西门子模块6ES7222-1HF22-0XA8产品描述

西门子模块6ES7222-1HF22-0XA8产品描述

当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用，如何正确地把PLC和变频器连接在一起就成了系统成功的关键。
1.PLC开关指令信号输入
变频器输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性元器件（如晶体管）与PLC）相连，到运行状态指令。
使用继电器接点时，常常接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身电压、电流容量等因素，保证系统性。
设计变频器输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时也会造成变频器误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生浪涌电流带来噪音有可能引起变频器误动作，应尽量避免。
当输入开关信号进入变频器时，会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间串扰。正确连接是利用PLC电源，将外部晶体管集电二管接到PLC。
2.变频器数值信号输入
变频器中也存一些数值型（如频率、电压等）指令信号输入，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则接线端子由外部给定，通常0～10V/5V电压信号或0/4～20ｍＡ电流信号输入。接口电路因输入信号而异，变频器输入阻抗选择PLC输出模块。
当变频器和PLC电压信号范围不同时，如变频器输入信号为0～10V，而PLC输出电压信号范围为0～5V时；或PLC一侧输出信号电压范围为0～10V而变频器输入电压信号范围为0～5V时，变频器和晶体管允许电压、电流等因素限制，需用串联方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不过PLC和变频器相应容量。此外，连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧噪音不传到控制电路。
通常变频器也接线端子向外部输出相应监测模拟信号。电信号范围通常为0～10V/5V及0/4～20ｍＡ电流信号。哪种情况，都应注意：PLC一侧输入阻抗大小要保证电路中电压和电流不过电路允许值，以保证系统性和减少误差。）另外，这些监测系统组成互不相同，有不清楚方应向厂家咨询。
另外，使用PLC进行顺序控制时，CPU进行数据处理需要时间，存一定时间延迟，故较控制时应予以考虑。变频器运行中会产生较强电磁干扰，为保证PLC不变频器主电路断路器及开关器件等产生噪音而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点：
（1）对PLC本身应按规定接线标准和接条件进行接，应注意避免和变频器使用共同接线，且接时使二者尽可能分开。
（2）当电源条件不太好时，应PLC电源模块及输入/输出模块电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用变压器等，另外，若有必要，变频器一侧也应采取相应措施。
（3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关电线和与PLC有关电线分开。
（4）使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰水平。
3.结束语
PLC和变频器连接应用时，二者涉及到用弱电控制强电，，应该注意连接时出现干扰，避免干扰造成

变频器误动作，连接不当导致PLC或变频器损坏。

对于初学者来说掌握了 PLC 基本原理，熟悉常用的编程方法，在进行简单系统编程时尚可以运用自如，但对较为复杂的控制系统设计往往力不从心，要想在 PLC 应用方面得心应手，学习者除了要建立正确的学习方法，深入学习 PLC 编程技巧，重要的是相关知识的学习。下面从六个方面谈谈我的教学心得。

一、 多收集程序范例、增加编程经验

在 PLC 的编程方法中，经验法一直受到许多从业者的青睐，并且在经验设计法中资料收集显得尤为重要。收集典型程序样例，程序有较完整的组成部分：控制任务、I / O 分配、硬件接线图、完整的程序及注释。其次要读懂程序，从而分解出程序中用于完成不同任务的组成部分，对于各组成部分中立完成某一特定功能的子程序或者中断程序应及时收藏到程序库。以便在以后的编程过程中碰到实现类似控制任务时，节约程序设计时间、提高程序调试成功率。再次还需要记录程序闪光点，诸如编程者巧妙的思路、程序结构、应用指令的使用。尤其是应用指令的使用，能够大大的缩短程序长度，减少内存容量，降低系统成本。后对程序做功能扩展性的设计、调试，并对全过程加以详细记录、再加以总结。通过以上过程就能够有效消化这些程序范例，使其融入到自己以后的编程过程中。经过一段时间的资料收集、理解、消化后，逐步确立适合自己的编程方法。

