6ES7216-2BD23-0XB8技据

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一、 S7-200PLC内部RS485接口电路图：电路图见附件
图中R1、R2是阻值为10欧的普通电阻，其作用是防止RS485信号D+和D-短路时产生过电流烧坏芯片，Z1、Z2是钳制电压为6V，大电流为10A的齐纳二管，24V电源和5V电源共地未经隔离，当D+或D-线上有共模干扰电压灌入时，由桥式整流电路和Z1、Z2可将共模电压钳制在±6.7V，从而保护RS485芯片SN75176（RS485芯片的允许共模输入电压范围为：-7V～+12V）。该保护电路能承受共模干扰电压功率为60W，保护电路和芯片内部没有防静电措施。


二、常发生的故障现象分析：
当PLC的RS485口经非隔离的PC/PPI电缆与电脑连接、PLC与PLC之间连接或PLC与变频器、触摸屏等通信时时有通信口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下：
●R1或R2被烧断，Z1、Z1和SN75176完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经R1或R2、桥式整流、Z1或Z1到地，Z1、Z2能承受大10A电流的冲击，而该电流在R1或R2上产生的瞬态功率为：102×10=1000W，当然会将其烧断。
●SN75176损坏，R1、R2和Z1、Z2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于Z1、Z2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kV的静电。
●Z1或Z2、SN75176损坏，R1和R2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将Z1或Z2和SN75176击穿，由于电流较小和发生时间较短因而R1、R2不至于发热烧断。
由以析得知PLC接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，如由于PLC内部24V电源和5V电源共地，24V电源的输出端子L+、M为其它设备混合供电可能导致地电位变化，从而造成共模电压出允许范围。所以EIA-485标准要求将各个RS485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，地线环流！
当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。
连接在RS485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到PLC，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。
当通信线路较长或有室外架空线时，雷电必然会在线路上造成过电压，其能量往往是的，常有用户沮丧地说：“联网的几十台PLC全部遭打坏了！”。
三、 解决办法：
1、从PLC内部考虑：
●采用隔离的DC/DC将24V电源和5V电源隔离，分析了三菱、欧姆龙、施耐德PLC以及西门子的PROFIBUS接口均是如此。
●选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次RS485芯片，如：SN65HVD1176D、MAX3468ESA等，这些芯片价格一般在十几元至几十元，而SN75176的价格仅为1.5元。
●采用响应速度快、承受瞬态功率大的新型保护器件TVS或BL浪涌吸收器，如P6KE6.8CA的钳制电压为6.8V，承受瞬态功率为500W，BL器件则可抗击4000A以上大电流冲击。
●R1和R2采用正温度系数的自恢复保险PTC，如JK60-010，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通信，当受到浪涌冲击时，大电流流过PTC和保护器件TVS（或BL），PTC的电阻值将骤然增大，使浪涌电流减小。
2、从PLC外部考虑：
● 使用隔离的PC/PPI电缆，尽量不用廉价的非隔离电缆（特别是在工业现场）。西门子公司早期出产的PC/PPI电缆（6ES7 901-3BF00-0XA0）是不隔离的，现在也改成隔离的电缆了！
● PLC的RS485口联网时采用隔离的总线连接器.
● 与PLC联网的三方设备，如变频器、触摸屏等的RS485口均使用RS485隔离器BH-485G进行隔离，这样各RS485节点之间就无“电”的联系，也无地线环生，即使某个节点损坏也不会连带其它节点损坏。
● RS485通信线采用PROFIBUS总线屏蔽电缆，保证屏蔽层接到每台设备的外壳并后接大地。
● 对于有架空线的系统，总线上设置专门的防雷击设施。 
找到了解决S7-200通讯口损坏的办法了
在我们单位众多的S7-200PLC中，不时有通讯口损坏，致使不能连接PC或不能进行通讯，在对PLC解体时发现，在PLC通讯口出有一芯片－－75176，这就是通讯接口芯片，在芯片周围有5个FB，标识FB1~FB5，这其实就是5个保险，在通讯连不上时，一般就是这5个保险中的某个烧毁了，可用同等型号的保险代替，也可用导线直接短路。一般就能解决问题。不过换时要注意，由于元件时贴片的，十分小，空间也小，所以焊接时注意不要短路。

