西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0技术支持

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    平心而论，国产的自动化产品已经为“民族产业”这几个字争了不少光，浙大中控、和利时、上海新华等DCS的产品，已经在不少大的行业里站住了脚，让HONEYWELL这样的老牌DCS厂家几乎放弃了中小系统的争夺。虽然，像BP、SHELL这样的大公司的自动化总包（抑或连运行和维护在内）项目，可能只有HONEYWELL、横河这样的公司才有资格和实力做，但是，毕竟还是有许多项目，国内的公司用国内的产品也满可以胜任的，而且，对于这些项目，昔日那些DCS的，也很明智地退出了市场，通常，在得知有关的投标信息后，他们会先问一下，“这次招标，有邀请国产公司参加吗？”如果答案是肯定的话，会再问用户，“你们真的有可能会考虑国产的系统吗？”如果答案还是肯定的话，他们通常就不会再参与投标了。
    这样的局面，自然是因为王常力、储健、李培植们的努力，才会为国产DCS系统争来这样的有利局面，虽然在大项目我们还没有竞争力，虽然按照“二八”原则，我们还是用了80%的努力在争取那20%的费劲的市场份额，可能是肥肉都让别人吃了，自己在啃骨头，但毕竟这20%我们基本已经站稳了，那80%，只要我们一直在努力，就像我曾经说过的，“不怕贼偷，就怕贼惦记”，谁又敢说，中国的产品不会继续蚕食、吞噬、那80%的肥肉份额呢？
    这是DCS的情形，相比较之下，PLC的份额，就汗颜的多了。工控**问我，目前国产PLC的份额有1%吗？我不是很清楚，但我知道，答没有，应该是不会错的。
    至少，在任何一个PLC的项目的招标中，没有哪个国外的公司，不论是SIEMENS，不论是三菱还是日立、安川，不论是LG，还是台达，都不可能因为听说有国产的PLC参加而自动退出竞争的，不论这国产的是德天奥、凯迪恩还是信捷。
    再联想到变频器的市场，虽然中、高压的产品和牵引、提升等变频器市场还是进口的，但低压的通用变频器市场，用户不再西门子、施耐德、ABB，或者富士、安川、三恳等，国产的，如森兰、安邦信、惠丰、阿尔法、创杰等，已经成为用户的选择之一，甚至是产品。
    而人机界面产品，E-VIEW，信捷，威伦通，德天奥等，则早已在用户、特别是OEM用户那里确立了地位，SIEMENS，PROFACE，还有那些日本早已从大多数用户的选购单中剔除了。现在，用户对国产的人机界面产品，不是担心性能，而是担心供货能力和售后服务的问题了。
    但是，回到PLC，我们的心情依然回归沉重。前不久，凯迪恩被人机公司收购，虽然从行业并购来看是一件好事，但其中涉及到和利时，也不由得让人担心国人对自己的PLC产品的信心。浙大中自被正泰收购，本来以为借助正泰的庞大的低压电器的销售网络，可以为浙大中自的PLC产品（因为PLC与低压电器往往是共同使用的）开拓一个广泛的销路，结果，不仅没有什么效果，反而使正泰的股东对PLC这个产品没了信心，觉得不如砍掉这个部门，可能对公司的发展为有利一些。
    深圳市德天奥科技有限公司从2003年就开始进行PLC的研发和市场开拓，也一直在应用，也曾给国内从事自动化产品的公司打了一剂强心针，但不久，就归于平淡，不再吸引人的注意，甚至给人以淡出市场的感觉。实际的情形也确实有这个趋势，但从去年开始，德天奥科技开始进行了不少的扎实的市场工作，“悄悄地进村，放空的不要”，德天奥科技将市场的焦点转向以机械装备为主的OEM市场，了不少进展。
    但是，OEM的市场长期是被日本三菱和德国西门子的产品占有主导地位的。其实有些厂家需要的其实是一些低配置的PLC，可以用国内生产的，但他们就是要用日本三菱和德国西门子的产品，要让用户改变习惯、观念和配套思路，仅仅靠价格，是很难做通工作的。因为，对于OEM用户来说，自动化产品，只是机械装备的一个部分而已，他们关注的不是机械的自动化水平如何的高，而是整台机械的性能和水平。而一个好的机械设备里，自动化的水平不一定是和档的优点。因此，德天奥科技针对这一特点，研发生产的直接使用三菱软件的PLC产品，同时世界金融危机到来，节约产品成本，推出了很多直接使用三菱软件的板式PLC产品，给中国以机械装备为主的低端OEM市场带来部分春天。
