此外还允许操作工人对一部分运行数据进行在线修改，利用人机界面上的触摸开关即可实现。

由于PLC本身的性高，抗干扰能力强及有在线修改的能力，使我们的控制系统联机调试调整时间大大缩短，几乎省去了现场服务，一般操作工人或维修电工均可胜任调试工作。所以受到了厂家的普遍。     

4． 运行体会与经验     

① 移位指针命令SFTL的巧妙应用：     

烟包在机器上有20个工位完成一系列封装工序，其中7种不合格烟包的故障监测传感器分别分布在1，2，4，7，11，13，17工位上。我们M100到M119内存区作为移位寄存器，利用同步脉冲作移位触发信号，就实现了生产中发生的任何1种或2种以上不合格品同时出现时，均可在同一个工位排序将它们剔除。（程序实例请见图5，6）  

② 为了满足成品产量的计数功能，我们设计了一段程序，大容量可以计数1亿包。按每分钟120包的产量计算，每天两班16小时，每月30天，可以累计2年的产量。这充分利用了PLC数据寄存器的功能。（程序见图7） 

三. 使用效果     

1996年该机组由国家总公司及天津市津经委坚定其结论为：“该产品了，属国家同类产品水平”同年通过了IS09002体系认证。    

该系列产品不仅成为生产厂家的拳头产品，而且由于的利润和税收，就为广大（厂）用户创造了十分可观的经济效益和社会效益。此外该系列产品还向中国香港，乌干达，越南，塔吉克斯坦，新加坡等国家和地区出口，为国家创收大量外汇。    

四. 今后的改进方向     

1． 使用旋转编码器，充分利用PLC的高速计数器功能，进一步简化程序。     

2． 增加通讯模块实现网络化，便于用户管理。     

3． 应用FXGP软件，选用FX2N-80MR解决远程通讯，实现网络调试，网上指导现场运行。为主机厂商和用户之间的技术交流架起一座方便快捷的网络桥梁，缩短地域之间的距离。进一步提高服务效率，节约成本