1引言

为适应电冰箱压缩机大规模生产的需要，我们开发研制了压缩机密封壳体全自动焊接机，实现了密封壳体焊接的全自动化生产要求。该设备采用可编程序控制器(PLC)控制、气压驱动、直流调速、自动气体保护焊、双机械手搬运、形靠模等技术，并设置了气压不足、水压不足、断丝、气体保护、料满、形轮脱开等各种报警系统，且性能良好，提高了产品质量和生产效率。班产600台。先后在北京、浙江等五家压缩机公司投入使用，其性能达到或过了意大利同类进口设备，而造价仅为进口设备的四分之一。

2机械传动系统

密封壳体全自动焊接机总体布局如图1所示。工位1是预装工位，操作者将待焊的压缩机从来料传输线上搬至预装工位(也常用一个三自由度机械手自动完成)。按下启动按扭，双机械手将预装工位上的待焊件搬至加工工位(工位2)的同时，将加工工位上的已焊件搬至卸料工位(工位3)。加工工位的特制气缸完成定心夹紧后，压头将上下壳紧密压严，形滑台上的焊快进后便开始焊接，与此同时双机械手复位，卸料机构动作。操作者将下一个工件搬至预装工位，按下启动按钮，等待下一个工作循环的开始。

图1焊接机总体布局示意图
1.压头支架2.形滑台3.来料辊道4.工位15.双机械手
6.工位27.工位38.成品辊道

2.1双机械手部件
双机械手部件安装在龙门支架上，如图2所示。它具有快速进退、提落和松夹三个自由度。快速进退速度可达800mm/s。行程终端有缓冲减速和的定位装置，以保证而又平稳；提落行程设有终端限位装置，起保护活塞部件的作用；松夹机械手是一件特殊结构的气动执行件，如图3所示，体积小、精度高、动作灵活，单侧开合行程为8mm。

图2双机械手运动示意图

图3定心夹具示意图

2.2工作台旋转部件
工作台旋转由直流电动机(400W、1500r/min)经减速器(i=1∶380)驱动，如图4所示。工作台上部是定心夹具，其结构与双机械手的结构相同；中部安装有形凸轮，用来控制焊与工件的相对运动轨迹，以形成所需要的椭圆曲线；由于定心夹具使用气压传动，所以下端是旋转进气接头，通过主轴通孔将压力气体送至夹具体气缸。

图4工作台结构简图
1.电机2.减速器3.机座4.形凸轮5.定心夹具
6.工件7.旋转进气接头8.同步齿形带

2.3形滑台部件
形滑台的结构示意图如图5所示。焊安装在焊调位装置上，可以沿X、Y方向移动和Z方向转动，用以调节焊的倾角和起弧距离，以保焊缝质量。快进退支架在其气缸的驱动下，可以沿导轨移动50mm，以便于工件的装卸。压缩机上下壳的结合面是一个椭圆，当工件绕其转动的过程中，其半径R是一个变值，所以需要焊在X方向能有相应的位移，压轮及滑板在形凸轮和形气缸的控制下，实现所需要的位移，形成椭圆轨迹。

图5形滑台结构简图
1.工件2.焊3.焊　调位机构4.快进退支架
5.快进退气缸6.滑板7.轴承座8.形气缸9.支座
10.导轴11.压轮12.凸轮

3气压传动系统

该焊接设备除工作台旋转使用了直流电动机外，其余运动均采用气压传动，其中7个气缸为进口件，3个气缸是自行设计制造的。下面对部分元件作一简要说明，双机械手的开合，由FC1和FC2传感器检测，只有当FC1和FC2均为ON时，机械手才处于开合位。压头处装有三个检测传感器FC7、FC8和FC9，FC7和FC9为活塞运动限位置传感器，FC8为压头工作位传感器。只有当FC8为ON时，才能进行焊接；FC9为ON时，表明定心夹具上没有工件，并立刻报警。
压头回路中装有减压阀，通过该阀可调节压头的压紧力大小，使上下壳体紧密合拢，而不会使定心夹具承受过大压力。
形回路中压力继电器的作用是：在维护设备时，通过手动换向阀使焊后退；再次投入工作后，应将手动换向阀接通形气压；当气压为0时，整机不能投入工作，防止因误操作而发生事故。形压头与形凸轮的压紧力靠该回路中的减压阀调节。
总回路中也安装了压力继电器，当气压不足时，控制系统报警，停止焊接。系统所采用的换向阀除形回路采用手动外，其余各回路均选用电磁换向阀。