    这就像在一个好的酒店里，客人是感觉不到有服务员的存在的。但当你需要的时候，他们会很快为你把问题解决了，然后，好象又消失得无影无踪。而不好的酒店里，服务员一会来敲门要打扫卫生，一会儿问要不要洗衣，而真的当你有需要的时候，比如需要加一些茶叶或咖啡，或者需要一个插座或网线的时候，又半天见不到人。在后面一种情况下，即便服务员是以的茶道水平为您倒茶，或者衣服洗得十分干净，你也会觉得不舒服。
    其实，在工厂里，自动化系统也是这样。一个自动化系统运行得很好的工厂，无论是操作人员还是管理人员，是不会感受到自动化系统的存在的。你看到的只是所需要的生产数据，如压力、温度、速度、流量，或者产量数据，这些数据你可能是在现场的操作台上看到的，可能是在管理者的办公室的电脑上看到的，你平时，不会觉得有一个自动化系统在工厂里忙碌地运行着。而一旦生产过程出现问题，如果自动化系统设计和工作良好的话，你可以得到你所需要的所有的数据，来分析问题的原因，而依然不会发觉其实这些数据都是自动化系统提供给你的。
    但是，在一个自动化系统设计或实施得不好的工厂里，你会经常感觉到自动化系统的存在。某个传感器坏了，信号上不来；某个软件运行不正常，导致机器出现了故障，某个阀门或开关在不该动作的时候动作了，导致事故的发生；等等。你想通过改进流程，来提高产量，却发现现有的自动化系统无法支持；生产线经常出现某种故障，导致的产品的成品率下降，想改进的时候，却发现自动化系统做不了任何事情。当负责人召集负责电气、仪表或者自动化的人来的时候，他们只会告诉你用的什么样的处理器，用的多快的网络通讯速度，用了什么样的的仪表，等等，但就是无法告诉你怎样解决这个问题。
        在许多大的制造企业里都成立了专门的自动化部，但这些自动化部的人们，则将绝大部分精力都放在了自动化系统的本身的改进，提高自动化系统内部的性能，由于自动化系统所涉及的技术含量较高，也给它蒙上了一层神秘的面纱。
    其实，自动化这个问题，从它的开始的产生，到现在的广泛应用，再到今后的发展，原因只有一个，就是要改善生产的产量和质量。自动化不是目的，只是手段，是提高产量、改进流程的手段。对许多从事自动化的人员来说，这个说法似乎有些抽象，但是，对工厂的人来说，却是十分具体的要求。
    目前，在中国的自动化产品制造商和集成商里，有几个公司能够真正做到从客户的角度来关心自动化的应用呢？其实，对于OEM用户来说，这些客户，并不想知道你用的控制器是多少速度和内存的，也不关心你用的人机界面是多少分辨率的，他们只关心与他们直接相关的事情，我为此归纳了四点：一、提高产量，就是用现有的设备如何生产出多的产品；二、提高质量，就是如何降低废品和次品率，或者提高产品的质量等级；
三、减少设备的故障，保证生产流程的正常，用资本市场的话来说，就是提高固定资产的利用率；四、减少能源和物料的消耗，也就是降。
    做到了以上四点，就工厂来说，其目的就是为了提。做不到上述四点中的任何一点，你的自动化产品即便如花一样美丽，用户也不会有任何兴趣。
    而上述四点要做到，是与自动化系统分不开的，可以说，没有自动化配合根本是办不到的。但是，仅有自动化系统也是不够的，还要和工艺配合。比如，要提高一台印刷机的产量，关键就是要提高转速，要提高转速，不仅电机速度要跟上，相应的控制系统，如PLC的程序也要跟着改动。而提速会带来一系列的问题，比如抖动增加，会导致印刷质量下降，这时，就要对变速箱、收卷机构等机械部分要进行改动，甚至连印刷版辊都要改变，而所有这些改变，都需要自动化系统的配合，而且需要自动化方面的技术人员整体的一揽子方案，否则，在调试的时候，会出现大量的问题，而导致改造的失败。