二、 熟练使用软件包

设计者应熟读编程手册、熟练程序的编辑技巧,使得自己的设计方案得以展现。设计好的程序能否满足控制任务，就进行调试,传统的调试方式离不开编程控制器 CPU,必要时还需要另外准备输入输出模块、特殊功能模块和外部机器等。软件 可提供一个虚拟的实验平台。能够实现不在线时的调试。不在线调试功能内包括软元件的监视测试、外部机器的I/O的模拟操作等。对于个人学习来说，没有实验条件，软件能够在个人计算机上进行顺控程序的开发和调试。使用者通过程序不断的调试，慢慢领会程序设计心得，从而增加编程经验 。

三、 特殊功能模块

在学习过程中,大部分学生将学习的放在了软件编程上, 而现代工业控制给PLC 提出了许多新的课题,如果用通用 I/O 模块来解决，在硬件方面费用太高，在软件方面编程相当麻烦，某些控制任务甚至无法用通用 I/O 模块来完成。因此,学习 PLC 的特殊功能模块显得尤为重要。这些特殊功能模块有模拟量输入输出模块、高速计数模块和运动控制模块等。这些特殊功能模块 PLC 厂家都给出了详细的使用手册，用户可以通过仔细研读使用手册来完成特殊功能的实现，使得软件编程简化，降低了经济成本。

四、 人机界面

连接可编程序控制器,利用显示屏显示，通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令,实现人与机器信息交互的数字设备称为人机界面,俗称触摸屏。触摸屏以其易于使用、坚固、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。触摸屏由硬件和软件两部分组成。利用软件可以完成用户界面的设计，结合PLC的程序设计大的简化了计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人,对不懂 PLC 程序编程的操作人员，也能够按控制要求设置控制系统参数、生产配方存储、设备生产数据记录等操作。触摸屏的学习可以按如下的步骤进行。针对某一系列触摸屏仔细阅读其画面设计手册进行用户画面设计;接着设计触摸屏画面操作实现对应的 PLC 程序;后打开触摸屏、P L C 编程软件进行调试。

五、 掌握三种流派主品

目前,世界上有 200 多个厂家生产 PLC。大体可以按地域分成主要的三个流派：一个流派是日本产品,以三菱 FX 系列小型 PLC 为代表; 一个流派是美国产品, 以 A B 公司的PLC 系列中型 PLC 为代表;还有一个流派是欧洲产品,德国西门子的 S7 系列大型 PLC 为代表。不同型号的 PLC 产品具有不同的特色,不仅表现在特殊复杂的功能等方面，就是在编程语言、程序的组织等方面也存在着较大的差异。掌握所有的 P L C 产品显然不现实，也没有必要。在熟练掌握一种 P L C 产品的基础上，有意识地在其他主要流派中选择有代表性的产品，采用对比的学习方法进行相对深入的研究。这样在以后的工作、学习和开发研究中遇到其它的机型时，就能够做到触类旁通了。

对于初学者来说掌握了 PLC 基本原理，熟悉常用的编程方法，在进行简单系统编程时尚可以运用自如，但对较为复杂的控制系统设计往往力不从心，要想在 PLC 应用方面得心应手，学习者除了要建立正确的学习方法，深入学习 PLC 编程技巧，重要的是相关知识的学习。下面从六个方面谈谈我的教学心得。

一、 多收集程序范例、增加编程经验

在 PLC 的编程方法中，经验法一直受到许多从业者的青睐，并且在经验设计法中资料收集显得尤为重要。收集典型程序样例，程序有较完整的组成部分：控制任务、I / O 分配、硬件接线图、完整的程序及注释。其次要读懂程序，从而分解出程序中用于完成不同任务的组成部分，对于各组成部分中立完成某一特定功能的子程序或者中断程序应及时收藏到程序库。以便在以后的编程过程中碰到实现类似控制任务时，节约程序设计时间、提高程序调试成功率。再次还需要记录程序闪光点，诸如编程者巧妙的思路、程序结构、应用指令的使用。尤其是应用指令的使用，能够大大的缩短程序长度，减少内存容量，降低系统成本。后对程序做功能扩展性的设计、调试，并对全过程加以详细记录、再加以总结。通过以上过程就能够有效消化这些程序范例，使其融入到自己以后的编程过程中。经过一段时间的资料收集、理解、消化后，逐步确立适合自己的编程方法。

