西门子6ES7222-1BF22-0XA8速发

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一、 前言
自动化控制设备中常用到人机界面（HMI）和PLC组成的系统，在HMI和PLC的连接调试过程中常需要使用基于PC 机bbbbbbs平台下的工具软件对HMI及PLC的程序进行修改；当某些HMI画面组态软件没有“在线模拟”功能（大多数文本HMI软件）时，就频繁交替拔插PC、HMI及PLC三者间的通讯电缆。由于电缆拔插时还需关闭所连设备的电源，使得开发调试工作及不方便。
 为了解决这一问题，在此介绍一种利用运行于PC bbbbbbs平台下的“ComCaptureV2.0串口工具”软件来进行串口通讯“虚拟”连接的调试方法，从而避免开发人员在串口设备调试过程中频繁地拔插通讯电缆。（以下说明以三菱PLC和POP-HMI文本人机界面为例）
二、 方法原理及使用步骤
1、硬件连接原理如图（一）：
   
图（一）：硬件连接示意图

PLC和HMI分别连接在PC机的两个串口COM1、COM2上，PC机的操作系统为bbbbbbs98以上。

2、本文中所用的软、硬件清单：

带两个串口的PC个人计算机
POP-HMI文本人机界面、POP-HMI与PC的串口通讯电缆
三菱FX系列PLC、三菱PLC与PC的串口通讯电缆
ComCapture V2.0串口工具软件
POP-HMI画面组态软件JB-HMI V2.6
三菱PLC编程软件FX-PCS

3、使用步骤如下：
步：硬件连接操作
将工程所需的三菱PLC及POP-HMI小型人机界面如图（一）分别接至计算机的两个串行端口COM1、COM2，然后给两个串口设备上电。（ 注意：严禁带电拔插串口的通讯电缆 ）
二步：对PLC和HMI操作
A) 用三菱PLC编程软件将已编辑好的PLC程序由串口COM2下载至PLC，然后断开三菱PLC编程软件与PLC间的串口通讯连接（使编程软件和PLC之间的处于脱机状态）。

B) 用JB_HMI画面组态软件将编辑好的HMI工程文件由串口COM1下载至POP-HMI文本中。

三步：打开同一bbbbbbs平台下的ComCapture串口工具软件
屏幕弹出如下图（二）所示画面：
 
四步：软件选项及参数设置
A) 选择ComCapture软件的“协议捕获”功能项。

B) “串口配置”项：在“端口号”和“设备名称”下，填写准确的串口号和连接在该串口下的设备名称。

C) “通信参数”项：在“波特率”、“数据位”、“停止位”、“校验码”等选项中选择三菱PLC和POP-HMI互相通信的参数值：“9600、7、1、偶”。

D) “显示方式”项：勾选“不显示”。如不选中“不显示”项，则在软件右侧的空白区域内将显示PLC和HMI之间的通讯信息数据值。且随着通讯时间的增加，显示的数据越来越多，终将影响通信的速度。如果选中“HEX”选项，PLC和POP-HMI之间的通讯数据将以十六进制数显示，以方便使用者查看。

E) “串口控制信号”项：按PLC的串口信号实际情况选用；三菱PLC选取默认方式，选中。

F) “数据保存”：默认为不保存。如需保存通信过程的数据，选择“启动”，捕获的数据将被保存。数据文件的保存路径和文件名默认为ComCapture软件安装目录下的ComCapture.txt，也可以自行改保存路径及文件名。鼠标移至默认路径上，点击左键，输入文件名，即可输入新的保存路径和文件名。
五步：程序调试
A) 在ComCapture软件画面的右下方中，用鼠标点击“启动捕获和显示”项。此时如果通讯参数设置正确，通过PC上的ComCapture串口软件，将在PC串口COM1和COM2之间搭接一条“虚拟电缆通道”，而分别连接在COM1、COM2口的POP-HMI和三菱PLC将通过该PC软件虚拟通道进行间接的通讯连接；这就避免了直接用通讯电缆连接PLC和HMI设备给调试带来的不便。

B) 测试使用POP-HMI和PLC的功能是否满足设计要求；如果POP-HMI或PLC的程序达不到设计要求需要修改PLC程序或POP-HMI工程文件，您只需鼠标点击“停止捕获和显示”，COM1和COM2口即处于通讯断开状态。然后根据设计要求分别对PLC或POP-HMI进行程序修改，并回到二步进行操作。