    但是，如果自动化的技术人员能够一个合理的方案，针对整台机器进行的改进的话，那么，即便所增加的成本远远大于自动化系统所增加的成本，对工厂来说，依然是很合算的。例如，一台软包装生产线，设备的造价通常在五百民币左右，通过将主轴改为无轴系统，再提速20%，大约会增加100万左右的成本，其中自动化部分可能只有30万左右，其余的是机械的改动和试机时需要耗费的原料。但这样的改造成功后，每年可以为工厂增加大约2000万元的产值，带来大约400万元的利润，这笔帐，工厂的老板当然一算就很清楚，如果他了解了这一点，就算你不建议他上自动化系统，他也立马会来找你或找其它的自动化集成商来完成此事。
    但常见的情形是，在上面的软包装生产线的案例中，一个自动化公司为工厂提供了一个大约40万元的改造方案，老板当然很高兴。开始实施后，出现了这样那样的问题，于是一个一个地去解决，不仅耽误了时间，而且效果也不好。由于自动化公司对机械没有掌握，事先没有预料到会出现什么样的情况，因此，解决起来自然也是无从下手。往往过了半年甚至一年，问题还是没有解决，不仅自动化系统的投入看来是扔到了水里，而且光是试机用的纸张，就达到了几十万甚至百万元（印刷机的情况还好一些，如果是机械，的材料损失就可能几十万元）。这时，工厂的老板产生不信任甚至是怨恨的心情，当然是很正常的了。
    这样的结果对用户和自动化方案提供商双方来说都是一种灾难，而且是屡见不鲜的。纵观中国的自动化市场，能够为用户提供解决方案的自动化公司，是不多见的。因此，作为自动化公司来说，要想真正能够稳稳地市场，就要跳出自动化的圈子，将注意力集中到用户的工艺那里，要考虑如何改进工艺，然后才能根据工艺的改进来设计自动化系统，并且要对用户的工艺、操作、机械、甚至原料和辅料的改进等方面，提供整体的解决方案。
    如果真正能做到这一点，那么自动化行业的系统集成商和制造商都会面临一个非常大的市场空间。这似乎是一个悖论，只有当我们将注意力从自动化方面移开的时候，才能真正地发展自动化产业。但是，仔细的想想我们的生活和工作中，这个悖论似乎不仅仅适用于自动化。
    因此，现在的自动化公司，尤其是中国的自动化公司，不能仍然将目光局限在自动化系统的内部，而是要向用户的工艺再深入了解一层，要把用户的机械参数、电气参数，尤其是用户机械设备的运行工艺，要使自己成为用户的和导师。只有当你了解了工艺，才能好地做出来合用的自动化方案，提供合理的自动化与控制产品。而一旦当你能够这样做了，你的市场就会如滔滔江水，源源不绝，订单不仅像雪片般飞到，效益也不用担心了。
    而工艺是隔行如隔山的，因此，要求我们的任何一家公司在近期，可能要集中一个到几个行业，深入下去，了解用户的工艺，在一个客户这里将相关的工艺了解通透后的，并实际运行的经验，就可以在**业内对该项目进行复制和推广，这样，公司可以做成一个的OEM服务公司，而且，公司的供货范围可能不会只局限在PLC方面，而是可能扩展到人机界面、变频器、低压电器、传动装置等多个产品，使公司在同一个客户那里可以挖掘出大的营业额和利润出来。
    我希望，也相信在不远的将来能够看到许多现在的自动化集成或代理公司会成为一些行业机械的改造的解决方案的代理和推广。而只有这样的风气起来后，国产PLC的厂家才有可能再上一个新的台阶，离抢占一部分可观的市场份额也就不远了。这里我说的份额是会让那些大的PLC供应商感觉心惊肉跳的份额，而不是可怜的残羹冷炙。那时候，再来和工控**们谈国产PLC的时候，我可能不会这么汗颜了。
但是，我也告诫工控**们，我们一定要有耐心。这耐心，还不像王常力所说的“要耐得住寂寞”那么简单，还要有一种不怕输、不灰心、不气馁的韧劲，要有软磨硬泡和死缠烂打的劲头；无论是从事PLC的研发、生产还是营销工作，都要带有一种令人生畏甚至令人恐怖的耐心与决心，只有这样，才能尽快让国产的PLC早日在市场上占有一席之地，达到我上面说的程度

