6ES7241-1AA22-0XA0产品信息
1.1 行业介绍
钢丝裁剪机是属于非标设备，用于各种钢丝绳的快速定长裁剪。该设备主要用于电梯部件配套厂，用于生产定长的钢丝。目前钢丝裁剪全部使用的是人工切割，效率比较低，质量不能完全保证。使用该设备主要提高了生产效率、降低了人工成本。
1.2 客户需求
客户是为电梯厂做配套用的定长钢丝，把一卷钢丝裁切成一定长度的。目前这一操作是由人工完成的，效率比较低，裁剪精度不高。客户希望提高产品的质量、生产效率，使用自动化设备，代替这一个工序。由于主要是为电梯厂配套加工，客户要求PLC有较高的稳定性，保证设备的长久正常运行，降低后期维护费用。
1.3 解决方案
钢丝裁切设备控制工艺比较复杂，需要和变频器做485通讯控制，还要控制2个伺服电机。案例中选用永宏FBs-24MCT做为控制核心，使用FBs-CB5用于和变频器通讯，2台变频器使用FID-E1变频器，2台伺服使用FSD-E2伺服,人机界面选用永宏FT系列触摸屏。
1.4 方案背景
永宏MC系列高功能型主机有10点至60点不等的机型，主机多配置8点200KHz高速计数、8点200KHz高速脉冲输出，可拓展5个通讯口，通讯速率达921.6Kbps。PLC的程序执行速率为0.33uS，程序容量高达20KWords,顺序指令36个，应用指令326个（126种）。
二 控制系统设计
2．1硬件配置
设备的控制核心采用永宏FBs-24MCT主机一台，该主机配置14点输入、10点晶体管输出。控制2台伺服。主机自带一个RS232通讯口，除作为编程口之外还可以作为人机或其他设备的从站使用。人机界面采用了永宏HU070人机界面一台，该人机采用65536色真彩TFT液晶，具有800×600的分辨率。主机扩展FBs-CB5，用于对2台变频器的控制。
图2-1 硬件配置图
2．2控制工艺流程设计
钢丝裁切机工作分手动和自动两部分。手动部分，主要用于气缸、各电机的动作。自动部分，主要流程是，计量轮伺服先转动一定距离，机械手夹住；机械手伺服和计量轮伺服转动；到喷漆位置后，机械手伺服和计量轮伺服停止转动，进行喷漆。喷好漆之后，机械手伺服和计量轮伺服开始继续转动，到设定长度处，两台伺服都停止转动。裁切气缸动作，进行切割，机械手放开钢丝，继续向前运动一定距离，返回原点。
以下是控制工艺流程图。
图2-2 控制工艺流程图
2.3软件设计
2.3.1 PLC定位指令的编写
从设备的工艺流程上，我们可以看出该设备的控制关键是对伺服脉冲的控制。FBs-PLC的定位功能将市售专用NC定位控制器整合于PLC内，使PLC与NC控制器能共享相同的数据区，而无需作两系统间的数据交换与同步控制等繁复工作，但仍可用一般常用的NC定位控制指令（例如DRV、SPD…等）。
一台FBs-PLC多可控制4轴的定位运动，并可作多轴同动控制，除了仅提供点对点的定位速度控制，并提供各轴间直线补间功能。当系统应用超过4轴时尚可利用FBs-PLC的CPUbbbb功能达到更多的定位运动控制。
永宏PLC提供的伺服表格命令。如下图2-3所示为定位控制指令，在程序中输入140指令，按“;z”;键，进行伺服表格的建立。当M10导通就开始执行伺服发脉冲命令。以上即为定位控制的使用简介，通过定位指令可提高设备动作的精度。
图2-3 永宏脉冲指令
2.3.2 人机界面的编辑
钢丝裁切设备主要需要以下功能界面：“;手动操作”;，“;自动操作”;，“;参数设置”;，“;报警界面”;，“;IO监视”;等。如下图2-4所示
手动控制画面，主要用于控制一些开关量的输出点和2台伺服电机的手动运动。
如下图2-5所示为自动控制画面。需要设置所需要钢丝的长度、计划条数等参数。一旦启动后，设备根据所设定的相关参数条件进行动作。实现多钢丝绳的剪裁加工。
图2-4 菜单界面画面
图2-5 PVC吸覆加热自动画面
三 设备调试
该设备在调试时，主要是要确保伺服的精度。设计系统时，采用上电原点复位，保证系统每次处于初始状态。在设备运行中，会发生因钢丝自身的应力，产生打卷的情况。需要使用变频器控制电机，在规定时间内进行转动额定的圈数。防止钢丝打卷。系统还对各种意外情况做了一定的保护功能。
四
设备完成后，基本实现了客户提出的设计要求。原来裁剪钢丝是使用人工的，效率比较低，质量也无法保证，现在使用自动设备后提高了生产效率，实现了无人值守，便可实现生产。