C) 程序修改完毕后，您只要再次回到五步，点击“启动捕获和显示”项，即可调试修改后的PLC程序或POP-HMI工程文件。如果还要修改PLC和POP-HMI的程序，那就再次点击“停止捕获和显示”。如此反复，直至调试工作结束。
三、结束语
    在三菱PLC和POP-HMI连接调试中，使用PC bbbbbbs平台下的ComCapture串口工具软件，在PC的COM1和COM2两个串口之间建立了一个虚拟的电缆通道，间接的连通了COM1和COM2上的两个串口设备（HMI和PLC）；使得可以在不必频繁拔插串口通讯电缆的情况下，任意修改不满足要求的HMI或PLC程序，大的简化了的调试工作。由于ComCapture串口软件具有串口通讯数据显示和存储功能，使用者还可以利用此功能对两个串口设备的通讯协议进行分析研究，从而得到该通讯协议的完整资料。

系统选型及特点
为了满足上面提到的循环水控制系统的设计要求，我们选用罗克韦尔自动化产品A-B SLC 500可编程控制器（PLC）和研华公司IPC-610工控机（IPC）构成的自控系统，再配以的A-B RSView32组态软件来实现循环水控制系统的各项功能。
可编程控制器（PLC）是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为电气控制系统中应用为广泛的装置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，可方便各级连接。 
在当前的控制系统产品中，罗克韦尔自动化的可编程控制器技术已相当成熟，而且从硬件的性、稳定性及软件的易操作性等各方面综合评定，也符合循环水系统改造的各项要求。为我们所需要的是SLC 500系列处理器内置了不同通讯接口，提供多种控制器联网方式选择，可构成不同要求的工业监控网络，并且还提供了与各类“智能”设备的现场总线接口。终，使控制系统将参数检测、程序控制、显示报警、监控管理等融为一体，通过计算机处理、网络数据共享等技术手段，实现系统的集中管理，以满足系统运行现代化的要求，提高其性和效率。

1996年5月我厂扩建2号回转窑700t／d熟料生产线，生料均化库选用一座Φ15m×30m的混合室库，其充气控制的初步设计方案是：选用空气分配器。在建设过程中，通过实际考察，对PLC＋电磁阀控制和空气分配器方案进行比较： 
     1）空气分配器控制充气的时间是固定的，生产中不能根据工况的具体条件进行改变，均化的效果很难保证。而采用电磁阀控制，电磁阀的动作时间能用PLC程序任意调节，并且根据不同的情况用程序可以实现多种控制方式，使生料均化的效果达到。 
     2）3台空气分配器的价格共计12.5万元，而20只电磁阀PLC的价格只有7.4万元。因此，1997年5月我厂决定采用PLC＋电磁阀控制方案，并且修改设计、安装和调试全部由本厂自行承担。1997年12月生料均化控制系统投入运行一年多，控制设备运行正常，均化效果良好。 
 1　混合室库均化原理 
     混合室均化库主要包括：贮存库、混合室、库分配器、库内充气系统和库侧卸料装置。其中库内充气系统包括：环形区卸料充气槽、混合室搅拌充气槽和隧道区输送充气槽，生料送入库分配器，呈流态化均匀地分配到输送斜槽中，通过斜槽下料口进入贮存库形成料层。库底环形充气槽分成四个区，由一台罗茨风机供气，每个区包括三个充气单元。通过电磁阀控制单个充气单元的循环充气，分块切割料层，卸入混合室。混合室充气槽也分成四个区，由两台罗茨风机供气。通过电磁阀控制，以“一区强其余三区弱”的方式，轮换充气搅拌混合室内的生料，形成一定高度的流态化料层，后由隧道区上卸料口卸出。 
 2　PLC控制电气设计 
 2.1　硬件设计 
     为满足PLC控制与S7400PCS系统连接及设备控制要求，设置了S1自动／手动／机旁切换和S2中控／本控切换。当S1在自动位置时，S2可以选择中控计算机起／停操作或本控PLC控制柜起／停操作。当S1在手动位置时，可由PLC控制柜上的按钮来控制设备开、停。当S1在机旁位置时，可由机旁控制箱上的按钮来控制设备开、停。选用日本三菱公司的PLC：FX2－32MR扩展FX－16EYR，对4台罗茨风机和20只电磁阀进行控制。 
 2.2　软件设计 
     程序设计采用梯形图语言。根据控制原理，设计程序共分4个部分：1）外环区顺序控制部分。2）内环区“一强三弱”控制部分。3）罗茨风机电机控制部分。4）方式切换和报警检测部分。为适应生产工况的变化，程序中外环区和内环区的时间可随时调整并有记忆功能。均化周期为55min。 
 3　PLC系统安装调试 
     电气设计完毕后即可进行控制系统的安装、调试。在控制柜中安装PLC，连接电源及输入、输出控制线路，输入控制程序进行调试。采用模拟调试，即切断输出电源，模拟各种输入信号并对所有输出信号进行测试，看程序各个部分的功能是否符合控制过程的要求，用以考察PLC控制程序的完整性和性。然后接通PLC输出电源，进行空载联动试车，后进行带负荷联动试车。 
 4　使用效果 
     1）PLC控制系统投入运行后，出库生料CaCO3的指标全部合格，均化系数可达5.4，系统运行良好。 
     2）每个充气单元的时间参数可根据工艺的要求随时调整，且有记忆功能，不受停电等因素的影响，修改参数方便。对各区充气单元充气顺序的不同组合，可实现多种均化方式。还可控制环形区的卸料速度，使混合室内的生料充分搅拌保持一定的流态化料层高度，保证了均化效果，满足了工艺的要求。 
     3）控制功能软件化简化了控制设备，节省了设备投资，同时增加了设备运行的性，减少了维修工作量，降低了维修费用。系统切换灵活，操作简单方便，岗位工人容易掌握。 