台达VFD-E（图1）系列变频器在内部集成嵌入可编程控制器。VFD-E为机电一体化等 
复杂调速系统开创精简型整体解决方案时代。 
 
2 VFD-E变频器内置PLC简介 
•PLC逐行扫描标准运行方式。 
•丰富的编程语言：指令语句；梯形图；SFC。 
•丰富的指令语句：45个指令种类，包括28个基本指令，17个应用指令。 
•350步长程序容量。 
•uS级基本指令的处理速度。 
•结束再生的输入/输出控制方式（当执行END指令时输入输出有立即刷新指令）。 
•8点基本I/O配置：6个输入点（X）,2个输出点（Y）。 
•I/O模块扩展功能：通过I/O卡可以配置9个输入点，4个输出点。 
•通用辅助继电器M：160点。（M0-M159,特殊用继电器共32点M1000-M1031） 
•定时器：16只。T0～T15（100ms）。 
•计数器：8个16位（C0～C7）；1个32（C235）。 
•通用内部寄存器D：30点（D0～D29） 
•特殊寄存器D：45点。（D1000~D1044）。主要作为存放系统状态、错误信息、监控。 
•通过RS485编程。 
3 VFD-E变频器的PLC程序执行方式 
    PLC程序的上传和下载通过PLC2编程页面执行。按MODE键到“PLC0”页面，然后按上 键切换到“PLC2”，接着按下“ENTER”,成功会显示“END”,然后会跳回“PLC2”.在没有下载程序到变频器里面之前，如果出现警告可以不理会。注意在上传和下 载程序前变频器是在停止状态下。 
执行VFD-E变频器内部PLC程序有三种方式： 
种方式：在PLC1编程页面下，自动执行PLC程序； 
二种方式：在PLC2编程页面下，经过WPL由通讯监控PLC程序运行（执行/停止）； 
三种方式：端子运行方式。当为外部多功能输入端子（MI3-MI9）设定为“RUN/STOP PLC(99)”后，端子接点导通(close)时，在PLC页面会显示PLC1,执行PLC程序。端子接点断路（open）时PLC页面会显示PLC0,停止PLC程序。 

