6ES7235-0KD22-0XA8规格说明

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是一种感应电机，它的工作原理是利用电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器

步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多知识。

步进电机作为执行元件，是的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机的主要特点

1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2．步进电机外表允许的高温度。

步进电机温度过高会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，电机外表允许的高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

4．步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

5步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。

6三相步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360度， 需要48个脉冲完成。

7步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。

8改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。

步进电机驱动器的特点

（1）构成步进电机驱动器系统的专用：

a、脉冲分配器集成电路：如三洋公司的pmm8713、pmm8723、pmm8714等。

b、包含脉冲分配器和电流斩波的控制器集成电路：如sgs公司的l297、l6506等。

c、只含功率驱动（或包含电流控制、保护电路）的驱动器集成电路：如日本新电元工业公司的mtd1110（四相斩波驱动）和mtd2001（两相、h桥、斩波驱动）。

d、将脉冲分配器、功率驱动、电流控制和保护电路都包括在内的驱动控制器集成电路，如东芝公司的tb6560ahq、motorola公司的saa1042（四相）和allegro公司的ucn5804（四相）等。

（2）“细分驱动”概述：将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法，称为细分驱动，细分是通过驱动器jingque控制步进电机的相电流实现的，与电机本身无关。其原理是，让定子通电相电流并不一次升到位，而断电相电流并不一次降为0（绕组电流波形不再是近似方波，而是n级近似阶梯波），则定子绕组电流所产生的磁场合力，会使转子有n个新的平衡位置（形成n个步距角）

本论文对华能沁北电厂辅助车间控制网的方案、功能及实施等进行了详细描述，着重阐述了QUANTUM PLC在整个辅助车间控制网中的作用，对其他电厂的相关技术人员有一定的参考作用。
　　
系统概述
　　
    华能沁北电厂一期（2X600MW）辅助车间控制网（以下简称沁北电厂辅控网）是对各个辅助系统进行集中监视和控制的系统，包括了以下的子控制系统：

　　■化学水处理系统（包括锅炉补给水系统，超滤反渗透系统）
　　■飞灰输送系统
　　■除渣系统
　　■凝结水精处理系统
　　■电除尘系统
　　■燃油泵房系统
　　■综合水泵房系统（包括空压机系统，采暖加热站）
　　■工业污废水系统（包括生活污水处理系统）
　　■输煤程控系统（包括煤水处理系统）
　　
    辅助车间的监控系统分两层，层即现场控制层，该层是生产控制的执行层，包括化学水处理系统、除灰渣、电除尘、燃油泵房、综合水泵房、采暖加热站、工业污废水等各辅助车间控制系统的QUANTUM PLC和就地控制室上位工控机通过MB+网构成的各辅助车间完整的监视与控制系统。第二层即辅控网监控层，是全厂辅机控网系统的核心层，采用光纤、光纤收发器、交换机、服务器及工控机，构成上一层完整的监视控制系统。辅控网监控层与现场控制层之间采用冗余星型网连接，使得整个系统具有极高的可靠性。
　　
系统工艺描述
　　
    在华能沁北辅控网中，2台服务器负责获取I/O信息，生成数据库。操作员站提供标准的HMI画面供运行人员操作，还要具备系统报警显示查询、报表制作、趋势显示、系统状态诊断、控制系统组态、数据库的管理和维护、上位机画面的编辑和修改等等功能。辅控网对系统的相关参数有严格的要求：

