西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8详细

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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 

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。

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。

1 位移控制
采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外电梯相比还需进一步改进。本设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入PLC的高速计数输入端口0000，通过累计脉冲数，经式(1)计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。
电梯位移h=SI
式中I：累计脉冲数S：脉冲当量
S=lpD／(pr) (1)
本系统采用的减速机，其减速比1=1／20，拽引
轮直径D=580mm，电机额定转速ne=1450r／ min，旋转编码器每转对应脉冲数p=1024，PG卡分频比r=1／18，代人式(1)得
S=1．6mm／脉冲
3．2 速度控制
本方法是利用PLC扩展功能模块D／A模块实现的，事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，程序运行时，通过查表方式写入D／A，由 D／A转换成模拟量后将理想曲线输出。
3．2．1 加速给定曲线的产生
8位D／A输出0～5V／0～10V，对应数字值为16进制数00～FF，共255级。东洋电梯加速实践在2．5～3秒之问。按保守值计算，电梯加程中每次查表的时间间隔不宜过10ms。
由于电梯逻辑控制部分程序大，而PLC运行采用周期扫描机制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，大限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜过10ms。为满足系统的实时性要求，本文在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了PLC扫描机制的限制。
本文采用的PLC有三种中断功能：(1)外部中断；(2)高速计数内部中断(3)定周期中断。前两种中断各有8个中断点，后一种有4个中断点。在程序中采用了后面两种中断方式．起动过程采用定周期中断，制动过程采用高速计数内部中断。中断服务程序放在主程序后，运行状态检测＼运行保护＼内选外呼等逻辑控制均在主程序中实现。而运行条件的判断＼运行模式的选择＼查表等与运行曲线产生有关的程序放在中断服务程序中。
起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。
3．2．2 减速制动曲线的产生
为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加程由固定周期中断完成，加速到对应模式的大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中计数器设定值的条件，保证下次中断执行。
在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次表指针加1操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保减程的性。
4 程序设计
利用变频器PG卡输出端将脉冲信号引入 PLC的高速计数输入端，构成位置反馈．高速计数器累加的脉冲数反映电梯的位置．高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较，由此判断电梯的运行距离，换速点，平层点和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在个脉冲当量范围．在考虑减速机齿轮合间隙等机械因素情况下，电梯的平层精度可达内，大大的标准，满足电梯起制动平滑，运行平稳，平层准确的要求．电梯在运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置，快速换速点，中速换速点，门区信号和平层位置信号等．由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置，大大减少井道检测元件和信号连接，降。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数，快速换速，中速换速，门区和平层信号5个子程序进行介绍。
4．1 楼层计数
本设计采用相对计数方式．运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应17层电梯分别存入16个内存单元D01 - D16。
楼层计数器CNTl0为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减计数。
运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加1，下行减1，为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。
4．2 快速换速
当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号．若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。中速换速与快速换速判断方法类似，不再重复。
4．3 门区信号
当高速计数器CNT47数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号．平层信号与区信号判断方法类似，不再重复。
4．4 脉冲信号故障检测
脉冲信号的准确采集和传输在本系统中显得尤为重要，为旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入PLC高速计数器CNT47的复位端0001。
5 结论
本文所述系统基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用脉冲编码器取代井道中原有的位置检测装置，实现位移控制，用软件代替部分硬件功能，既降低系统成本，又提高了系统的性和性，实现电梯的全数字化控制。
在实验室调试的基础上，采用上述方法，实地对两台17层电梯进行改造，经有关部分检测和近一年的实际运行表明，系统运行，乘坐舒适，故障率大为降低，平层精度在5mm以内，了良好的运行效果。

题的提出
    某公司几年前引进一套美国进口的纯净水灌装生产线，该生产线为封闭式全自动灌装，每小时灌装5加仑桶装纯净水30吨。但由于原先设计缺陷：灌装头为敞开式，灌装时,大量空气被快速水流夹带到纯净水瓶中，在水中产生大量气泡，以至纯净水桶未被灌装到规定量时，成品水已大量溢出，待气泡消失进行封装时，净含量已明显不足5加仑（换算为18.9升），溢出的成品水既造成了严重浪费，也使整个地面严重积水，给生产车间的环境带来影响。国家技术监督局《定量包装商品计量监督规定》五条规定：“单件定量包装商品的净含量与其标注的质量、体积之差不得过规定的负偏差18.9L*1%”，即0.189L。且按照本规定六条：“批量定量包装的商品按规定的抽样方法和平均偏差计算方法随机抽样和计算，平均偏差应当大于或等于零，并且单件定量包装负偏差件数应当符合小于或等于1的规定”（生产规模每批大于250桶），因此灌装的纯净水无论单件还是成批，都不符合上述要求，随着执法机关执法要求的不断提高，这条生产线只好时断时续地运行。

