6ES7216-2AD23-0XB8产品描述

6ES7216-2AD23-0XB8产品描述

1 引言

1.1 三菱伺服位置传输功能

三菱mr-j2s及mr-j3系列伺服系统内置位置协议，通过驱动器三个输入和三个输出数字量端口与plc的三个输出三个输入口相配合，实现伺服电机位置向plc的传输。plc读取伺服电机的位置数据后，可方便地构成一个位置系统。这在许多情况下，非常有实际应用。在这里要说明的是，以上所述的位置传输协议并非是三菱伺服系统本身也具有的通讯协议。前者是通过伺服驱动器和plc的数字i/o口实现的，后者是通过在rs422通讯口实现的。

1.2 位置读取

作为配合，三菱fx系列plc也内置了位置读取指令（dabs指令），可方便地读取三菱伺服的位置值。但是在三菱家族的a系列和q系列中并没有提供位置读取指令，当然其它的plc没有与之配合的位置读取指令了。尽管从三菱的产品线来说，其q系列plc提供了qd75m位置模块，使用b系列的伺服驱动器，通过sscnet总线来实现实时的位置通讯。但是在一些低端应用场合及其它plc作为控制器的场合使用其伺服驱动器位置传输协议来构建位置系统还是非常有意义的。换言之说，有必要对于fx系列之外的plc，开发并提供一种对三菱伺服位置值读取的的方法。下面我们以三菱q系列plc为例就这一问题展开讨论。

2 三菱伺服位置传输协议

2.1 位置传输协议的信号定义

伺服驱动器与plc的信号连接图。在本传输协议中，以plc为主机，伺服驱动器为从机，既plc发出传输指令后启动传输过程。在plc输出的四个信号中，y0-y2参与了，y3并不参与传输。y3用于对所构建的位置系统设置原点。在y0-y2中，y0用于给出伺服开启信号，y1用于对伺服发出abs传输模式指令，使伺服驱动器处于状态。这时伺服驱动器将改变某些输出端的定义（后述）。y2用于发出的请求，与“传输数据准备完毕”信号配合，完成伺服驱动器发送数据和plc接收数据的同步。plc的三个输入信号x10-x12接收来自伺服驱动器的输出信号，x10、x11是两位位置数据信号（bit0、bit1），x12为传输数据准备完毕信号，是一个同步信号。该三个信号原来在伺服驱动器内另有定义，伺服驱动器在接收y1给出的传输模式指令后自动切换成当前这种功能。

2.2 位置传输协议数据交换说明

plc给伺服驱动器同时给出伺服开启信号sv-on和abs传输模式信号abs后，plc和伺服驱动器将按照下列顺序进行进行：

（1）伺服驱动器接到absm信号后，检测和计算位置数据，切换do1、zsp、tlc的功能为bit0、bit1、准备完毕（trd）功能;并将trd置1。

（2） plc接到trd=1的信号后，将abs请求信号absr置1，送到伺服驱动器。

（3）伺服驱动器接到absr=1的信号后，在bit0、bit1上输出二位数据，并将trd置0，通知plc，二位数据已输出。plc可以读数据了。

（4） plc接到trd=0的信号后，读二位数据，然后将abs请求信号absr置0，送至伺服驱动器。

（5）伺服驱动器接到absr信号=0后，知道plc已将二位数据读取，于是又发出trd=1信号，准备下一次传输。然后重复（2）-（5），直至将全部32位位置数据和6位校验和完毕。

（6） plc收到校验和数据后，将abs传输模式absm信号置0。

在上述传输过程中plc和伺服驱动器的信号配合看似比较复杂 ，

2.3 位置数据和校验和数据结构

在传输的38位数据中，前32位数据是伺服电机的位置数据，后6位数据是校验和数据。在表示位置的前32位数据中，按读入的顺序排列为二位到二位。在表示校验和的后6位数据中，其读入顺序也是从低二位到高二位。该6位校验数据是伺服驱动器根据其所传输的位置值计算出的校验和。plc对读入的32位位置数据进行校验和计算，计算的结果与读入的6位校验和数据相比较，若相等则说明传输正确；否则，则说明传输不正确。