4电控系统

控制系统采用西门子的PLC控制，输出均通过中间继电器动作。PLC共有8个输入模块，5个输出模块。输入模块主要包括电源110V输出、手动/自动选择、各种报警输入、双手启动按扭、焊机接通、故障复位、气压检测以及各执行件位置信号反馈等。输出模块包括接通焊机、工件计数、正反转延时以及各执行件电磁阀的驱动等。其控制系统结构框图如图6所示。

图6控制系统结构框图

如前所述，上下壳结合轨迹为一椭圆，为了在整周焊接过程中，保证质量，使焊缝厚度均匀、美观，就保证焊点处相对于椭圆运动的线速度基本恒定。而当焊点处于短轴或长轴处时，其线速度相差甚大。为了解决这个问题，我们采用了直流调速系统，并且通过实验，选定几个离散点(如图7所示)，即选定几种递变速度，即可满足实际生产要求。为此，开发了一套发光二管检测装置，配合可控硅调速装置，圆满地解决了焊缝轨迹问题。这套检测装置属非接触式，较目前国外设备所用的齿轮齿条电位器式的检测装置，具有性能、寿命长、调速性能好等特点，其示意图如图8所示。

图7工件变速取点图

图8调速原理示意图
1.直流电机2.形凸轮3.焊4.形滑台
5.发光二管6.遮光板7.调速装置

形滑台在形凸轮的控制下，移动其上的遮光板，不同位置遮挡的二管数量不同，从而转换成不同幅值的电信号，输入到可控硅直流调速装置中，控制直流电机的转速。

5结束语

密封壳体全自动焊接机的研制成功，使电冰箱压缩机的生产向自动化迈进了一步，大大提高了产品的质量和生产率，减轻了工人劳动强度，经济效益和社会效益显著。其机械系统、控制系统的关键技术也适用于各种非圆曲线壳类产品。

    近几年，随着生产自动化和过程自动化中分散化结构的增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置、过程调节装置、可编程序控制器(PLC)和PC之间的，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到小，从而使成本费用大大节省。原因之二是标准化的现场总线具有“开放”的通信接I：1，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备，同时也可以方便地实现二级及三级网络的连接。济钢中厚板三期工程精整区域由于设备数量较多，同时又分散在较大的范围内，因此特别适合采用现场总线方式实现生产过程的自动化控制。

    系统简介

    中厚板精整区域的主要设备有：冷床输入辊道、输入提升链、滚盘、输出提升链及输出辊道、润滑站及冷床冷却风机，另外还有火焰切割系统、运输辊道、翻板机、电磁起重机等。中厚板厂的原有自动化设备，绝大多数采用SIEMENS公司的产品。为了便于维护和网络连接，精整区域的自动化控制设备也以SIEMENS的产品为主，PLC选用s7—300，其中CPU型号为315—2DP。传动系统全部为SIMOVERTMASTERDRIVERS矢量控制型变频器。

    其中，l#冷床及精整区域PROFIBUS—DP系统中，2#站s7—300为主站，本站的模块均为冷床系统输入输出点。

    3样站，17样站为远程ET一200，其中3样站ET一200是精整系统的远程I/O，17样站ET一200则作为冷床操作台远程I/O。4～8#站是输入输出系统传动变频器，9～16#站是1#冷床系统传动变频器，18～2l样站则是2样冷床系统传动变频器。

    总线连接

    PROFIBUS—DP系统是一个两端有源终端器的线性总线结构，亦称为RS485总线段，在一个总线段上多可连接32个站。使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接。

    D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。

    与总线连接的每一个站，无论是主站还是从站，都表现为一个RS485电流负载。有源总线终端接有终端电阻，在时防止反射，并且当总线上无站活动时，它确保在数据线上有一个确定的空闲状态电位。本系统中，在一个总线段上共有20个站，2样站和l样站作为总线的2个终端接有终端电阻，终端电阻可以由位于中线插头的开关来实现连接和断开之间的转换。

    PROHBUS—DP协议是为自动化制造工厂中分散I/O和现场设备所需的高速数据通信而设计的。典型的DP配置是单主站结构，DP主站与DP从站间的通信基于主一从原理，也就是说，只有当主站请求时，总线上的DP从站才可能活动。