　　■QUANTUM PLC CPU模件的负荷率必须小于40%；
　　■通讯网络的负荷率必须不大于25%；
　　■I/O点裕量为10%，I/O卡槽裕量为15%；
　　■内部存储器占用容量≤50%，外部存储器占用容量≤40%；
　　■电气模拟量输入采样周期≤50ms 非电气模拟量输入采样周期≤200ms，开关量采样周期≤100ms；
　　■整套控制系统的可用率为99.9%；
　　■每幅画面上实时数据更新时间不大于1秒；
　　■运行人员通过键盘、鼠标等手段发出的任何操作指令均能在1秒内被执行；
　　■LCD每幅画面上调出画面时间≤2秒；
　　系统的难点和重点在于辅控网系统的网络设计。一个的网络设计要满足以下几个方面的要求：
　　■可扩展性：系统的规划必须考虑到将来发展的需要；
　　■高可用性：系统必须设计为冗余，既可以是CPU冗余，也可以是网络链路冗余或服务器冗余，还可以是以上几个冗余的结合；
　　■灵活性：设计良好的网络能够大限度地降低添加、变更或拆除设备带来的影响；
　　■故障的可追踪性：当系统发生故障时，设计优良的网络使得维护人员可以方便准确地确定故障点以及排除故障的方法。
　　
    在以上的几个对网络的基本要求中，高可用性是一个网络设计人员的，是重中之重。在沁北辅控网中，现场控制层通过将系统设计为CPU冗余，本地站与远程I/O站采用双缆结构通讯，现场上位机通过两块网卡实现网络链路冗余以实现系统的高可用性；辅控网监控层通过服务器冗余和交换机冗余保证了系统的高可用性。
　　
系统的组成及施耐德解决方案
　　
    沁北电厂辅控网的子控制系统中的化学水处理系统、输煤程控系统、除灰程控系统、凝结水精处理系统、综合水泵房系统（包括空压机系统，采暖加热站），燃油泵房系统，工业污水处理系统（包括生活污水处理系统）系统均采用Modicon QUANTUM PLC。每个控制站均包括有Modicon QUANTUM CPU、电源、本地I/O模块、远程I/O通讯模块，以及现场辅助监控工作站等。
　　
    沁北电厂辅控网网络采用冗余星型结构。两台服务器、两台网络中心交换机布置在集控楼的机房内，3台监

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控工作站及工程师站均布置于中央控制室。服务器、监控工作站及工程师站通过冗余通道与中心交换机连接。网络中心交换机通过冗余光纤分别与各辅助辅助车间控制系统的交换机连接，构成网络的主干。网络中心配置2台德国赫斯曼公司的Mice 3000工业级交换机，用来连接服务器、操作员站、工程师站和各子控制系统的二级交换机。两台Dell PowerEdge 1600SC 高性能服务器通过以太网直接与各子控制系统的QUANTUM PLC通讯，从PLC中采集实时数据，存储于服务器中，承担辅控网系统的数据采集、存储、处理和服务工作，并配置3台研华IPC 610工业控制机主机及21寸工业级液晶显示器作为操作员站，任意一台操作员站可承担工程师站功能。为在系统调试、启动初期以及生产巡检时方便运行操作，各辅助车间程控系统还设有各自的监控上位机。各辅助车间程控QUANTUM PLC系统与其车间监控上位机的组网方式采用Modicon的MB+网。

图1： 沁北辅控网的网络拓扑图

辅控网的网络拓扑（如图1）：
　　
    现场程控控制系统采用QUANTUM PLC和上位机的两级控制结构方式，利用PLC对现场的设备进行数据采集和控制，一般情况下由中央控制室的辅控网操作员站完成对各个子系统的监控与操作，现场各系统调试或辅控网络故障时由现场辅助监控工作临时接替监控功能。

    控制系统由上位机和QUANTUM PLC构成，上位机和PLC之间通过MB+进行通讯。控制主机型号为140CPU43412或140CPU53414。CPU采用双机热备。在本地站与远程I/O分站均采用双缆冗余结构通讯，以提高整个系统的可靠性。控制系统的PLC配置如图2所示。 

图2： 现场控制层的网络拓扑图

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    所有现场传感器信号及控制信号（输入/输出）均通过OMRON继电器隔离后再与QUANTUM PLC的I/O模块连接。控制柜内电源为DC24V，现场和控制室传送信号采用AC220V。
　　
    以前的辅控网设计中,子网系统中的上位机和PLC之间一般采用以太网通讯,即上位机和PLC系统中的以太网通讯模块连接在位于子网控制室的交换机上,以完成对PLC系统CPU的访问.而辅控网的服务器也是通过光纤访问子系统的以太网模块.这样,系统很容易造成拥塞。
　　
    沁北电厂辅控网创造性地采用了双层的通讯模式.即子系统的本地上位机通过安装在上位机内的SA85卡连接到CPU的MB+ 口上组成现场控制层的MB+网, 而辅控网核心的服务器通过100M光纤以太网访问现场QUANTUM PLC的CPU。
　　
    MB+网是Modbus plus网络的简称，它是由Modicon公司开发的为工业控制应用的令牌总线型以太网。MB+网又是一个本地网络，它允许主计算机、可编程控制器和其他数据源以对等方式进行通信，适用于工业控制领域。网络总线采用单/ 双电缆布局，可连接至多64 个可寻址节点，传输速率达1Mbps。MB＋网具有高速、对等通信结构简单、安装费用低等特点。将现场控制层的网络结构设计成为MB+网，具有以下的优点：