为了实现校验，要了解该传输协议所规定的计算方法，也即伺服驱动器内部对位置数据的计算方法，这样才能在plc中按照同样的方法来计算读入位置数据的校验和。只有按同样的方法计算得校验和，其比较才有意义。

例如，伺服驱动器传输的位置数据是013acf76h，二进制是“00，00，00，01，00，11，10，10，11，00，11，11，01，11，01，10”。该协议规定校验和计算方法如下：将每2位数据相加得，11000b=18h。所以该位置数据的校验和为18h。伺服驱动器传输的数据32位位置数据013acf76h和校验和数据18h。

3 软件编制

根据上述对位置传输协议的分析，我们可以编制相应的程序。在编制该程序块时，为了使本程序对各种plc具有参考并可进行移植，我们采用了各类plc常用的基本指令和各类plc都支持的功能指令来编制。

3.1 程序结构

整个位置读取程序从功能上说大致由数据读取、校验和计算、错误判别处理三个部分组成，其中校验和计算可穿插在数据读取程序中。

在数据读取程序段，根据传输协议规定的信号逻辑配合关系，读取全部32位位置数据和6位校验和数据。

在读取传输数据的同时，计算32位位置数据的校验和。

全部数据读取完成后，对读取的校验和数据与计算得到的校验和数据进行比较。若不相同则重新进行传输，重复次数大于3次，则停止传输，并给出报警信号。

σm、σd、σc表示所有的标志位、数据寄存器、计数器，c0、c1用于读取次数（即几组bit0、bit1数据）计数。c0用于对位置数据的数据读入次数判断，故预置值为17（比应读次数16大1）；c1用于对全部数据读入次数判断，故预置值为19（共19次）。c2用于对传输出错重新进行传输的次数判断，故预置值为3。每次读入的2位数据在存储时要进行处理，以恢复其原来定义的数据结构。详细的处理指令见后。

3.2 样板程序

上述程序是以三菱q系列plc为例编制的传输程序，由于篇幅所限，我们没有以梯形图形式给出程序，而是以语句表形式列出。在上述程序中，m99是传输启动信号，m214是传输出错标志。y0-y2是sv-on、absm、absr信号，x10-x12是bit0、bit1、trd信号。d10是计算校验和值，d12是位置数据输出值。m120-m157是存储38位传输数据的中间标志位，其中m120-m151用于位置数据，m152-m157用于校验和数据。

在该程序中，大多数指令为简单的基本指令，仅在读入数据处理时，才使用了wand（逻辑与）、sf（移位）、add（加法）等功能指令。各类其它的plc一般都支持这些指令，所以上述程序的可移植性是比较好的。

对于上述程序，我们着重介绍每次读入的二位数据的处理方法。

4 应用案例

主流plc一般都内置脉冲输出定位功能或者可配置带有脉冲输出的定位功能模块。为了使控制系统和机械运动位置之间建立同步，一般需要回原点。但是如果采用位置系统，则仅需要在调试时确定一个原点，以后系统就回原点了。当系统开机时，plc执行该传输程序，通过伺服驱动器之间的传输信号线将伺服当前位置到plc中，然后plc将读到的当前机械位置写入定位控制系统的当前位置寄存器中。这样控制系统与机械系统之间就建立了同步关系。以后，机械系统的当前位置由plc的位置控制系统根据发出的脉冲数来确定。

5 结束语

用普通plc指令实现伺服系统当前位置读取，与用rs422口采用通讯方式读取伺服电机位置的方式相比，该方式实时性较差一些。但是这种方式在构建低端位置系统应用场合，仍具有较大的实际意义。在编制中，考虑到某些plc的低端cpu（如q系列q00cpu）不支持步进指令，所以整个传输程序使用普通指令、采用了类似于步进指令的编程方式，程序的可读性和可移植性都比较好，在使用其它的plc时只需作很少的修改即可。