    DP从站被DP主站按轮询表依次访问。DP主站与DP从站间的用户数据连续地交换，而并不考虑用户数据的内容。中厚板1#冷床及精整区域就是采用这种典型结构，如图1所示。    

    变频器的设置

    (1)变频器与主站S7—300的通信是通过在SIMOVERTMASTERDRIVERS上安装CBP通信板来实现的

    装机装柜型变频器有6个槽可用来安装可选板，cBP通信板可以安装在任何一个槽位。通信板安装完毕后就可以起动进行配置，要确定站地址，这是通过变频器参数设置完成的。其过程如图2所示。CBP通信板有3个指示灯显示通信状态。这3个指示灯分别是：红色为运行灯;黄色为与变频器进行数据交换灯;为与PROFIBUSDP进行灯。只有当这3个指示灯同时闪烁时，系统通信才正常。

    (2)PROFIBUS—DP的数据通过报文的形式交换

    每个报文传输的数据可分为两组，需要用STEP7进行硬件配置时设定。这两组数据分别是参数PKW和过程数据PZD。PKW数据段是读写变频器参数值以及读参数的全部特性。PZD数据段传输的是变频器的控制信息，也就是变频器的控制参数，由主站的S7—300向变频器发出控制字和设，变频器则返回状态字和实际值。PKW和PZD的数据长度可根据需要设定，同时可设定的速率。本系统中，PKW和PZD分别设定为4个字和2个字，通信波特率为1.5Mbit/s。

    (3)变频器通信控制参数的设置

    变频器参数设置的基本过程如下：变频器送电后，将参数恢复为工厂设置，然后进行CBP板的配置，选择P060=5进行系统设置，后进行控制字和状态字的连接设置，将矢量控制开关量和矢量控制连接量与PLC中定义的参数值和控制字连接。本系统的主要连接参数如附表所示。    

    (4)由于翻板机、辊道等设备需要比较准确的定位，并且生产节奏较快，因此每台传动变频器都有外置的制动单元和制动电阻

    制动单元通过中间回路连接到变频器上，当中间回路电压达到预定值时，制动单元自动接通，阻止中间电压继续升高。与制动有关的参数：P462为从静止加速到参考频率的时间;P463为加速时间的单位;P464为从参考频率减速到静置的时间;P465为减速时间的单位。根据工艺要求的不同，每台变频器设置不同的加减速时间。

    PROFIBUS—DP的电磁干扰问题

    安装PROFIBUS—DP的标准方法是：有接地基准电位，即把所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位(地)相连接，从而确保由于不合理的PROFIBUS—DP电缆敷设或设备安装不当而产生的干扰电流能被尽快分流掉。采用这种安装方法时，将各个部件的接地(S7—300、ET200、SIMOVERTMASTERDRIVERS)连接到控制柜的公共接地点。在这种方式下，总线插头连接器将PR0F1BUS—DP电缆的屏蔽与网络中所有的总线站相连接，干扰电流通过连接的地线分流掉，从而防止了由干扰引起的故障。

    由于传动系统需要较大的电功率，因此动力电缆常常输送高电压和电流。如果这种电缆长距离与PROFIBUS—DP电缆并行敷设，则会在PROFIBUS—DP电缆上产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在敷设PROFIBUS—DP电缆时，要确保PROFIBUS—DP电缆与其他电线电缆之间的距离。在施工中，尽可能地把电力电缆和PROFIBUS电缆分别敷设在相互隔离的电缆桥架上。