二、 熟练使用软件包

设计者应熟读编程手册、熟练程序的编辑技巧,使得自己的设计方案得以展现。设计好的程序能否满足控制任务，就进行调试,传统的调试方式离不开编程控制器 CPU,必要时还需要另外准备输入输出模块、特殊功能模块和外部机器等。软件 可提供一个虚拟的实验平台。能够实现不在线时的调试。不在线调试功能内包括软元件的监视测试、外部机器的I/O的模拟操作等。对于个人学习来说，没有实验条件，软件能够在个人计算机上进行顺控程序的开发和调试。使用者通过程序不断的调试，慢慢领会程序设计心得，从而增加编程经验 。

三、 特殊功能模块

在学习过程中,大部分学生将学习的放在了软件编程上, 而现代工业控制给PLC 提出了许多新的课题,如果用通用 I/O 模块来解决，在硬件方面费用太高，在软件方面编程相当麻烦，某些控制任务甚至无法用通用 I/O 模块来完成。因此,学习 PLC 的特殊功能模块显得尤为重要。这些特殊功能模块有模拟量输入输出模块、高速计数模块和运动控制模块等。这些特殊功能模块 PLC 厂家都给出了详细的使用手册，用户可以通过仔细研读使用手册来完成特殊功能的实现，使得软件编程简化，降低了经济成本。

四、 人机界面

连接可编程序控制器,利用显示屏显示，通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令,实现人与机器信息交互的数字设备称为人机界面,俗称触摸屏。触摸屏以其易于使用、坚固、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。触摸屏由硬件和软件两部分组成。利用软件可以完成用户界面的设计，结合PLC的程序设计大的简化了计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人,对不懂 PLC 程序编程的操作人员，也能够按控制要求设置控制系统参数、生产配方存储、设备生产数据记录等操作。触摸屏的学习可以按如下的步骤进行。针对某一系列触摸屏仔细阅读其画面设计手册进行用户画面设计;接着设计触摸屏画面操作实现对应的 PLC 程序;后打开触摸屏、P L C 编程软件进行调试。

五、 掌握三种流派主品

目前,世界上有 200 多个厂家生产 PLC。大体可以按地域分成主要的三个流派：一个流派是日本产品,以三菱 FX 系列小型 PLC 为代表; 一个流派是美国产品, 以 A B 公司的PLC 系列中型 PLC 为代表;还有一个流派是欧洲产品,德国西门子的 S7 系列大型 PLC 为代表。不同型号的 PLC 产品具有不同的特色,不仅表现在特殊复杂的功能等方面，就是在编程语言、程序的组织等方面也存在着较大的差异。掌握所有的 P L C 产品显然不现实，也没有必要。在熟练掌握一种 P L C 产品的基础上，有意识地在其他主要流派中选择有代表性的产品，采用对比的学习方法进行相对深入的研究。这样在以后的工作、学习和开发研究中遇到其它的机型时，就能够做到触类旁通了。

图解法编程
图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。
(1) 梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC程序。这是一种模继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成 PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是方便的一种编程方法。
(2) 逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示 PLC程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的 PLC 控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制PLC应用程序。
(3) 时序流程图法：时序流程图法使画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，后把程序框图写成 PLC程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。
(4) 步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少 PLC 生产厂家在自己的PLC中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。

一、立体仓库概述

立体仓库是指采用高层货架储存货物，用起重、装卸、运输机械设备进行货物出库和入库作业的仓库。这类仓库主要通过高层货架充分利用空间进行存取货物，所以称为“立体仓库”，也有的称为“高架仓库”。目前，这类仓库大高度达到40 多米，大库存数可大至数万甚至10 多万个货物单位，可以做到无人操作、按计划入库和出库的全自动化控制，并且可以实现仓库的计算机网络化管理。

立体仓库一般由高层货架、仓储机械设备、建筑物及控制和管理设施等部分组成。按照货架的形式，自动化立体仓库可分为三类：单元货架仓库、贯通式货架仓库和循环货架仓库。自动化立体仓库的部件是堆跺机，它担负着出库、进库、盘库等任务，是自动化立体仓库的发展的主要标志。

