西门子6ES7221-1BH22-0XA8接线方法

西门子6es7221-1bh22-0xa8接线方法

1 引言
　　医用注射针刺穿力试仪是机电气一体化医用器械生产检验设备，是上海某药机公司的重要产品。广泛应用于生产医学用针的生产厂家。该机利用plc控制步进电机使医用针头下行使其穿透薄膜，在穿透过程中通过压力传感器使针头所受的力经过ad转换通过通讯传输给plc，通过触摸屏打印功能打印检测报告，经过数据计算和曲线的判断结合数据判断，检测注射针产品刺穿力的质量参数。

2 解决方案
2.1项目设计
　　（1）测力传感器的初始化：通过测力传感器通讯传过来先进行清零，然后根据普通的的砝码进行标定，是测力传感器数据进行初始化处理。
　　（2）记录实时数据：按上针头通过步进电机往下传送，当针头触碰到下方的薄膜时，plc根据传感器判断受力有一个跳变开始每个100ms记录数据，在针头穿透薄膜10mm时，针头通过步进电机往上，直到走到上限为止。
　　（3）数据曲线分析描绘：上限到了以后，plc马上开始描出刚才针头从针头触碰到下方的薄膜开始到针头穿透薄膜10mm结束，这一时间内所运行在每个位置受到压力的曲线（纵坐标为受力、横坐标为位置），不仅如此还得找出这条曲线中前四个拐点（这其实是一个比较麻烦的事情）并把它们的受力及位置记录下来，并且找出大值，且曲线纵坐标会根据大所受力的大小实时的更新（如果在运行过程中发现针头大受力小于1牛，那纵坐标就是0-1n，如果在2n之内，那纵坐标就是0-2n，以此类推。
　　（4）存储数据进行处理：在每做一个试验后，把每次实验的大的受力数据记录下来，然后实时的把这几次的受力数据的平均值及根据一个特定的公式计算的偏差值计算出来，如果用户要人为的清除某一个值，那此两个值要实时的更新，好让用户判断是否针头是否合格。
　　（5）打印曲线及数据：根据要求每一个数据都必须记录下来的要求，客户要求每一个数据都必须打印出来的要求，利用台达人机打印的功能完成此要求。

2.2 电控设计
　　医用注射针刺穿力测试仪由plc、测力机构、测距机构、打印机等部分组成。其中测力机构采用专用的0.001牛高精度压力传感器，并且测试可以通过台达触摸屏可以实时地打印，在同行当中属于中机种，对于各种形状、大小的针头外形都能进行jingque测试。
　　主控制器选用sc系列dvp-12sc11t型plc（12sc）。台达sc系列plc是运动控制特殊功能专用plc，sc系列plc主机点数12i/o，模块可扩展200点以上。sc系列拥有高速脉冲输出与脉冲计数功能。高速脉冲输出支持2点(y10, y11)独立高速脉冲输出功能，高可达100khz(总合频宽130khz)。通讯端口内置rs-232与rs-485，兼容modbus ascii / rtu通讯协议。双轴插补功能支持定位控制指令：透过zrn(原点复归) / drva(寻址) / drvi(相对定位)指令，sc系列可轻易的与台达伺服搭配完成各种运动控制需求。人机界面选用台达5.7英寸单色16灰阶dop-a57bstd 型触摸屏。系统构架如图1所示。

  
2.3控制难点
　　此方案难点就是技术细节的处理，比如与传感器的通讯（传感器的协议比较复杂不是标准的协议）、描绘曲线、拐点的捕捉、数据的实时处理、打印的控制，特别是通讯和拐点的捕捉，都是一些费心思的一些事情。

3 台达自动化品牌特点
　　中达电通的母公司为世界的电子制造跨国企业——台达电子集团，台达集团在江苏吴江建有规模庞大的生产基地，是全球大电源管理系统供货商和台达变频器、编码器、人机界面、plc、伺服、温控器等机电产品的制造厂商。中达电通主要为中国具成长潜力的通信及自动化市场提供设备和服务。其主要产品和服务包括视讯设备、动力系统、宽带数据和机电自动化四个方面。作为工控行业内的厂商，尤其是在国内唯一能将机电产品做的如此全面的制造厂家，通过应用自己的产品能够为各行各业的客户提供全面的解决方案。佳的产品性价比、周到完善的全国乃至全球联保服务能够保证客户利益。中达电通的服务体系遍布全国。随着台达产品的越来越多，功能也越来越全，在给客户提供产品控制系统功能选择及使用越来越方便及越来越多样化。