说，自动化在现代的工业生产中起着举足轻重的作用，是促进我国生产力发展中，不可缺少的一部分。在劳动力紧缺的现在，自动化将以全新的作用，为现代化的工业生产做出巨大的贡献
1引言
随着电力电子技术、微机控制技术以及大规模集成电路的发展，基于集成PWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、等突出优点而得到广泛应用。本文介绍的GTRSPWM变频调速系统是以大规模专用集成电路HEF4752和单片机（8098）为核心构成的控制电路，由HEF4752产生的三相PWM信号经隔离、放大后，驱动由GTR构成的三相桥式逆变器，使之输出三相SPWM的波形，实现异步电机变频调速。
2HEF4752简介
HEF4752是采用LOCMOS工艺制造的大规模集成电路，专门用来产生三相PWM信号。它的驱动输出经隔离放大后，既可驱动GTO逆变器，也可驱动GTR逆变器，在交流变频调速和UPS中作中心控制器件。
2.1主要特点
1）能产生三对相位差120°的互补SPWM主控脉冲，适用于三相桥结构的逆变器；
2）采用数控方式不仅能提高系统控制精度，也易于与微机联机；
3）采用多载波比自动切换方式，随着逆变器的输出频率降低，有级地自动增加载波比，从而抑制低频输出时因高次谐波产生的转矩脉冲和噪声等所造成的恶劣影响。调制频率的可调范围为0～100Hz，且能使逆变器输出电压同步调节。
4）为防止逆变器上下桥臂器件直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔，间隔时间连续可调。
2.2引脚说明
HEF4752为28脚双列直插式标准封装DIP芯片，它有7个控制输入，4个时钟输入，12个驱动逆变器输出，3个控制输出。其外部管脚排列如图1所示。各管脚功能描述如表1所列。
2.3HEF4752工作原理
HEF4752是一种基于同步式双缘调制原理产生SPWM信号的专用集成电路,其原理框图如图2所示。
2.3.1输入功能
1）输入I用来决定逆变器驱动输出模式的选择，当I为低电平时，驱动模式是晶体管，当I为高电平时，驱动模式是晶闸管；
2）输入控制信号K和时钟输入OCT共同决定逆变器每对输出信号的互锁推迟间隔时间；
3）相序输入CW用来控制电机转向。当CW为低电平时，相序为R、B、Y；当CW为高电平时，相序为R、Y、B；
4）输入L用来控制起动/停止，L为低电平时，在晶体管模式下封锁HEF4752所有的脉宽调制驱动输出，但产生输出信号的内部电路仍在继续“运行”。L为高电平时解除封锁。L除起停电路外，还可方便地用于过流保护；
5）控制输入A、B、C供制造过程试验用。工作时必须接到Vss（低电平）。但A还有一个用处，即刚通电时，A置高电平初始化整个IC片，被用作复位信号；
6）时钟输入
频率控制时钟（FCT）控制输出PWM信号的基波频率，即决定逆变器的输出频率fout，从而控制电机转速，fFCT=3360×fout。电压控制时钟（VCT）控制PWM信号的基波电压幅值，使输出电压自动地正比于其输出频率，在给定的输出频率下，平均逆变输出电压的幅度由fVCT控制。参考时钟（RCT）是一个固定时钟，它决定逆变器的高开关频率fs(max)，fRCT=280×fs(max)，一旦fRCT确定，则HEF4752输出脉冲的调制频率就在0.6fs(max)～fs(max)之间变化，且逆变器的开关频率是输出频率的严格整数倍fs=N×fout，N为频率比，其N值为15，21，30，42，60，84，120，168；
7）输出推迟时钟（OCT）控制HEF4752每对输出信号互锁推迟间隔时间τd（对晶体管模式）以防逆变器同一桥臂上、下两只开关器件导通引起直通，推迟间隔时间的选择端（K）一起决定τd的长短，其关系式为
一般情况K保持为高电平，通常可取fRCT=fOCT。
2.3.2输出功能
1）逆变驱动输出HEF4752有六个主驱动输出组成三个互补对，还有和每一主输出相关联的辅助输出。在驱动GTR逆变器时，输出波形是双边沿调制的脉宽调制波，其调制原理可由图3加以说明。图中假定载波在一个周期内有9个脉冲（这个脉冲数被称为频率比），载波脉冲的两个边沿都用一个可变的时间间隔量δ加以调制，使δ∝sinθ（θ为未被调制时载波脉冲边沿所处的时间，或称角相位）。sinθ>0时，该处的脉冲变宽；sinθ<0时，该处的脉冲变窄。三相输出的调制脉冲波相位互差120°，如图3中UR、UY、UB所示。图3中的VRY是R相和Y相间的线电压波形。这个脉冲波平均值的波形接近正弦波。显然，频率比N的值越大，线电压平均值的波形就越接近正弦波，而良好的正弦波输出，正是交流电机所要求的。
