6ES7223-1BM22-0XA8产品描述
1引言
当今自动化控制产品日新月异，相同功能的实现有各种各样不同的方式。比如很多设备上都要使用的定位控制的实现就有很多种方法。有的利用单片机结合伺服系统实现定位控制；有的使用PLC高速脉冲输出功能或配定位单元结合伺服系统实现；还有的利用变频器的多段速控制来实现定位控制。但不同的定位控制系统有不同的特点，成本也有很大的差异，于是针对不同的设备对精度和响应速度的要求，选用合适的定位控制系统以实现优的性价比就非常必要。本文介绍一个高性价比的，应用台达PLC的高速计数器和与变频器通讯的功能来实现的定位控制的例子。
2 控制实例
切纸机械是印刷和包装行业常用的设备。其完成的基本动作是:把待裁切的材料送到指定位置，进行裁切。其控制的核心就是一个单轴的位置控制。我们已经成功的利用PLC对变频器的端子进行控制，实现多段速调速，从而完成这个单轴控制。因为考虑到控制成本和操作的方便性，我们又应用台达的ESPLC和VFD-B变频器通过通讯来实现这个位置控制。
3系统的构成
PLC作为控制的核心，主要用来接收编码器的反馈信号实现对当前位置的检测，通过和设定值的比较用通讯功能来控制变频器的输出频率从而实现jingque定位。通过HMI可以方便的设定PLC的一些内部寄存器值进行人机交互，并且变频器的工作频率可以在HMI上方便修改和直观显示。台达的DVP系列PLC都具有两个通讯口，COM1是RS232,COM2是RS485，支持ModBusASCII/RTU通讯格式，通讯速率高可达115200bps，两通讯口可以使用。无需用任何扩展模块就可以实现既可连接用于参数设置的人机界面又可用通讯的方式控制变频器等其它设备。并且DVP系列PLC提供了针对ModBusASCII/RTU模式的专用通讯指令，这样在编写通讯程序时就可以大大简化，无需像用串行数据传送指令RS那样要进行复杂的校验码计算和遵循复杂的指令格式。台达的VFD系列变频器内建有单独的RS-485串联通讯界面，并且也遵循MODBUSASCII/RTU通讯格式（VFD-A系列除外）。基与这些特点我选用了性价比优异的DVP ESPLC和VFD-B变频器。整个系统的结构图如图一所示。
图一：控制系统框图
4 PLC的I/O分配
由于使用了通讯控制，可以省去用于控制变频器的五个输出点，PLC输出点的使用减少了。选用了DVP14ES00R2和一个扩展模块DVP08XM11N。I/O点的分配见表1。需要注意的是DVP14ESPLC的扩展模块地址输入点是从X20开始，输出点是从Y20开始。
表1：PLC I/O分配表
5ES系列PLC的高速计数器的应用
此工程中所选编码器分辨率为500p/r，机器原系统配置编码器分辨率为200p/r，理论精度比过去提高两倍以上。电机为1450r/min，传动系统减速比为2.4。由此可计算出额定转速下编码器输出的高脉冲频率为：
1450r/min÷60s/min÷2.4×500P/R≈5KHz。
台达ES系列的高速计数器功能不算强大，其X0和X1可以接受的高频率为20KHz的脉冲，但在这个系统中还是足以胜任的。为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器C235和C236。C235通过计算所有前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置，此功能实现的程序段见图2所示。其程序中的M45和M47用于滤除定位完成后裁切过程中或其它震动造成的编码器输出的误脉冲，以实现位置的jingque性。
图2：实现显示当前位置的高速计数程序段
C236用于进行jingque定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到C236，不论进给机构前进还是后退，C236进行减计数，对C236中的数值进行比较，根据比较结果控制变频器的输出频率，实现接近设定值时进给速度变慢的三段速度控制，从而达到jingque定位。jingque定位时的高速计数器程序如图3所示。其中M83、M84用来触发写变频器运转方向的数据，M85、M86，M87都用来触发写变频器运转速度的数据。
图3：定位控制时的高速计数器程序
6PLC和变频器通讯的实现
台达DVP系列PLC的每一个通讯口都对应有相关的特殊寄存器D和特殊继电器M，以进行通讯相关的参数设置和信息的传送。此工程中要使用的COM2对应的主要特D特M及其意义见表2。
表2：特殊寄存器和特殊继电器的意义
此工程中变频器需要设定的参数及说明见表3。在进行变频器的通讯控制时必需设定这些参数，并且设定值要和PLC的D1120值设置一致。其它未设置的参数可以按出厂默认值即可。
表3：变频器参数设置表
当PLC对变频器通讯进行数据的写入和读出时，就需要知道变频器所定义的相关功能的地址。依据这些地址进行数据写入和读出，才能实现对变频器的控制。VFD-B系列变频器定义的本通讯实例中需用到的字址及其意义如表4所示。根据此表可以知道，当需要变频器以20Hz正向运转时，就只需在变频器通讯相关的参数字址2000H写入：00000000 0001 0010，即十六进制的H12或十进制的K18；在2001H中写入K2000。
表4：变频器的通讯参数字址定义
此工程中通讯程序段如图4所示。
7结论
通过上述的改造过程，完全恢复了切纸机的功能，试用几个月以来运行非常稳定。PLC对变频器的通讯控制响应速度非常快，加减速的过程和停机命令执行迅速，完全不会因通讯控制而有丝毫迟滞现象，可见通讯控制完全替代了硬接线的端子控制，不仅降低了成本，操作更方便，性价比更优异。也证明了台达的PLC和变频器的通讯功能非常强大和好用。