1、引言
在国产高压变频器的设计中，为了提高高压变频器内部控制的灵活性以及在现场应用的可扩展性，通常在高压变频器中内置plc。自从20世纪70年代台plc诞生以来，plc的应用越来越广泛、功能越来越完善，除了具有强大的逻辑控制功能外还具其他扩展功能:a/d和d/a转换、pid闭环回路控制、高速记数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，并可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使其控制水平大大提高。
本文以广州智光电机有限公司为攀钢集团成都钢铁有限公司污水处理厂设计生产的国产高压变频器zinvert-h800/b10为例，介绍了三菱plc在高压变频器控制系统中的运用。
2、广州智光电机高压变频器简介
广州智光电机有限公司推出的新一代高性能zinvert系列智能高压变频调速系统为直接高－高型变频调速系统，通过直接调节接入高压电机定子绕组的电源频率和电压来实现电动机转速的调节从而达到节能的目的。它是集大功率电力电子控制技术、微电子技术、高速光纤通信技术、自动化控制技术和高电压技术等多学科为一体的高新技术产品。该产品采用主流高性能专用双dsp控制系统和大规模集成电路设计，通过jingque的数字移相技术和波形控制技术实现了高压电机的灵活调节和能耗控制。
3、plc在国产高压变频器中的设计使用
3.1plc主要逻辑控制
（1）用户要求高压变频器在出现故障停机时能快速自动切换到工频旁路运行，笔者给高压变频器专门配置了可以实现自动旁路功能的旁路柜，如图1所示，k1～k4为手动操作刀闸，j1～j3为高压真空接触器。在变频器发生故障时，旁路柜可以在几秒内完成从变频到工频的转换;而变频器在工频运行时，通过1个按钮就可以实现变频器从工频到变频的转换。这样的控制要求增加了变频器整机控制逻辑的复杂性。

图1自动旁路柜
自动旁路柜控制逻辑简要介绍如下：
变频调速系统退出变频转工频运行有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，当变频器发生停机故障时变频器自动从变频转工频;选择手动方式时则需人工操作。
变频调速系统退出工频转变频运行也有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，只需在控制柜上按一个按钮，变频器就自动完成从工频转变频;选择手动方式时则需人工操作.
（2）plc控制系统原理图
plc主机选用输入输出点数48点，型号为fx2n-48mr，plc作为系统逻辑量控制的控制核心，在自动旁路柜的逻辑关系控制中起着至关重要的作用。plc控制系统原理图如图2所示。
图2plc控制系统原理图
旁路柜的逻辑控制要求比较复杂，采用plc控制，接线简单，提高了可靠性;旁路柜的逻辑更改也变得很简单，只需修改plc梯形图程序就可以了，很方便满足用户现场的控制要求。
（3）plc功能指令实现高压变频器pid闭环控制
用户现场对变频器闭环控制提出的要求是:变频器能够根据用户系统用水量的变化，自动调整变频泵的转速，实现管网恒压供水;同时还可以在液晶屏上设定压力目标值。
针对用户的要求，plc另外配置了模拟特殊模块fx2n-4ad和fx2n-2da。fx2n-4ad为模拟输入模块，有四个输入通道，大分辨力12位，模拟值输入范围为-10v～10v或者4～20ma;fx2n-2da为模拟输出模块，有2个输出通道，大分辨力12位，模拟值输出值范围为-10v到10v或者4到20ma。这样通过读取指令（from）和写入指令（to），以及plc带有的pid闭环控制功能指令（如图3所示），就可以实现对用户现场的管网水压进行pid闭环控制。
图3带有的pid闭环控制功能指令的plc 程序
其具体编程过程是这样:plc读取指令（from）读取用户水压反馈值，把反馈值用移动指令（mov）存入pid指令中的d12数据地址里;把用户的水压设定值用移动指令（mov）存入pid指令中的d10数据地址里;d200～d222保存pid的运行参数;d14为pid指令的运算值输出，通过plc的写入指令（to）把pid闭环运算结果d14写入模拟输出模块，再通过模拟输出模块转换成-10v～10v或者4～20ma的模拟信号送入高压变频器控制器进行频率设定。
在进行pid运行参数设置时，p、i、d的参数设定尤其重要，其设定的好坏直接关系到管网水压控制的好坏。p表示比例增益，设定范围为0～99(%)，比例调节设定大，系统出现偏差时，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例增益，会造成系统不稳定;i表示积分时间，设定范围为0～32767(*100ms)，积分时间越小，积分作用就越强，反之i越大则积分作用弱;d表示微分时间，设定范围为0～32767(*10ms)，微分调节有超前的控制作用，合适的微分时间能改善系统的动态性能。
攀钢污水处理厂供水管网比较庞大，管网水压对水泵转速的变化响应比较缓慢，因此pid的计算速度不能过快，即比例调节不能过快，否则如果管网水压突然变化大时，变频器的调节容易形成较长时间的振荡。根据这一情况，如图3所示，可以在plc控制程序中加入pid间隔计算时间（t0）以及pid运算死区（m0），这样就可以把pid的计算速度调节至与管网水压变化速度相一致，避免管网水压震荡。
（4）plc功能指令实现plc与变频器上位机通信
为了使变频器上位机能对plc进行显示、报警及记录，plc还配置了通信模块fx2n-232bd，实现与变频器上位机的串口通信，通信编程指令如图4所示。