1. 引言
    细纱工序是成纱的后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，因此，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。

    传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的，所以称为环锭细纱机。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，同时，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，同时可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。

    紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；其次是通过取消钢领板的传动齿轮，采用的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。

2. 控制系统方案
    在紧密纺细纱机的控制系统，我们采用了三套施耐德电气公司的Twin Line系列伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用两台ATV31系列变频器，分别控制主传动电机和风机；整个系统采用Micro PLC控制，同时采用XBT-G 5.7”黑白触摸屏进行系统操作和监控。

3. 控制系统简介
    Micro系列PLC是施耐德电气公司推出的具有强大处理能力和较大的存储空间的中小型PLC(I/O点多256点)，采用灵活的模块化设计，结构紧凑，为要求精密功能(PID调节、高速计数、定位、人机对话等)的复杂机器提供经济型的解决方案。Micro PLC内置人机界面接口和多种通讯扩展接口，易于实现与其它设备的连接；高密度的应用(64点I/O模块等)使Micro PLC成为紧凑的控制器。

    Micro PLC编程软件与Premium PLC兼容，具有中型PLC同样的通讯语句、PID调节语句、各种运算语句等精心设计的功能函数，和在线修改等的调试诊断工具，大地丰富了Micro PLC的应用范围，减少了系统设计的时间。

    Twin Line系列是施耐德电气公司推出的宽范围的伺服驱动器和无刷伺服电机产品，集成了和优化的无刷电机控制技术，并具备IEC 61131-3标准的编程功能和各种开放的接口，通过脉冲/方向、I/O或现场总线等方式控制，电机功率范围为0.3～13.8 Nm，速度范围为4500～12000 rpm，可以灵活满足各种实时应用要求，实现经济化、智能化的应用解决方案。 

    通过Micro PLC准确的运算和的模拟量输出，控制Twin Line系列伺服系统，可以实现紧密纺细纱机所要求的前、后罗拉精密同步、以及钢领板电子成形；Micro PLC的内存扩展功能也为紧密纺细纱机控制所需的大容量数据存储区提供了有力的。

    ATV31系列变频器是新推出的、ATV28系列变频器的升级产品，功率范围从0.18～15 kW，有6个逻辑输入口、3个模拟输入口、1个逻辑/模拟输出口和2个继电器输出口。ATV31系列变频器具有性高、结构紧凑、便于使用等特点，内置A级EMC滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线，提供电机和变频器保护、加/减速斜波、16段预置速度、双(10V)信号给定、PI调节器、制动顺序、以及横动控制(Traverse Function)等众多功能，可以很好地满足各种机械的应用要求。

4. 细纱的电子成形控制
    细纱的管纱如右图所示，分管、管身和管底三个部分，卷绕形式采用圆锥形交叉卷绕形式(又称短动程升降卷绕)，同一层纱各处的卷绕直径不同，以实现退绕时纱可从管抽出而管体不转动，适应高速退绕的目的。

卷绕成形运动由两个运动组合而成：
• 圆周运动：电动机通过锭带拖动筒管恒速转动
• 轴向移动：钢领板短动程升降运动引导纱在卷绕面上均匀分布
其中：
• 卷绕转速(nW)=锭子转速 - 钢丝圈转速  v/(dx) (v：前罗拉线速度，dx：筒管的卷绕直径)
• 钢领板升降速度(vR)＝=  * nW (：卷绕节距)

1. 引言
    化纤纺丝工艺中，聚酯切片经干燥设备除去水分后，通过螺杆挤压机加热熔融挤出，经计量泵计量喷丝成形，然后在恒温恒湿条件下冷却固化以及牵伸，后通过卷绕头将纺丝成形的纤维卷绕成为成型良好的丝饼。其中，卷绕头卷绕成的丝饼需满足容量大、形状稳定、张力均匀、退绕容易等要求，具有高速度、大卷装、连续自动化等特点，是化纤纺丝机上技术构成复杂、自动化程度的关键设备。