一、适合的工作环境
1．环境温度适宜
各生产厂家对PLC的环境温度都有一定的规定。通常PLC允许的环境温度约在0~55°C。因此，安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所；安装PLC的控制柜有通风的百叶窗，如果控制柜温度太高，应该在柜内安装风扇强迫通风。
2．环境湿度适宜
PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85％，以保证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所。
3．注意环境污染
不宜把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。如果只能安装在这种场所，在温度允许的条件下，可以将PLC封闭；或将PLC安装在密闭性较高的控制室内，并安装空气净化装置。
4．远离振动和冲击源
安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响，以免造成接线或插件的松动。
5．远离强干扰源
PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。
二、合理的安装与布线
1.注意电源安装
电源是干扰进入PLC的主要途径。PLC系统的电源有两类：外部电源和内部电源。
外部电源是用来驱动PLC输出设备(负载)和提供输入信号的，又称用户电源，同一台PLC的外部电源可能有多规格。外部电源的容量与性能由输出设备和PLC的输入电路决定。由于PLC的I／O电路都具有滤波、隔离功能，所以外部电源对PLC性能影响不大。因此，对外部电源的要求不高。
内部电源是PLC的工作电源，即PLC内部电路的工作电源。它的性能好坏直接影响到PLC的性。因此，为了保证PLC的正常工作，对内部电源有较高的要求。）一般PLC的内部电源都采用开关式稳压电源或原边带低通滤波器的稳压电源。
在干扰较强或性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器，对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时还应注意以下问题：
1)隔离变压器与PLC和I/O电源之间采用双绞线连接，以控制串模干扰；
2)系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动时引起的线路压降；
3)PLC输入电路用外接直流电源时，采用稳压电源，以保证正确的输入信号。否则可能使PLC接收到错误的信号。
2.远离高压
PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，不能与高压电器安装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电源线，二者间距离应大于200mm。
3.合理的布线
1)I/O线、动力线及其它控制线应分开走线，尽量不要在同槽中布线。
2)交流线与直流线、输入线与输出线分开走线。
3)开关量与模拟量的Ｉ/Ｏ线分开走线，对于传送模拟量信号的Ｉ/Ｏ线用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应一端接地。
4)PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频，很容易受干扰，不能与其它的连线敷埋在同槽内。
5）PLC的I/O回路配线，使用压接端子或单股线，不宜用多股绞合线直接与PLC的接线端于连接，否则容易出现火花。
6)与PLC安装在同一控制柜内，虽不是由PLC控制的感性元件，也应并联ＲＣ或二管消弧电路。
三、正确的接地
良好的接地是PLC运行的重要条件。为了抑制干扰，PLC一般单接地，与其它设备分别使用各自的接地装置，；也可以采用公共接地，但禁止使用如图6-37c所示的串联接地方式，因为这种接地方式会产生PLC与设备之间的电位差。
PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻要小于100Ω，接地线的截面应大于２mm2。
另外，PLC的CPU单元接地，若使用了I/O扩展单元等，则CPU单元应与它们具有共同的接地体，而且从任一单元的保护接地端到地的电阻都不能大于100Ω。
四、的保护环节
１．短路保护
当PLC输出设备短路时，为了避免PLC内部输出元件损坏，应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。在每个负载的回路中都装上熔断器。
2.互锁与联锁措施
除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统地运行，如电动机正、反转控制，要利用接触器KM1、KM2常闭触点在PLC外部进行互锁。）在不同电机或电器之间有联锁要求时，也在PLC外部进行硬件联锁。采用PLC外部的硬件进行互锁与联锁，这是PLC控制系统中常用的做法。