plcrs232串口通信可使用无协议（rs指令）或专用协议与上位机进行通信，本例中使用无协议与上位机进行通信，如图四所示:d8120用于设定plc通信格式，d50表示发送起始地址，k60表示发送字节数量，d150表示接收起始地址，k20表示接收字节数量。
4、结束语
高压变频器自动旁路柜采用plc进行旁路逻辑控制，通过在攀钢污水处理厂运行的智光高压变频器模拟故障说明，高压变频器自动旁路柜在从变频转工频，工频转变频的相互切换非常方便，能在10s以内完成，大大提高了水泵运行的可靠性。现场pid闭环控制效果非常理想，水压波动非常小，波动在超过0.1kg时，变频器能迅速调节转速，把水压控制在设定范围内，调节转速时不会产生任何振荡。

该系统的电气部分采用的是施耐德tsx系列plc,该plc特点:
　　·提供8种cpu卡件，可灵活实现本地控制与远程监视的完美结合。
　　·提供开放的通讯连接，通讯适配器支持：modbusplus、interbus、profibus-dp、fipio、controlnet、devicenet、as-i、tcp/ip以太网等。
　　·提供多种符合工业现场信号规格的i/o模块，包括：开关量i/o模块、模拟量i/o模块、混合i/o模块等。
　　·独到的tcp/ip以太网模块和先进的cpu技术提供高速的以太网i/o扫描器，确保工业实时性的要求，经济、可靠、灵活、方便地实现现场控制站的功能。
　　本系统电气控制部分采用施耐德tsx系列plc，带文本显示器，并通过phoenix现场端子模块与现场众多的阀及检测开关的连接，结构紧凑，稳定可靠，完成焊装夹具的各夹持机构的协调运行控制和检测，并具有连续动作反过程运行、故障报警显示，自动连续生产等功能。
　　

1 引言

  恒温恒湿箱主要是针对于电工、电子产品，以及其元器件，及其它材料在高温、低温、湿热的环境下贮存、运输、使用时的适应性试验。该试验设备主要用于对产品按照国家标准要求或用户自定要求，在低温、高温、高温高湿例行条件下，对产品的物理以及其他相关特性进行环境模拟测试，测试后，通过检测，来判断产品的性能，是否仍然能够符合预定要求，以便供产品设计、改进、鉴定及出厂检验用。恒温恒湿试验箱外形如图1所示。

 图1 恒温恒湿试验箱

2  系统设计

2.1 工艺描述

   设备主要由制冷系统、加热系统、除湿系统、加湿系统、水箱、恒温恒湿箱体等主要部分组成。设备以plc与温度控制器自动化平台，系统集成温度传感器、湿度传感器、触摸屏、固态继电器等，组成恒温恒湿箱电气控制系统。使用温度传感器获得温度的感应电压，直接接入至一台温度控制器中，根据自动整定获得的pid参数，输出0-10v的线性电压对加热系统进行控制。使用湿度传感器获得湿度的感应电压，直接接入另一台温度控制器中，根据自动整定获得的pid参数，采用pwm控制方法控制固态继电器按照计算得出的通断频率，从而调节加湿系统开关的导通时间，达到使箱体内湿度恒定的目的。