4 内置PLC的特殊功能装置配置说明 
    限于篇幅，本文中只是把常用的特殊继电器和寄存器等说明一下，详细的可以见到中达电通股份有限公司的网站上下载VFD-E系列的说明书。 
4.1特殊继电器说明 
M1000 运转监视常开接点（a接点）。RUN中常时On，a接点。RUN的状态下，此接点On 
M1001运转监视常闭接点（b接点）。RUN中常时Off，b接点。RUN的状态下，此接点Off 
M1005变频器故障指示 
M1006输出频率为零 
M1007变频器运转方向FWD(0)/REV(1) 
M1025变频器RUN(ON)/STOP(OFF) 
M1026变频器运转方向FWD(OFF)/REV(ON) 
M1028高速计数功能开启(ON)/关闭(OFF) 
4.2特殊寄存器功能说明 
D1025高速计数器现在值(低位) 
D1025高速计数器现在值(高位) 
4.3变频器特殊指令 
1 DHSCS高速计数功能说明： 
      DHSCS    S1  S2  S3（S1:比较值 ； S2:高速计数器编号；S3:比较结果。） 
    高速脉冲计数功能需要借助PG卡来实现外部脉冲输入。 
    由设置DHSCS指令所需要的目标值，并且把M1028(特殊功能继电器，功能是变频器高速计数功能开启ON/OFF)打开，将自动进行计数。如果要计数器的数值，需要将M1029(特殊功能继电器，功能是高速计数值)设置为ON。 
    高速计数器有3种运动控制模式，可以通过特殊寄存器D1044来设定。 
    种模式是“A-B   相脉冲”的模式。使用可以通过输入A相和B相的脉冲来做计数器的输入， 需要和GND连接。 
    二种模式是“脉冲＋符号”的模式。使用者可以利用脉冲的输入以及通过符号来做上数或着下数。定义A相来做脉冲，B相来做符号， 需要和GND短接。 
    三种模式是“脉冲＋标志位”模式。在计数方式中，可以通过标志位M1030来判断上数或下数，所以使用者知需要连接A相就可以了， 需要和GND短接。 
2    FPID变频器PID控制。 
   FPID  S1    S2   S3  S4 
   其中： S1:PID参考目标的输入端子选择（0～4）； 
S2:PID比例增益P(0~100)； 
S3:PID积分时间I（0～10000）； 
S4:PID微分时间D（0～10000）。 
3  FREQ变频器运转控制。 
FREQ   S1  S2  S3 
其中：S1:设定频率；S2:加速时间；S3:减速时间。 
例如：FREQ   K5000  K200  K100 
则：设定目标频率为50HZ,加速时间是20S,减速时间是10S 
4  RPR变频器参数读取。 
RPR    S1  S2 
其中：S1:参数字地址；S2：把读取的参数保存到S2中。 
5  WPR变频器参数写入。 
WPR    S1  S2 
其中：S2为参数的地址, 把参数数值S1写到参数S2中。 
5 VFD-E变频器内置PLC程序运行举例 
5.1变频器转速程控源程序案例  

本文主要阐释基于台达自动化产品在粗纱机上的功能开发，以达成减轻挡车工劳动强度、并使粗纱机操作工序减化、品质提升的“一三雕”。
一、 引言
    近十多年来，我国纺织机械行业的自动化水平有了明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了自动化技术。这项技术的内容包含了的信息处理和控制技术，即以计算机为，有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统。的驱动技术，有变频调速、交流伺服、步进电机等，检测传感技术和执行机构等。棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机，应用了自动化技术后机构简化，性能改善，质量提高，操作方便，提升了设备的档次和水平。采用触摸屏人机界面，操作简单方便。变频调速降低了设备的噪音和功率，减少了机械损耗，并且随着业内人士对纺织工艺的深入了解，粗纱机的功能加的完善，使国产粗纱机比进口粗纱机加适合在国内应用。

二、 台达自动化产品的介绍
    随着自动化产品的发展，台达已由单一的变频器生产研发厂家发展到现在能为客户提供PLC、温控器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等多元化产品，在冶金、纺织、医药等几十个行业都有广泛的应用。尤其在纺织行业占据了很大的市场份额。河北太行纺机公司是生产纺织机械的企业，有多种机型采用了台达成套解决方案——精梳机FA298A、并条机FA361A、粗纱机FA421A/THFA4421、细纱机FA561A等关键纺织设备，既为生产品质提供了技术保，也提升了企业的产品与综合竞争力。

三、 系统开发的简介

3.1 硬件构成
（1）控制的部件是PLC，在整个控制系统起着举足轻重的作用，选型的时候要考虑其存储容量和处理速度。根据控制要求需要的输入24点、输出24点，并且需要两个通讯端口，其一RS485通讯端口来控制时时给定频率，来达到电机的时时速度控制，还要根据纺纱工艺要求写入变频器的参数；其二连接上位机触摸屏（HMI），来实现人机对话。依据上述要求选型为主模块DVP32E（数量1个）、扩展模块DVP08（数量2个）。

（2）整合计算整机的实际功率为8-9kw（每台设备安装时的机械间隙不一样，导致设备的实际功率也有所不同），选用10kw的电机，驱动变频器选型为VFD150B43A，遵循适当放大的原则。这样可以有效的一致新设备在初运行时由于机械没有磨合好产生的误报警。

（3）人机界面的选择很重要，它是人机交流的主要途径，每天设备和人接触多的就是人机界面，它不仅要求外型美观，而且还要，在纺纱厂环境这样比较恶劣的条件下24小时能够无故障长时间运行。台达DOP57STD界面为蓝白双色，色调柔和，，是个很不错的选择。

