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产品描述
西门子6ES7214-1AD23-0XB8功能参数
引言
主要用于石油管路铺设的φ1100mm大口径钢管由板材经焊接后，其它辅助工艺与设备包括管内清渣机用于管内焊接后残留的焊渣的清理；钢管内壁除尘机、外焊清渣机等。本系统是后一道工序，主要是对钢管的总重量的测量以及长度的测量，并形成数据存贮起来。
2 原理设计
2.1 工艺概述
测量系统由横移车将钢管放到输送辊道，然后由开关发出钢管到位信号传送给本系统，由称重装置进行重量检测，称重装置位于钢管的底部，由液压油缸起称重装置，这样钢管的重量由称重装置来承担，左、右两侧各安装一个称重传感器，通过rs232串行口与工控机通讯，将重量值传给上位机。称重完成后测量长度小车分别由两侧起始点同时启动且相向而行，当快接近钢管端面时（由接近开关发信号）小车减速运行，当行至钢管端面时，小车停止运行，同时将钢管长度计算出来传至上位机。
2.2 系统组成
控制系统由接近开关采集现场信号送入西门子plcs7-216内，完成逻辑关系的运算，其输出到安川sgdm-04ada驱动控制器，由sgmah-04a电机经齿轮、齿条传动驱动测量小车，驱动系统由两套组成，分别位于钢管的两侧，工作时小车相向而行。液压系统驱动称重装置，plc和称重装置分别与上位机组成串行通讯，上位机软件采用visualbasic编制，通过编制的画面发出指令并时实显示钢管重量及测量长度。系统硬件由西门子plc6es7216-2bd22-0xb0，通讯模块6es7277-0aa22-0xba，扩展模块6es7223-1hf22-0xa0组成。
2.3工作方式
控制系统具有手动/半自动/自动三种工作方式。手动工作方式下，可以分别对测量小车、称重装置进行单调整；半自动工作方式可以对钢管进行单循环测量，即按启动则开始称重与测量，结束后等待下一启动指令；自动工作方式则对钢管连续测量，直到按下自动停止按钮，方可停止。
3 系统实现
3.1 传感器通讯编程
称重传感器采用的是美国zemic公司bm8h-5t，它通过信号分配器gm-jx-v与深圳市杰曼科技有限公司称重管理器gm8803a连接，gm8803a终与上位机进行rs232串通讯，其通讯协议尊循使用说明书中规定波率为9600kbty，奇偶校验位为奇校验，数据位为8位，站地址为2，停止位为1。按此规定用vb编写上位机部分通讯协议程序如下：
dim rcvlenth
dim rcv（） as bbte 定义模块级变量
private lub bbbb-load（） 定义接收字符的动态数组
with mscomml
comport=2 选择串口２
settings=”9600，n，8，1” ９６００kbit/s， 奇校验，８位数据位，１位停止位
injputmode = combbbbbmodebinary 以二进制格格式读取接收缓冲区
rthershold=1 接收的字符数大于等于１就会产生接收事件
bbbbblen=0 读接收缓冲区内容
outbuffercount =0 清空发送缓冲区
inbuffercornt=0 清空接收缓冲区
end with
if not mscomm1.portopen then
mscomm２.portopen=ture 打开串口２
end if
end sub
3.2 信号调理
小车行走的距离通过旋转编码器反馈回来的脉冲接入plc的高数计数端子，通过计数值可以知道小车行走的长度，计算精度可达0.01mm。由于项目所用的高数计数器是ab正交输入方式，只需将a+、b+及公共端接入plc即可，而伺服控制器脉冲输出为a+a- b+ b- z+ z-，在调试中发现，plc的高数计数值不稳定，误差很大，感觉有干扰存在，经分析认为是a- b-是干扰源，因此我们采用以上电路（如图1所示），用比较器将a+a-进行比较后经三管开关接入plc，问题得了解决，则即提升了电压又抑制了干扰，了良好的效果：
.3 编码设计
伺服电机后端的旋转编码器的分辩率为13比特，即2048脉冲/转，而电机转速为3000r/min，plc大捕捉频率为20khz，为达到匹配，将驱动器的参数pn201分频比设定为400，即达到400脉冲/转，为进一步提在plc中采用4倍分辨率，即为1600脉冲/转，由此根据电机驱动齿轮、齿条转一圈所走的距离计算出每个脉冲所走的距离，得出位移值。伺服系统采用多段速控制方式，p-son、n-cn、p-cl三端组合且设置以下参数：
pn000.1 设为３ 设为多段速控制方式
pn201 设为400 设置倍频
pn50c 设为8fea ４１端子速度１；４５端子速度２；４６端子速度３
pn50a 设为2801 cn140端子输入on;p-con无效；cn14２端子禁止正转