2.2控制内容及功能要求

  加热系统启动后，制冷系统则跟随启动，同时，温度控制器按照自动整定好的pid参数输出0-10v的线性电压，来控制加热系统的输出比例，从而按照周期变化后，终使温度的当前值恒定在设定值的正负0.1度之内。

  加湿系统启动后，除湿系统则跟随启动，同时，温度控制器按照自动整定好的pid参数，采用pwm控制方法控制固态继电器按照计算得出的通断频率，从而调节加湿系统开关的导通时间，终使湿度的当前值恒定在设定值的正负0.3%之内。当湿度的设定值在规定范围内，则加湿控制阀门按照预先设定的开关百分比，对加湿控制阀门进行控制，并显示开关阀门的状态与当前开度。

   系统具有液位报警信号，采集到液位报警信号后，可根据工作前设定的报警等级，对整个系统进行停机处理或仅显示报警信息等处理，并可以对产生报警信号的时间进行记录，以备日后检查使用。并且设定有报警屏蔽开关，即报警屏蔽开关打开时，当系统产生报警的时候，系统只显示报警信息，当时报警器不发出声响。

   触摸屏中设置有可对自动整定好的pid参数进行微调的页面，当温度控制器自动整定的参数并不能完全符合控制要求时，可以手动输入pid参数，即使温度控制器再次执行自动整定的功能，也并不影响pid参数。

   系统可对当前的温度与湿度每隔一个固定时间存盘一次，存储在u盘中，并可在计算机中使用excel工具软件打开查看。系统中采用的传感器可随时变更，以满足不同型号与工艺的产品使用，即使产品采用的传感器不同，只需在触摸屏中修改传感器的类型并对相关参数进行设定即可。系统具有照明灯开关按钮，当需要照明时，打开照明灯开关按钮，延时固定时间后，照明灯自动关闭。系统中温湿度的控制共采用单段控制与分段控制两种模式，当使用单段控制时，系统将温湿度稳定在设定值的偏差范围内即可；当使用分段控制时，启动启动后自动按段设定参数执行，当当前值在设定值允许的偏差范围内且每分钟的波动度、达到稳定时间后，系统自动切换到第二段参数执行，依次类推，以满足同类产品在不同温湿度段的检测工作。

3 台达自动化产品解决方案

3.1 人机界面

 hmi采用台达a系列触摸屏实现精致细腻的互动显示操作，多种语言自由切换，大量图元图库，功能强大的在线、离线仿真功能，配方趋势及数据存储、打印功能可满足各种工艺需求。温湿度控制画面如图2所示。系统参数画面如图3所示。曲线记录画面如图4所示。温控参数自整定画面等不再罗列。

图2 温湿度控制画面

  图3 系统参数画面

图4  曲线记录画面

3.2 plc主机

  台达eh2系列plc高速处理速度，工程量值转换功能，支持浮点运算，多轴同动，内置modbus总线通讯方式。

3.3 温度控制

  台达dtc系列温度控制器，集成modbus总线，高度的集成化，便于集成于控制柜内，设定简单，控制温度高。

3.4 系统通讯

  快速的modbus通讯，简化了触摸屏与plc、温度控制器之间的繁琐接线，消除了常规控制方式所带来的种种不安全潜在因素，不需要改变任何接线的多模式自由切换方式使控制更为简单，信息的实时反馈确保系统可靠运行。

4  结束语

   本系统采用了台达自动化全套解决方案。具有以下几大优点：通过modbus通讯控制方式，不但有效降低了成本、减少了客户工作量，而且为以后系统的扩展及更新提供了方便的条件；完善的故障检测功能，保证设备运行可靠；人性化的编程软件，给客户编程工作带来了极大的方便；新的控制系统不仅给客户带来了成本的极大优化，而且替换下了客户原有使用的单片机控制系统，使温度与湿度控制以及逻辑控制均可集成在控制箱体内，极大的节约了安装空间，并且plc的灵活性能更好的根据工艺的要求进行修改设计，进一步提高了客户在行业中的竞争力；依靠台达大陆子公司中达电通强大的销售与售后支持网络，使客户的设备在任何地方均可享受快捷、便利、优质的售后服务。