二、系统概述

THFLT- 1 型立体仓库模型主体由底盘、四层十二仓位库体、三维(X、Y、Z)运动机械及电气控制等四部分组成。

整个系统采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构，电气控制由三菱的可编程控制器、步进电机驱动器、电源、传感器等器件组成。拖动机构为二相八拍混合式步进电机和直流电机。系统的主要执行部分是堆垛机，它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，底层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回。为了准确地找到货物，叉车运行轨道外侧排列有三只列定位片以及叉车立柱一侧安装有四只层定位片。为了检测该仓位是否有货,每个仓位底部均装有一个微动开关。另外，X 轴左端和Y 轴下端也各装一个微动开关，用来保护堆垛机复位时不受损坏。

该控制系统是以可编程控制器为，控制步进电机驱动一个有三个自由度的仓库模型来模拟现实中立体仓库的存取过程。运行时，PLC会接收和分析操作人员在命令键盘上的输入指令，做出合理的工作安排，即读取执行元件的信息，通过软件做出合理的工控安排，反馈到执行元件和操作系统，实现车位的位置移动。系统总体框图如图1 所示。

通过软件编程，系统主要可以实现以下几个功能：

(1)PLC 根据键盘的命令实现十二个空位的自动存取。点击键盘上相应的空位号，系统会自动寻找此空位来实现物品的存放，结束后自动返回原点，等待下一个命令，也可以将任意位置的货物送到另一位置。取时只需输入仓位号，就可以从相应位置取回货物放至零号位。

(2)有手动和自动档选择，可以实现手动和自动两种控制方式。

(3) 可以实现用组态软件对硬件系统的同步监视功能。

三、软件实现

该系统的整体流程图如图2 所示。实现中，采用三菱公司的GX Developer 7.0 作为编程软件, 并用力控Forcecontrol6.1 工业监控组态软件进行监视。主控制器选用三菱公司的FX1N—40MT 型PLC，其I/O口具体分配情况如表1 所示。

论文在PLC软件编程中的关键程序设计有以下几点：

(1)键盘命令程序设计

由于只有X4~X7 这4 个输入点作为整个系统的命令输入点，因此论文采用十六进制输入方式，而程序内也写好十六进制中1~15 所对应的后续动作。当PLC接收到仓位信号时，将其存到数据寄予存器D11 中，再将D11 的值跟程序中的写好的值进行比较，符合后才做出相应动作。

(2)定位程序设计

系统中两台步进电机都装有步进驱动器，为4 倍细分，即每800 个脉冲使得丝杠转动一圈。因此步进电机定位程序应这样设计：属于同一行的仓位在同一种命令下应具有同样的竖直距离，如4~6 号仓位，当它们处于“取”命令下时，堆垛机的定位高度应该相同。同样，属于同一列的仓位在同一种命令下应具有同样的水平距离。这样一来，当确认系统确认出需要对某个仓位做出某个动作时，则堆垛机对该仓位的定位距离。

(3)货叉动作程序设计

货叉程序应在次步进电机动作后进行，因此在定位之后应启动某个辅助继电器，用于启动货叉程序。程序中限位开关X0 和X1 是触发时低电平有效，Y6 和Y7 不能同时有效。程序具体动作顺序应为：当相应辅助继电器启动、Y7 低电平、X0 低电平(有效) 时，Y6 可伸出;当X1 变低电平(有效)时，Y6 停止动作。此时Y7 不动作，X1 低电平(有效)，则Y 轴步进电机开始动作。动作完成之后，各相应条件满足且Y6 不动作，则Y7 高电平，货叉回退。X0 再次触发，产生下降沿时Y7停止动作。由于货叉程序实现的动作只有伸出- Y 轴步进电机动作———回退，因此关于Y轴步进电机的运动方向和运动距离应在该程序执行前设定好。另外，X14～X30 分别接0～12 号仓限位。

四、总结与展望

该系统通过终调试表明：无论选择手动控制模式还是自动控制模式，都能够较为准确地完成对货物的存取功能，而且运行比较灵敏、。另外，如果整个控制系统在运行时遇到意外情况，可切换到手动模式，则系统会立即响应，避免意外的发生。

实际生产应用中，论文完成的只是自动化仓库所具有的基本功能。随着人们生产能力的逐步提高，自动化仓库的发展方向也会越来越广。比如，将计算机、互联网和立体仓库的控制系统相结合，实现远程控制;或者进一步提高立体仓库的自动化能力，实现高速、地进行存取货物，以适应高速发展的物流系统的要求;或者让立体仓库智能化，一些技