p n 50b 设为8843 cn14３端子禁止反转；cn14４端子警报解除；p-cl\p-nl为无效；
pn50e 设为0000 对应端子无效
pn 50f 设为0001 ２５、２６端子为扭矩限制检测
3.4 plc通讯编程
plc与上位机通讯方式设为自由口方式，初始化程序设置sm30为05意义为：每个字符为８位，无校验，波特率为19200，自由口方式。通讯协议规定为：
所有的发送数据格式为：
00h，总字节数，（数据），校验码，ffh
其中总字节数是包括00h到ffh在内的总数，占一个字节，校验码是包括00h和总字节数在内的校验码之前的所有数据的异或值，占一个字节。以下只对数据位格式进行说明。
数据位所占字节数不确定，格式如下：
a，（发送数）
其中a是对数据的说明，如果是命令，则a=07h，如果是数据，则a=15h，a占一个字节。
当a=07h时，发送数占一个字节，发送数的数据说明如下：
01h——与电脑连机
设备启动后，在工作过程中，每次测量前向电脑发送一次此命令，电脑发回的回复信息与plc发出的数据相同，即：
00h，06h，07h，01h，00h，ffh
plc发送此命令后，如果在2秒内不能收到回复信息，再发送一次，如果2秒内还不能收到回复信息，则plc自动转为自存储方式，把本次测量的长度顺序记录在plc内存中，并不再发送称重命令。如果在5秒内收到回复信息，plc把内存中的记录发送给电脑，然后再正常工作，（即plc不再自存储，直接把长度数据发送到电脑，并在每次工作都发送称重命令）；
02h——称重命令
电脑发回的回复信息与plc发出的数据相同，如果发出此命令后2秒内收不到回复信息，再 发送一次，如果2秒内还不能收到回复信息，则放弃。
03h——通知来料
无回复信息
当a=15h时，发送数占字节数未定，发送数的数据说明如下：
b，（bd1，bd2，bd3，…）
其中bd1，bd2，bd3，…为bcd码，即每个字节都为0～9的数字，高位在前。
一般来说，对于初次使用PLC的用户或者是用于控立设备(单机控制)的场合，配套日本产的PLC产品，相对来说性能价格比有一定的优势，入门也较容易。对于系统规模较大、网络通信功能要求高、开放性好的分布式PLC控制系统，远程I/O控制系统，欧美生产的PLC可以为网络通信功能的发挥提供一定的便利。当然，产品的技术支持与服务、价格等因素也是选择PLC时所考虑的问题。
在PLC生产厂家确定后，PLC的型号主要决定于控制系统的技术要求，在满足设备控制要求的前提下，考虑生产成本。
从技术的角度考虑，以下指标是选择PLC型号时应引起注意的问题。
1.CPU性能
PLC的CPU性能主要涉及处理器的“位数”、运算速度、用户存储器的容量、编程能力(指令的功能、内部继电器、定时器、计数器的数量等)、软件开发能力、通信能力等方面。在使用特殊功能模块、特殊外部设备或是需要网络连接的场合，应考虑到CPU的功能与以上要求相适应。
此外，在满足控制要求的前提下，CPU的价格也是需要设计人员考虑的问题之一，选择的PLC既要满足系统的功能要求，同时也应该充分利用其功能，避免不必要的浪费。
2.1/0点数
PLC的输入/输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定，应以上述的I/O点汇总表为依据。在正常情况下，PLC的I/O点可以适当留有余量，但同时也考虑生产制造成本。对于以下情况，应适当考虑增加一定的I/O余量。
①控制对象的部分要求不明确，存在要求改变可能;
②I/O点统计不完整，设计阶段或者现场调试时可能增加I/O点：
③PLC扩展较困难，但控制系统存在变动可能性;
④使用环境条件相对较差，PLC工作负荷较重：
⑤维修服务不方便，配件供应周期较长。
I/O点(包括程序存储器容量)的余量选择无规定的要求，没有固定的计算公式，一切都根据实际情况进行，避免教条主义，这样才能做到科学与合理。
3.功能模块的配套
选择PLC时应考虑到功能模块配套的可能性。选用功能模块涉及硬件与软件两个方面。在硬件上，应保证功能模块可以方便地与PLC进行连接，PLC应有连接、安装位置与相关接口、连接电缆等附件。在软件上，PLC应具有对应的控制功能，可以方便地对功能模块进行编程。
4.通信能力
对于分布式PLC控制系统、远程I/O控制系统，PLC的通信功能是考虑的问题。而对于集中控制系统或单机控制系统，既要考虑到用户现有外部调试设备等的正常使用，还应考虑到用户管理水平的提高与技术发展的可能性。增强通信功能，既是信息技术发展的基本要求，也是当前PLC的技术发展方向之一。因此，在选择PLC通信能力方面，应有一定的前蒽识，保留系统的发展空间
PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：