（4）控制框图 
 
图1 控制结构图
3.2 功能介绍
    在80年代我国悬锭粗纱机已经广泛的应用了变频调速技术，但当时由于PLC在纺织领域没有很广泛的应有，所以在粗纱机功能上也没有深入的开发。随着工控产品本身功能的增强和对纺织工艺深入的了解，粗纱机的功能有了新的开发。

（1）通讯参数写入
    虽然现代变频器被广泛的推广，但由于有些纺纱厂的技术力量薄弱，对变频器的参数设定有一定的难度，纺织工艺的变动，往往需要设备生产厂家的技术工程师来改，这样既耽误生产，又增加了售后服务成本。基于这点考虑开发的变频器参数通讯写入，只需在人机界面修改参数，点击写入即可。既方便有降低了操作难得。

（2） 定位停车
    在粗纱机生头、断纱接头时，都需要把锭翼停到一个固定的角度，这样挡车工才易于操作，在早期的粗纱机是没有定位停车功能，需要挡车工手动扳动锭翼，这种错误操作往往对纱线的质量产生破坏，容易产生细节。定位停车功能就能解决这个问题，当粗纱断纱报警停车停车时，锭翼停在一个易于接头的角度，不用再手动扳动锭翼，降低了劳动轻度，提高了纺纱质量。

（3）无调速
    由于锭翼通道对速度的变化产生的摩擦力是不一样，速度的大幅跳跃会对纱线的张力很大的影响，本功能是根据纺织工艺的要求，在小纱低速时逐渐的调高输出频率，中纱恒速，大纱逐渐的降低速度，每次根据换向次数跳动很小的频率，是变化频率不造成对纱线张力的负面影响。

四、 软件开发
（1）人机程序的开发
    人机界面开发要遵循简单明了，易于操作的原则，实现数据的监控，主要包括监视画面、CCD张力控制画面、运行控制画面、参数设置画面、班产数据画面、输入输出点监视画面、帮助换面。主要画面参见图2、图3、图4。

1.1监视画面（见图2）
    根据纺纱工艺要求，有些数据要随时能查看，例如一落纱长、纺纱定长、纺纱速度、罗拉转速、锭翼转速等，把这些数据放在同一画面方便查看。 
 
图2 监视画面
1.2运行控制画面（见图3）
    粗纱机所有的控制操作都能在此画面上实现，包含起动、点动、停止和落纱三自动的实现。 
 
图3 运行控制画面
1.3变频器参数写入画面（见图4）
设置好的变频器参数 “变形器参数设置”后此按钮就会显示 “参数设置中....”，等待大约10秒后，参数设置完毕，按钮状态恢复。 
 
图4 变频器参数写入画面
（2）PLC程序的开发
    按照工艺要求和功能的构思，规划好每个输入输出点的含义后就是程序的编制，考虑到程序的容量和开发程序的简洁易读性，该程序大量应用了子程序，程序分块结构，方便程序的修改和查找。P0：变频器参数写入,在执行变频器参数写入时调用该子程序；P1：即时给定频率，变频器输出频率根据粗纱换向次数来给定，按照升速曲线来变换速度： 
   
P2：落纱三自动。程序收到满纱信号后，调用落纱三自动子程序。给松皮带信号 → 松紧皮带电机正向起动 → 松皮带到位接近开关亮 → 松皮带电机停止运转 → 步进电机反转起动复位皮带 → 皮带复位行程开关打开 → 步进电机停止运转 → 下龙筋升降电机正向起动 → 下龙筋将到位 → 下龙筋升降电机停止。
P4：密码验证程序。需要密码进入工艺参数设置画面，设置参数时条用密码验证子程序，密码验证通过才能进入。

五、 结束语
    随着工控产品的、成熟以及技术日益的提高，纺织机械自动化程度也越来越高，但设计的出发点还要以用户简单、好用为根本，厂商应在不增加系统硬件的基础上尽量开发即结合工艺又实用的功能，使我国的纺织机械向高水平发展