    该系统投入使用后，了较好的效果：

    1)系统运行稳定，维护检修工作量较少。

    2)可方便地与二级系统联网，为全线自动化奠定基础。

    3)保证了产品质量，了较好的经济效益。

    4)变频传动系统响应速度快，定位准确

NUM系统  模拟量控制  动态操作  E参数编程  磨床

一、NUM系统介绍

NUM1020/1040 系统是紧凑且功能完善的32位数控系统，特别适合于1~6轴的数控机床。在硬件方面采用了CMOS电路，光纤通讯技术及模块化的设计思想，减少了系统和外部的连线，大大提高了整个机床电气的性；NUM数控系统具有很强的开放性、灵活性，CNC内部的许多信息都对用户开放，方便了用户进行程序的二次开发，同时提供结构化编程和语言编程。具体特点如下：
1. CNC功能
•控制1~6轴，4轴联动，1~2主轴，可分为1~4个轴组。
•提供交互式的编程模块，2维软件PROFIL，ISO编程语言和绘画式编程语言PROCAM，结构式编程和语言编程。
•工件程序可设4个保护区。
•自定义G指令，可用G指令修改已经存在的固定循环或因其它需求而增加新的固定循环。
•M功能和PLC功能可调用子程序。
•外部E参数（用户可以通过E参数来读取或改变CNC的状态）。
•Dynamic operator（动态操作）编程。所谓动态操作是在系统每个系统扫描周期都被执行的操作方式，它使用简单的操作指令可以直接实时处理轴的运动和输入/输出。
2. PLC功能
•内置PLC。
•输入输出模块设计，有效隔离，输出口负载能力为2A，远程I/O模块采用光缆连接，简化电路设计，提高性。
•大256I/O，2个模拟输入，1个中断输入，1个模拟输出。
•梯形图及C语言编程，CRT上可动态监视。
•PLC图形界面编辑，用户可根据机床特点编写自己的图形界面。

二、凸轮磨床介绍

瑞士KOPP公司的FSK21.3数控凸轮磨床原采用系统，纸带机输入程序，该机床坐标轴为X、Z、C(见下图)，坐标原采用直流伺服后改为SIEMENS 611A交流伺服，与HAIDENHAIN光栅形成全闭环控制，主轴采用INDRAMAT交流伺服控制。

凸轮磨床示意图

该机床有以下特殊功能：
G01----螺旋插补
G06----抛物线插补
G51----Z轴摆动磨削，定义振荡宽度及频率： W--宽度、0.2~32mm，F--频率、0~60HZ；
M50----摆动停止；  M51----摆动开始
G89----砂轮半径和外型修正，调用修正循环，提取修正位置文件、修正数据文件。
修正位置定义：
K--砂轮半径， R--X轴修正位置， Z--Z向启动位置，W-- Z向结束位置
修正数据定义：
A--参考地址， E--进给次数， D--空行程次数， V--修正量， F--进给速度
砂轮线速度编程：S--0~35 m/s
尤其是摆动磨削功能是X轴、C轴进行插补时，要求Z轴按一定的频率和行程摆动，以提高零件光洁度，这要求系统具有多任务处理的能力。

三、改造方案

从公司实际运转的机床来看，SIEMENS 840C、FANUC 18系统可满足机床功能要求，但是系统价格高，技术支持少，二次开发工作量大，由于轴、主轴伺服驱动保留，二者均为模拟接口，我们选择NUM1020GS 系统改造该设备，利用NUM系统的Dynamic operator（动态操作功能）及外部E参数编程实现机床功能要求。

我们定义功能指令如下：
G151：Z轴振荡ON           
G150：Z轴振荡OFF
格式：G151 EW**EP**
说明：EW---振荡宽度，  EP---振荡频率
该指令主要用于凸轮精加工，程序在执行过程中遇到指令G151，Z轴便在当前位置进行宽度为EW的振荡，而不影响加工程序的执行，除非用G150指令来取消。
G100：螺旋线插补循环
格式：G100 X**C**F**
说明：X, C---终点处X, C轴的坐标值， F---进给速度
G106：抛物线插补
格式：G106 X**C**P**Q**F**
说明：X, C---终点处X, C轴的坐标值，   P, Q---起点、终点的切线角
           F---进给速度
G189：砂轮修正循环
格式：G189 EF**EN**ER**
说明：EF---粗、精修正选择， EN---修正次数，ER---修正量
砂轮半径、修正位置等数据储存在偏置表中，在程序运行时自动计算与改。
G196：主轴线速度编程
格式：G196  ES**
说明：ES**---砂轮线速度

四、应用总结

通过以上改造方案，我们成功恢复该凸轮磨床的正常加工性能，使停机一年多的设备重新投入运转，机床运行稳定，操作较简单。
在成功改造凸轮磨床后，我们使用NUM1020/1040系统改造了德国产DRH2/1500双柱立式磨床，改造德国产SS13程控缓进磨床为数控磨床，改造德国产P250H程控滚齿机为数控滚齿机等，均了较好的效果。
NUM系统在以上设备的成功应用，充分发挥了其良好的开放性和灵活性，表明在旧设备改造上有较强适应性可满足旧机床多种特殊要求，性价比较高。