1. 图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件已把工业控制中所需的立运算功能编制成象征图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑组件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑组件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎
2. 明确的变数常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。
3. 简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。
4. 简化应用软件生成过程：使用汇编语言和语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。
5. 强化调试手段：无论是汇编程序，还是语言程序调试，都是令编辑人员的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。
总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。
2 编程语言的形式
本教材采用常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。
虽然一些的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、的语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。
编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。
指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前弄清PLC的指令系统
程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，难读，所以多数程序用梯形图表达。
梯形图：梯形图是通过联机把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的联机有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。
1、引言
在国内，小水电综合自动化正日益得视，因为传统落后的控制方式使每个小水电都不得不依靠值班人员在现场运行，不仅浪费人力物力资源,而且不利于小水电的大量开发。本控制装置是专门为中小型水轮发电机组自动控制而设计的。这一系统充分考虑了我国目前小型水电站操作的特点，替代原继电接触器控制系统，已在我院模拟电站运行良好。下面以混流式机组为例，机组配用T-100型调速器，简要说明用PLC实现水轮机组自动控制的过程。
2、设备工艺特点及控制要求
2.1电站的自动控制工程内容
(1)发出命令脉冲以后，机组的起动、并网、调节负荷、停机，发电转为调相运行及调相转发电运行等操作，都需自动完成;
(2)能自动保持机组的正常工作条件，如速度调整和励磁调整，轴承的润滑和冷却，调相的压水等等;
(3)水轮机前闸门及机组附属设备和公共设备的自动操作;
(4)机组发生事故时，自动停机并将机组从系统中切除;当机组发生不正常状态时，自动发出报警信号，并采取预定的措施以恢复正常工作。
2.2机组控制流程
机组的自动控制包括机组润滑系统、冷却系统、制动系统及调相压水系统的自动控制，机组的启动、停机，机组由调相转发电、由发电转调相等工况的转换，机组的保护与信号等。
3、系统设计
3.1硬件设计
根据I/O的使用点数，并考虑将来的发展需要，确定采用三菱FX2N-128MR型PLC。
(2)PLC接线图
对于PLC接线，负载统一采用110V直流电源。调相水位信号装置41DSX及导水叶剪断销信号装置41JDX需另接220V交流电源(此部分电路略)，将其接点接入PLC的输入点。取消频差继电器CLJ的比较回路，其接点用开关模拟替代。
4、结束语
PLC用于模拟小型水电站水轮机组自动控制系统运行以来，其性能比原来的继电接触器式控制优越得多。同时由于操作方便，，各种信号显示直观，故障率大大降低，几乎实现了控制系统。该装置有良好的开拓市场。
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。
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