6ES7221-1EF22-0XA0厂家供应

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一． 概述

      在自动化控制领域中，相同功能有不同实现方式，针对不同的设备对精度和响应速度的要求，选用合适的定位控制系统以实现优的性价比。本文介绍的一种应用西门子S7-300 PLC的高速计数模块ET200S和70系列变频器通过PROFIBUS总线通讯的功能来实现的定位控制的实际应用。

二． 控制思路

      横移车是钢管生产线中不可缺少的辅机设备，它主要完成将工序生产的钢管搬运到下一工序，或有序地暂放在台架的每个工位上。随着对生产线自动化程度要求的日益提高，减轻操作人员的工作量和操作失误。要求对横移车实现全自动准确定位控制。

      其控制就是利用装在横移车车轮上的编码器采集的位置信号，通过PLC的高速计数模块读取，CPU经过运算处理与设定位置作比较，控制变频器的多段速度，从而实现横移车的准确 定位控制。因为考虑到控制成本和操作方便，采用PROFIBUS总线控制方式，减少了布线，控制方便，灵活。

三．系统的构成和特点

      1．PLC作为控制的，主要用来接收编码器的反馈信号，与设定的位置信号作比较，通过通讯功能来控制变频器的输出频率减小，提前减速，到位前低速运转，到位时准确停止。为了实现定位还设有零位置传感器，到零位时将计数器的计数值清零，累积误差，保证定位的准确，使横移车能平稳地放下和举起钢管。

      由于放置主站CPU和变频器的控制柜与横移车比较远，在横移车上放置了远程I/O模块和高速计数器模块ET200S，通过PROFIBUS总线相连，将现场的传感器，编码器信号直接连接在远程I/O和计数模块上，减少了现场的走线和故障的发生，维护方便。通讯速率可过1.5M，整个系统的系统框图如1。

      由于使用通讯功能，可以省去用于控制变频器的几个输出点，PLC的输出点也减少了。

      2．高速计数器模块ET200S的应用

      控制系统中所选的编码器分辨率为2048P/R，轮径φ250，齿轮比3，可计算出脉冲精度：250×3.14/2048×3=0.127mm/脉。能满足横移车的准确定位精度。

       定位过程如下：

      设定好横移车运行的一个方向为正方向（加脉冲），当横移车向设定的位置运行时（工作运行速度），高速计数器自动进行加/减速计数，在距离设定位置300—400mm时，控制变频器的输出频率，以低速运行，在到达设定的位置时，停止变频器的输出，同时实施机械抱闸，完成了准确定位。

      读取高数计数模块的程序段如下：

       L   PID 272    //模块开始地址，将计数器模块状态值存放到MD20~MD27

       T   MD  20    //当前计数值

       L   PID   276

       T    MD   24

       L    123       //装载比较值

       T     MD  30

       SET

       =   M 34.0           //打开软件门

       A   M 10.0   //使能传送比较值功能

       =   M35.2

       L    MD  30

       T    PQD  272

       L    MD  34

       T    PQD  276

       3．PLC和变频器通讯

       在CPU进行硬件配置时，对挂在总线PROFIBUS 站点都分配了物理地址，PLC与变频器进行通讯也有相应的物理地址，CPU内部有通讯功能块SFC14，SFC15，使用内部的寄存器DB块存放数据，当PLC对变频器进行数据的写入和读出时，就需知道PLC和变频器定义的相关功能的地址，然后依据这些地址进行数据的写入和读出，才能实现对变频器的控制。

      此控制系统变频器需设定的参数介绍如下：

P60=1，P53=6，P554=3100，P571=3101

P572=3102，P443=3002，P566=3107

P734.1=32,，P734.2=148

      其它的参数可以按出厂默认值即可

      一．结束语

      通过这次的电气改进，现场布线减少，自动化程度提高了，人为参与减少了，加强了生产。生产效率有了很大的提高，通讯控制替代了硬接线的端子控制，不仅降低了成本，面且操作方便，性价比优异。也证明了西门子PLC和变频器的通讯功能非常强大和好用。

：本文针对中联重科旋挖钻机设计开发中采用的西门子S7-200系列PLC，介绍了S7-200系列PLC的主要特点及在旋挖钻机上应用的主要功能。

一、简介

      ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家基础设施建设工程所需重大装备的研发制造。

      中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的成孔设备，采用卡特彼勒可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10 倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、**建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。

      ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200系列PLC的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。

二、控制系统方案设计

      旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行的掌握与控制。

      通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统的实现对旋挖钻机的控制、日本PROFACE GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。下图为控制系统结构框图：

      触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。下图为主作业画面图：

三、控制系统主要功能

      西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能、可灵活组合等特点，在的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。

1、双向高速计数信号

      S7-214CPU模块具有多路高速计数输入端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度、钻头钻孔深度检测。

      旋挖钻机上车部分为液压驱动的立旋转机构。在设计中采用旋转编码器其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。

      同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。

      钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。

2、左右控制手柄多路按钮信号的检测

      旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。

3、外部传感信号的检测

      西门子S7-200系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。

      旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备。

4、实现对液压执行机构的控制

      西门子S7-200系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。

5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。

      利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。

      中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核，目前该产品已批量生产并销至全国各地，得到了用户的认可和信赖，成为我国自主的新一代重要桩基设备。