    根据纺丝工艺要求，卷绕头按纺丝速度可分为常速卷绕头(1000m/min左右)、高速卷绕头(3000～4000m/min)、以及高速卷绕头(6000～8000m/min)；根据升头落筒方式，卷绕头可分为半自动卷绕头和全自动卷绕头，其中，半自动高速卷绕头只有一个卷绕轴(卡头)，具械结构简单、性价比好等优点，缺点是在丝饼卷绕完成后需要人工升头换筒，有废丝，不能实现生产的连续化；全自动高速卷绕头具有两个可以自动切换的卷绕轴(卡头)，升头换筒过程全自动化，无废丝，可以大限度提高生产率，是卷绕头的主要发展方向。

    高速卷绕头的控制是通过对摩擦辊高速旋转速度(即卷绕线速度)的精密测量，准确控制卷绕轴的卷绕速度，实现纺丝卷绕的恒线速度恒张力控制。对全自动卷绕头来说，还需要实现的升头换筒的全自动控制。此外，还包括横动机构的三角波防叠控制、卷绕压力控制、卷绕与牵伸部分的同步控制、每个卷绕头卷绕工艺参数的设置及过程监控、以及成组卷绕头的联网集中监控等。

2．控制系统方案
    高速卷绕头控制系统采用Micro系列PLC(TSX3722 CPU)为控制，采用ATV31系列经济型磁通矢量控制变频器控制卡头和横动电机。摩擦辊转速的测量通过Micro PLC的高速计数口实现；ATV31变频器的控制采用Micro PLC的通讯扩展口(插入TSXSCP114 Modbus通讯扩展卡配TSXSCPCU4030通讯电缆，作为主站)与ATV31内置的Modubs接口连接，构成Modbus总线，通过通讯控制方式实现；卷绕头卷绕工艺参数的设置及联网集中监控则通过Micro PLC的编程口(加装TSXPACC01总线隔离盒，作为从站)与上位工控机(作为主站)的串行口连接，构成上一级Modbus总线实现。

   Modbus协议是由台PLC的Modicon (现为施耐德电气公司PLC)于1978年开发的一个用于PLC和编程器之间通讯的协议，1980年起，为众多设备制造商在其不同的设备中采用，成为现场总线开放、应用广的通讯协议。

    Modbus 协议是一个分级结构 (主从式) 异步串行通讯协议，可使主站对一个或多个从站进行访问，主站和从站之间允许多点连接。 Modbus 协议约定，只有主站对数据的交换进行管理，从站不能够自己发送信息。主站和从站可以有两种对话方式：查询方式(主站对一个从站进行对话并等待其回应)和广播方式(主站对所有从站进行对话且无须回应)。
Modbus 协议可以实现主站和多个从站之间的数据交换及检验，因而在每个从站单元中都定义有数据区以使主站能够对其中的数据进行读出和/或写入操作，Modbus报文结构如下：

    ATV31变频器内置的Modbus接口与CANOpen总线接口兼容，物理层为RS485，采用Modbus RTU方式，波特率可以是9.6/19.2Kbit/s，连接介质可采用屏蔽双绞线，传输距离可达1000 米，单总线上连接数量多为31台；连接时，只需将PLC和变频器的DA、DB和0V共三根信号线互连即可方便地构成Modubs总线。

    应用方面，需要对PLC和变频器的相应接口进行相关设置(包括Modbus 主/从站方式、从站号、以及波特率、数据位、停止位、校验等参数)，然后通过PLC编程软件在Miro PLC内编写相关读写操作的通讯程序，对多个从站的通讯可以通过编写时间片程序(时钟计数指令或电子凸轮指令)分时执行上述读写操作的方式实现。读写操作编程示例如下：

注： m - 模块号(Micro PLC为0)，v - 通道号(编程口为0，扩展口为1)，i - 从站地址(变频器从站号)

    对联网集中监控的上级Modbus总线，只需通过PLC编程软件对Micro PLC的编程口进行相关设置(包括Modbus 从站方式、从站号、以及波特率、数据位、停止位、校验等参数)，然后通过上位机对Micro PLC的相应内存区进行读写操作即可，在Micro PLC内任何编程工作。

    对摩擦辊高速旋转速度(即卷绕线速度)的测量可通过Micro PLC的高速计数口，应用Micro PLC的快速任务(Fast Task，即定时中断服务程序)精密实现，精度达1个脉冲；横动变频器部分的三角波防叠功能可通过PLC软件编程或ATV31变频器内置的横动功能实现；此外，Micro PLC提供的丰富的库函数(字表操作、数制转换、三角函数、浮点数运算等)及在线编程、调试工具，为高速卷绕头系统编程、调试及工艺修改提供了大的便利。