一、解决方案
    为了解决这个问题，只有对生产线实施改造，使之既符合计量要求也符合食品卫生要求。改造的基本思想是改变灌装速度，实施分阶段灌装：先快灌，后慢灌。灌时，保证生产效率；慢灌时确保包装量达标，水流速度慢，不夹带气体，同时瓶内的气体溢出，只要调节好各阶段的时间，就能使纯净水灌装量符合规定要求，并尽量不降低整个生产线的工作效率。
    原设备配水泵3台，分别为纯净水水泵、液冲冼水泵、清水预冲洗水泵；传送带两套，分别为空纯净水桶冲冼、传送带，成品水传送带。在按下总启动按钮后，空纯净水桶冲冼传送带电机就立即启动，传送带的启停由一只电磁离合器的吸合或释放来控制；一套气动封盖装置；一台空压机为灌装系统中的气动元件提供压力。原生产设备中所有电机的启停由PLC直接控制外，其它工作点由PLC控制双向电磁阀，再由双向电磁阀控制气动元件；为保证低温时的效果另设一套低温加热的装置。整条生产线可划分为三个工作区：冲冼、灌装、封盖包装，三者的顺序衔接均为限位开关，其它无太多关联。原来的工作流程大致是：空纯净水桶上线→传送带向个工位，进入清冼区，清水冲冼7秒→传送带向个工位→液8秒→传送带向个工位→纯净水冲冼15秒→传送带向个工位，进入灌装区→纯净水桶调整位置，进入灌装区→灌装10秒→成品传送带运行至封盖包装区→封盖→传送带将纯净水桶送出生产区。灌装机的每道工序可同时对两只纯净水桶进行作业。
    改造这套设备采用西门子S7-200可编程序逻辑控制器（PLC）,CPU型号已为224，改造从基础工作开始，弄清生产线的工作流程，接下来要做的工作是整理出原有的控制线路并绘制成图，查清原PLC各路输入信号的来源及各路输出的控制对象，这样在重新编写程序时，注意使PLC内部新的逻辑程序尽量与原外部受控对象吻合，原PLC外其它线路才能避免产生较大改动。
    对于改变灌装速度考虑有两种方案供选择：一、使用变频器按要求控制灌装水泵的速度，达到改变灌装流速的目的；二、采取“变径限流”的方法，在灌装喷头前的纯水管道上加装旁通管道，通过对旁通管道的通断控制，从而改变灌装速度。对于种方案，使变频调速器在10秒内，频率从0 Hz升至50Hz，待瓶充装80%的体积后，再将频率从50 Hz降至40Hz左右，灌满后再停泵，为保证灌装效率，在运行此方案过程中，必然会出现变频器频繁的急剧加减速现象，变频器在带负荷急速启动的场合下，易出现“加速中过电流”报警，急剧减速时，会引起“减速中过电压”报警现象，长期以往，会对变频器的功率元件产生不良影响，乃至损坏，且变频器价格昂贵。
    经过认真的比较，后确定考虑二种方案。二种方案是在原灌装头上部加装一只手动球阀V1、一只气动阀V3，手动球阀上部加装一个旁通管（见图一，图中虚线为原有管道，实线为改造后增加的管道），旁通管上加装一只气动阀V2，用于控制旁通管的通断，以改变灌装速度，同时拆除两只灌装头上的气动阀，而只在其中一只灌装头上装一只手动球阀V4，用以调节两只灌装头的灌装速度同步。当纯净水桶被推入灌装位置后，灌装干管上的两只气动阀V2、V3同时打开，进行全速灌装，待灌装到纯净水桶80%的容积后，气动阀V2关闭，将手动球阀V1的开度凋节适当，灌装速度降低，使灌装时水流不夹带空气，此时先前被携带进水桶的空气泡逐渐溢出，调节灌装速度时应力求能使排气与灌装的效率优化。由于设备本身没有检测纯净水灌装量的传感器，因此由PLC的定时器设定的时间长短来确定灌装量的多少，灌装量定时器设定值及灌装流程中的其它的定时器设定值均由调试生产线时根据实际情况确定。
    可编程序逻辑控制器选用了西门子S7-200， CPU型号已为224，I/O点数为了24点（14个输入点，10个输出点），编程软件为STEP7-Micro/WIN，该软件功能齐全，使用方便，可进行离线编程、在线连接和调试，用户直接编制较为直观的梯形图即可，梯形图和语句表可相互转换，程序运行时，用户可方便地通过Program Status菜单命令查看执行结果及各I/O口的状态，也可以通过状态图（Status Chart）来跟踪过程变量，调试时还可在线强制或修改过程变量的值。程序编制好，下载到PLC后，经几次调试并适当修改时间参数后，符合原来的工艺流程，且灌装量问题也得到圆满解决。改造后的系统配有简易的人机界面TD200，可以通过人机界面查看、监控、和改变应用程序的过程变量，改变各工序定时器设定值等。冲洗及灌装部分程序(略)
    原生产线中有一些设计不太合理，在空瓶冲冼的后一道纯净水冲冼工序中，冲冼用纯净水与灌装的纯净水由同一水泵供水，如果正在进行灌装，则纯净水冲冼空桶的水压明显达不到实际工作要求，冲冼效果不理想，改造后的生产线则避免了此类情况，设定灌装工序比纯净水冲冼，灌装时则不能进行纯净水冲冼，等到灌装结束后才可执行该冲冼工序。原灌装系统在纯净水灌装结束后，传送带将两只纯净水桶移出灌装区，进入封盖工序，这时灌装机才会进行下一次的灌装。改造后，我们将灌装好了的纯净水桶移出灌装位置后，立即开始下一次灌装，这样一来明显节省了传送带从灌装工序运行至封盖工序这段行程的时间，有利于提高整体工作效率。

二、运行效果
    此次改造，历经周期较短，没有给生产厂方造成长时间的停产，投入费用少，有效地解决了灌装量不足，严重溢水的问题，且灌装效率未有明显影响，运行十分稳定，用户比较满意。