四、几点体会

      西门子S7-200系列PLC在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。

      直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境；丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测；CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输

1 前言

当前我国经济的快速发展和现代化水平的不断提高，木工的发展突飞猛进。尤其是近年来作为国民经济支柱行业的房地产，使得人们对于家具的要求越来越高，这就刺激了各种木工行业的快速发展。近十年来，木工加工制造业经历了许多加工控制和自动控制的技术改革。许多应用设备从原始的机械控制开始，逐渐发展到结合机械结构的继电器逻辑控制，但是传统的继电器控制存在控制效率低，抗干扰性差，设备故障等问题，随着当前自动化控制技术的发展，已经逐渐为PLC和变频器的控制所代替。随着木工行业的发展，相应的对于木工机械设备的要求越来越高，相应的控制难度也越来越高，控制系统自动化程度要求也愈来愈高，根据设备不同会应用到不同种类的工业自动化产品，客户需要根据控制对象的不同选择相应的设备来进行控制系统的构建。

2 工艺分析

木工砂光机通常指利用砂带、砂布(纸)砂光工件表面的木工机床。带式木工砂光机把无端的环形砂带张紧在 2个或3个带轮上,驱动砂带作连续运动，一个张紧轮还作少量翘动使砂带产生横向窜动。用于平面加工的砂光机有固定的或移动的工作台。本文系统中的砂光机用于板材的抛光，根据设备的工位可分有八道工序，即：粗铣－精铣－摆动砂光－摆动砂光－二次粗铣－二次精铣－固定砂光－固定砂光。设备要求不管长短板都能自动砂光，而且可以任意调整砂光板的长短。

3 控制系统

3.1 系统组成

系统硬件配置所示：

PLC       EASYKING FX2N-40MR     2  台  （两台通过MODBUS-RTU联网）

HMI        MT506                     1台   

控制系统框图如图所示：

控制系统框图

3.2 设备分析

（1）可编程控制器

系统中采用易控王EASY-KING PLC，保证了系统具备较高的动态响应能力,又满足了木工行业对成本控制的要求。通过RS485 MODBUS-RTU和变频器进行通讯,通过网络给定控制频率和读取各个工序的输出频率，电流及相应的报警信息。

（2）变频器

系统选用支持MODBUS通用变频器。八道工序每道工序配置一台1.5Kw的变频器，再加上一台2.2Kw的输送带变频器，共配备了九台变频器。

（3）触摸屏操作面板

本系统人机对话友好，配置了一台MT506触摸屏用于显示运行状况和修改工序的电气参数，方便了工艺操作和系统维护，提高了设备的档次。

4 上位机画面及功能

（1）功能菜单画面如图2所示。

功能菜单包含了参数，状态监控，手动操作，故障检查功能。

（2） 参数设置画面。

各个工位的变频器频率通过人机输入，经PLC通过RS485传送道变频器中；通过各个工位时间的设置，可以调整木板砂光的位置。

（3）手动画面，可以通过手动操作控制各个工位，便于维护，如图所示。

（4）状态监控画面，可以监控设备的运行状态，通过RS485及时读取变频器的输出频率及工作电流

5 结语

本次合作的设备厂家是广东佛山地区生产该类设备的，在本行业具有很强的影响力。系统运行实践证明：易控王产品组成的强大的整合能力及高性价比的变频器运行稳定，，效，能满足行业各种运行环境的要求，必将在木工行业得到广泛的推广和应用。

   作为国内主流的印刷机生产厂家为了使产品性能稳定，易于维护，采用了以PLC为主控器的控制方案。由于双色印刷机要求易于操作，精度高，故其输入，输出点较多，因此采用了双机通讯。上位机采用易控王FX2N-40MR-4D/A（2台），主要负责主传动的控制，各机组离合压的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用易控王FX2N-40MR-4D/A（2台）,主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。同时选用了一台MT506 5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次，受到用户。

系统结构

      上位机与下位机采用了RS485通讯，选择主流MODBUS-RTU通讯方便，。对多色机而言，因素很重要。在设计中，每个机组既要考虑到控制，其中包括本位机组的急停，按钮；还要考虑方便操作，包括每个机组均应有正点，反点按钮。因此，一方面输入点增加很多；另一方面，走线也很不方便。采用总线式通讯，可以很好地解决此问题，各机组的走线可以按照就近原则。 由于印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。因此，为了实现多路速度调节，采用MODBUS-RTU通讯协议可以将变频器进行网络化控制，很好地实现了多路速度调节要求。

      在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。一般来说，印版轴向调节范围为-2mm~+2mm ,周向调节范围为-1mm~+1mm。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。

      系统配置MT506,使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加。易控王板式PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。

人机界面设计

      在人机界面中，设计了多幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，同时也可方便监控。

结束语

      印刷机的一套电气设计属于系统设计，包括硬件，软件设计，涵盖范围较广。这里，我只简单介绍了其中比较重要的几部分，其它细节还有很多，这里不再一一列举。MT506触摸屏与易控王PLC有很好的通用性