　　■网络系统规划设计简单明了，易于安装，费用低廉。
　　■网络中各PLC系统是对等的MB+网络从站，是提供被监控参数的站点；各监控计算机是对等的MB+网络主站，是网络通信中令牌的占用者、控制者。各监控计算机可对MB+网络中的任意QUANTUM PLC系统所控制的生产过程实现监控。
　　■因其对等性，网络系统中各监控系统对各PLC系统实现监控的任意性，使得各监控系统计算机实际可互为备用，且网络设备易于扩展、更换。
　　■网络系统通信速率高，控制实时性能力强，不会导致控制滞后。
　　
    MB+网不仅硬件配置方便、软件编程简单，SA85卡和QUANTUM PLC上的MB+网的接口还提供了错误指示灯，根据灯闪烁的频率和和次数的不同还可以方便地判断出问题的根源，这样就保证了维护人员在较短的时间内发现故障、解决问题。从现场的综合使用情况来看，由QUANTUM PLC和上位机组成的现场MB+网不仅调试方便、维护简单可靠性高。
　　
    辅控网监控层是基于TCP/IP的以太网技术。该层中通过各个子网系统的交换机或冗余机架上的NOE模块上的光纤接口连接到辅控网的核心交换机上组成快速百兆以太网。当运行人员发出操作指令时，系统通过服务器上的数据库迅速定位到相应子网系统的CPU上，通过QUANTUM PLC中的程序控制现场相应设备的启动和停止。
　　
    在沁北辅控网中，通过把现场监控层和辅控网控制层中的上位机和QUANTUM  PLC设置为不同的通讯方式，使得辅控网的拥塞和碰撞大大地减少，这样就减轻了辅控网控制层的负担，完全避免了以往辅控网系统中现场监控层和辅控网控制层的拥塞和网络碰撞,由于现场分系统的上位机完全隔离,不能互相访问也大大增强了各个子系统的安全性。由于辅控网和就地控制网之间采用了不同的通讯方式,大限度的保证了系统可靠性：即如果就地监控网络系统崩溃，辅网完全可以进行监控，辅网崩溃，就地监控上位机也可以正常工作。 
　　
应用
　　
    作为华能沁北辅控网的现场控制设备，施耐德QUANTUM PLC以其优越的性能在数据采集和控制方面发挥着积极的作用。其中CPU 53414更是单机支持超过300个回路和高达65000点I/O，背板总线速率更是高达80M。QUANTUM系统提供了IEC要求的全部五种编程方式：LD、FBD、SFC、ST和IL，完全满足了现场用户的各种需求。现场控制层的MB+总线型网络和核心控制层的以太网网络避免了传统辅控网结构的网络拥塞、减轻了系统的负担、隔离了各个辅控网的子系统，使得系统的安全性和可靠性大大提升。
　　
    本项目合同额为335万，经辅控网整合后，所有辅机子系统现场达到无人职守，每个值仅有监控主值2人，现场巡检3人，电厂用五班制，加上管理人员，不到30名工作人员就可以监控所有的系统。而过去每个子系统至少每值需要1-2人或是更多人值班、巡检，每值至少20人以上，工作人员达100多人以上。总共可节省人员70-90人，每人每年5万元，企业每年可直接减少开支近400万元。由于安全性以及管理决策便利间接带来的经济效益更是巨大的。辅控网系统从根本上改变了传统电厂辅机系统的运行模式，为电力系统的自动化打开了一个新的领域。