2）控制输出RSYN是一个脉冲输出，其频率等于fout，脉宽等于VCT时钟的脉宽，主要为触发示波器扫描提供一个稳定的参考信号。
输出电压模拟信号VAV为一数字信号，它模拟逆变器输出线电压的平均值。它不受互锁推迟间隔的影响，也不被控制输入L封锁，其频率等于逆变输出频率fout，并为6fout所调制，VAV在fVCT的闭环控制中非常有用，可用来改善输出电压对输出频率关系的非线性。
逆变器开关输出CSP是一脉冲串，不受L状态的影响，其频率为逆变器开关频率的2倍，其中每一脉冲的下降沿发生在主输出的零调制点。
3系统的硬件电路
整个系统的硬件电路由主电路、控制电路、驱动电路、保护电路等构成，其电路框图如图4所示。
3．1主电路
其形式是AC/DC/AC逆变电路，由三相整流桥、滤波器、三相逆变器及电流互感器LEM组成。三相交流电经三相桥式整流后，得到脉动直流电压，再经电容器C1、C2和均压电阻R1、R2组成的储能、滤波后以直流电压供给逆变器。主开关器件选用日本富士公司生产的EHR系列的6单元GTR模块，构成本系统三相逆变器。
3.2控制电路
8098单片机及外围电路芯片8254，2764、74LS273、74LS139和HEF4752三相PWM产生器构成本系统控制电路，其控制框图如图5所示。
单片机除完成对HEF4752的初始化、输出脉宽控制、频率控制外，还完成数据处理、模拟信号与数字信号的检测、保护功能的逻辑判断。在系统通电时，HEF4752必须有初始化过程。在初始化的前半段，内部电路应被清零，要求至少送3360个脉冲进入FCT端。在初始化的后半段，输入脚的所有输入状态都必须建立起来。如果FCT从零开始起动，好以0.04fRCT的频率送3360个脉冲给FCT端，否则，HEF4752的前几个输出脉冲将是以频率比N=15而不是168送到逆变器，这有可能对逆变器造成损害。
3.3驱动电路
GTR基极驱动电路的性能直接影响着GTR的工作状况，在设计和选择基极驱动电路时，应考虑优化驱动和自动快速保护的特点。本系统驱动电路由UAA4002构成。HEF4752输出PWM信号经脉冲变压器或光电耦合器，通过驱动模块UAA4002对工作于开关状态的GTR模块实现优基极驱动。其正向驱动能力为0.5A，反向驱动能力为－3A，如果需要增加驱动能力，可外接功放晶体管加以扩展。
3.4保护电路
为使GTR逆变器安全工作，控制电路中必须有保护电路。保护电路的功能包括过压保护、过流保护、过载保护。采用电流传感器模块（LEM）测三相逆变器的输出电流，电流检测信号经测量电阻转换成电压信号。过压保护信号取自主电路滤波电容器端，经电阻分压后获得。为防止高压信号进入控制电路，而采用光电隔离。一旦检测值超过给定值，保护电路发出的信号和来自单片机的控制信号一起封锁了HEF4752三相PWM脉冲输出，使GTR关断。
4系统软件设计
软件程序设计是整个系统控制设计的核心，它控制逆变器的输出特性，如电压、频率范围、稳定度、可靠性等，图6为系统的程序框图。
本系统的控制程序功能如下：
1）8098单片机、外围芯片及HEF4752的初始化，满足系统的通电条件，确保逆变器的安全运行。在系统通电时，需对HEF4752进行初始化，此时其输出被封锁，以建立起正确的时钟和输入条件，使逆变器的功率器件不致因HEF4752的误输出而损坏。
2）合理选用逆变器的输出控制方式。逆变器输出频率为0～60Hz，输出频率小于50Hz时，电动机运行在恒转矩特性段；输出大于50Hz时，电动机运行在恒功率特性阶段。为了补偿低频段定子绕组压降，在低频段适当地改变fVCT值。图7为逆变器实际的电压频率运行曲线。
3）逆变器输出频率由面板的电位器给定。在初始化完成后，由软件改写中断挂号寄存器INT－PENDING，以期产生A/D完成中断，读入初始给定的频率值，随后的设定值由A/D完成中断，每隔100ms定时读入，并经中值滤波，以消除干扰的影响，用软件控制HEF4752输出的PWM脉冲。
4）根据给定的变化，控制电机平滑、快速地跟踪给定转速。系统有积分软起动功能，用户可突给频率，使输出平滑地跟随给定的变化。系统还设有快/慢启动及正/反转开关供用户选择。
5）在程序中还安排了故障及显示程序。一旦出现故障，可自动切断主电路电源、封锁PWM信号输出，判别故障类型并显示出来。