3．失压保护与紧急停车措施
PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时，按下“停止”按钮就可以切断负载电源，而与PLC毫无关系。
五、必要的软件措施
有时硬件措施不一定干扰的影响，采用一定的软件措施加以配合，对提高PLC控制系统的抗干扰能力和性起到很好的作用。
1.开关量输入信号抖动
在实际应用中，有些开关输入信号接通时，由于外界的干扰而出现时通时断的“抖动”现象。这种现象在继电器系统中由于继电器的电磁惯性一般不会造成什么影响，但在PLC系统中，由于PLC扫描工作的速度快，扫描周期比实际继电器的动作时间短得多，所以抖动信号就可能被PLC检测到，从而造成错误的结果。因此，对某些“抖动”信号进行处理，以保证系统正常工作。
输入信号抖动的影响及
a)抖动现象的影响b)抖动的方法
2．故障的检测与诊断
PLC的性很高且本身有很完善的自诊断功能，如果PLC出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢复正常工作。
大量的工程实践表明，PLC外部输入、输出设备的故障率远远PLC本身的故障率，而这些设备出现故障后，PLC一般不能觉察出来，可能使故障扩大，直至强电保护装置动作后才停机，有时甚至会造成设备和人身事故。停机后，查找故障也要花费很多时间。为了及时发现故障，在没有酿成事故之前使PLC自动停机和报警，也为了方便查找故障，提高维修效率，可用PLC程序实现故障的自诊断和自处理。
现代的PLC拥有大量的软件资源，如FX2N系列PLC有几千点辅助继电器、几百点定时器和计数器，有相当大的裕量，可以把这些资源利用起来，用于故障检测。
（1）时检测机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20％左右。例如设某执行机构（如电动机）在正常情况下运行50s后，它驱动的部件使限位开关动作，发出动作结束信号。若该执行机构的动作时间过60s（即对应定时器的设定时间），PLC还没有接收到动作结束信号，定时器延时接通的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的循环程序，启动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。
（2）逻辑错误检测在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。例如某机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时为ON状态，若它们同时为ON，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。
3．预知干扰
某些干扰是可以预知的，如PLC的输出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使PLC接收错误的信息。）在容易产生这些干扰的时间内，可用软件PLC的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。
六、采用冗余系统或热备用系统
某些控制系统（如化工、造纸、冶金、核电站等）要求有高的性，如果控制系统出现故障，由此引起停产或设备损坏将造成大的经济损失。因此，仅仅通过提高PLC控制系统的自身性是满足不了要求。在这种要求高性的大型系统中，常采用冗余系统或热备用系统来有效地解决上述问题。
1．冗余系统
所谓冗余系统是指系统中有多余的部分，没有它系统工作，但在系统出现故障时，这多余的部分能立即替代故障部分而使系统继续正常运行。冗余系统一般是在控制系统中重要的部分（如CPU模块）由两套相同的硬件组成，当某一套出现故障立即由另一套来控制。是否使用两套相同的I/O模块，取决于系统对性的要求程度。
两套CPU模块使用相同的程序并行工作，其中一套为主CPU模块，一块为备用CPU模块。在系统正常运行时，备用CPU模块的输出被禁止，由主CPU模块来控制系统的工作。同时，主CPU模块还不断通过冗余处理单元（RPU）同步地对备用CPU模块的I/O映像寄存器和其它寄存器进行刷新。当主CPU模块发出故障信息后，RPU在1～3个扫描周期内将控制功能切换到备用CPU。I/O系统的切换也是由RPU来完成。
a)冗余系统b)热备用系统
2．热备用系统
热备用系统的结构较冗余系统简单，虽然也有两个CPU模块在同时运行一个程序，但没有冗余处理单元RPU。系统两个CPU模块的切换，是由主CPU模块通过通信口与备用CPU模块进行通信来完成的。两套CPU通过通讯接口连在一起。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，并实现切换，其切换过程一般较慢。