1 引言

    本文以日本三菱公司的新一代FX_on系列可编程控制器为例，介绍PLC在自动罐装机中的应用，这种FX-on系列PLC机以其优的性能价格比受到用户的关注，在改造旧设备、生产线以及替代进口产品方面，取得了很好的经济效益，特别是配上嵌入式全中文MCGS组态软件触摸屏，使用MCGS通用版软件，在上位机中开发，下载到下位嵌入式硬件平台中运行，完成自动罐装机产品开发。
    
    2 自动罐装机工作过程

    自动罐装机各工位基本动作如图1所示。
        

图1 自动罐装机各工位基本动作框图

    3 PLC选择及使用要求与梯形图

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    （1） PLC选择
    采用220V交流电源，型号选FXon-40MR,输入为24点继电器接点，输出为16点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制，处理速度平均为5μs/bit,程序容量950kbyt。

    （2） 外围设备
    在外围设备方面，采用RS232通信或RS485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有光电开关，接近开关，按钮等。外部输出设备有接触器，电磁阀，指示灯等。输入/输出点分配如图2所示。
        

图2 PLC输入/输出点分配图

    （3） 编制程序要求
    编制程序时，要使用外部输入相应的设备：外部输入接点闭合，操作指示灯亮，输出设备动作。外部输入接点断开，操作指示灯灭，输出设备停止动作。
    （4） 时间定时器
    时间定时器当前值设为0，定时器的点数为246, 预置值0.1—3276.7s, —327.67s, 本自动罐装机选用T3,T4 T5,T10,T11,T13,T15时间继电器。
    （5） 使用指令有LD,SET, AND,OUT,ZRST,END；
    （6） “自动部分”的程序梯形图
    按设计思路编制的自动部分的程序梯形图如图3所示。
    

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图3 自动控制部分的程序梯形图
        
    4 组态软件监控系统

    全中文工控组态软件MCGS是一套基于bbbbbbs 平台，快速构成上位机监控系统的组态软件，可运行于Microsoft bbbbbbs9598MENT€0等操作系统，有宠大的标准的工业器件、设备、图形库，支持各类型PLC可编程器（单片机、智能仪表）等硬件设备,其软件使用简单，操作方便，bbbbbbs图形功能完备，界面一次性好，图4是自动罐装机PLC组态图。
    
    

图4 自动罐装机PLC组态软件图

        
    设计中动画连接命令语言为IF—ELSE—THEN。通过设置脚本程序可以形成一个按时间循环运行方式的过程。
    
    运用组态软件进行动画调试运行，会排除现场中很多问题，可对PLC的梯形图程序进行检测，大大缩短了现场调试周期，使设备运行可靠性大大增加。
    
    5 嵌入式MCGS硬件平台

    采用MCGS公司嵌入式组态软件工作平台—TPC150L 四线电阻式触摸屏，64M内存，运行于WinCE操作系统，MCGS中断策略响应时间小于5ms，中断处理逐数响应时间小于100μs。内置流程图组态功能，可以完成逻辑控制。在通讯上，由通讯口（RS232C或RS422/485）读写PLC的内部数据。将输入、输出信号读出并送到TPC150L内存，根据TPC150L参数设置，通讯程序采用的协议为:
    传输速率 1200 bPS
    起始位数 1 bit
    数据长度 8 bits

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    偶柱校 1 bit
    停止位数 2 bit
    通讯口（RS232C或RS422/485）读写PLC的内部数据的接口程序如下:
    

    利用人机界面改变或设定PLC的数据，直接控制设备的运转。人机界面以多种不同的方式显示PLC内部数据，其显示的结果会随时随着PLC内部实际数据的变化而改变。依需要编辑各种画面，用以显示设备状态、操作指示、参数设定、动作流程、统计数据、警报讯息、简易报表等。

    当报警发生时，报警条件成立，人机界面会立即显示相关的信息或简易报表等重要记录。
    
    6 结束语

    自动罐装机采用PLC及嵌入式MCGS组态软件控制，自动化程度高，便于维护管理，提高控制精度，确保产品质量，也提高了运行的灵活性，自2003年6月，自动罐装机应用于顺德劲力电机厂，一直运行可靠，是一种先进的自动化生产设备。