1、引言
HXFA368型条并卷联合机在纺纱的整个过程中是个瓶颈环节，一旦出现问题，后边整个生产过程就无法进行，要求设备控制系统稳定、性能可靠、使用方便和自动化程度高等特点。该控制系统将可编程序控制器（PLC）运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高和抗干扰能力强等特点与触摸屏操作简单、功能强大、界面友好直观的特点结合在一起使用，使该系统具有很好的人机交互功能，在生产应用中取得很好的效果。
2、工艺流程及硬件结构设计
HXFA368条并卷联合机主要由成卷部分、牵伸部分、电气控制柜组成，结构简洁紧凑，在纺织备中起着承上启下的作用，其部分工作流程见图1：
图1工作 流程图
系统采用中达电通公司DVP-60ES00R主机和DVP32XP（扩展模块）系列可编程控制器作为中心控制单元，输入点数52点，输出点数40点，共计92点。操作显示单元选用中达电通公司DOP-AE10THTD65536系列触摸屏，电机驱动选用中达电通公司VFD110B43A系列变频器控制。
在设备上共安装48个传感器和8个限位开关，其主要作用是负责各动作的定位、棉条有无的检测和脉冲信号的采样，传感器的输出信号都为开关量，以常开或常闭触点接入控制器的输入端子，选用24v直流电磁阀，直接用PLC的各输出点驱动电磁阀。设备通过一个电机和10个气缸完成系统机电气一体化控制，达到了设备的工艺要求。
3、系统软件设计
系统设计软件流程图如图2所示。
图2：程序流程图
3.1 系统初始化
每套控制程序初始化都是必需的，每一次PLC上电或对PLC强制复位都要初始化，主要对在程序中使用的各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置，保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。
3.2 工作程序
工作程序由通信程序、计数程序和步进程序等组成，下面对各部分进行陈述。
通信程序采用MODBUS通信协议来完成PLC与变频器之间数据的传输，MODBUS通信协议指令如下：
LD M1200
MOV H86 D1120 设置通讯格式
SET M1120 通讯格式保持
MOV K100 D1129 通讯时间超时设定
LD M1129
SET M1122 置位送信要求
LDP M1012
MODRD K1 H2101 D40 将D40所存数据写入变频器地址H2101
LD M1127 接收完毕
RST M1127
设备运行速度经计算转化成频率，系统软件通过MODWD指令将转化后的频率写入变频器地址，后由变频器驱动变频电机运转来拖动设备运行，通过MODRD指令读取变频器的运行状态（温度、频率、电流）数据，通过触摸屏显示出来，以便用户对变频器运行状态的查询，通过变频器温度、频率、电流等数据判断变频器及设备运行是否正常，及时对设备进行维护，达到安全生产。
计数程序主要是对计数传感器采集的脉冲信号进行处理，通过高速计数器C235来记录脉冲信号，每经过一个计数周期后就将C235所记录的脉冲信号数进行计算，转化成棉网的长度，经过几个计数周期，采集的脉冲数经累计后到达了用户设置长度，电机停止运行，完成其他一些列动作。
由于该设备在运行过程中执行动作比较多，在程序设计时采用了步进指令来完成这些动作，一个步进指令必须执行三个任务：
1、驱动输出线圈
2、指定转移条件
3、指定步进点的控制权要转移给那一个步进点。
下面是设备控制程序部分步进指令
STL S0 步进从初始状态S0开始
LDI X25 空管检测，无空管及X25=OFF 转移到S20步进点
SET S20
LD X25 空管检测，有空管及X25=ON 转移到S21步进点
TMR T31 延时后转移到S21步进点
OUT M132 驱动继电器M132
LD T31
SET S21
RET
控制动作程序利用步进指令编写使得程序思路明确、条理清晰，在相关的动作互锁上容易处理，设备系统调试时也容易查错。
根据设备工艺要求控制程序具有停止、自动、调试三个工作状态，当设备被指定在停止状态时，除了通信程序外，其余程序都被禁止运行。当设备被指定在调试状态下时，PLC只能运行通信程序和调试程序，此时，通过触摸屏可以对设备动作进行单步执行，当设备出现故障时，可以在调试状态下进行故障排除。当设备被指定在自动工作状态时，按下启动按钮，设备将按图1流程图所示进行工作。
3.3 人机界面
控制柜上人机界面可使过程可视化，智能化，方便系统调试，增强系统故障之后的恢复能力，改善系统的可维护性，降低运行成本。
根据画面显示信息量采用十八个画面，各画面之间通过触摸键进行切换，触摸屏上各类组件的内存单元和与PLC中数据存储区的的单元相关联，构成系统整体监控。根据设备工艺要求设计了参数设定、系统调试、故障信息查询参数设定等画面。
参数设定画面
参数设定画面主要是为了给现场操作人员进行设备工艺参数调节使用的，根据棉纺工艺的不同，对棉卷大小进行调节，设备运行速度调节，棉卷滚出停止位置调节，动作的快慢进行调节等。系统调试画面是为设备调试和故障排除而设计的，通过此画面的24个按钮，可以对动作流程图中的每个动作进行单步执行来进行故障排除和设备调试。故障信息查询画面提供了故障报警和历史数据查找功能，一旦系统发生故障，屏上主画面出现故障原因，点击信息查询按钮故障报警画面分析报警原因，触摸屏提供了一个十分灵活和友好的窗口，方便现场人员的使用，增强了系统的可操作性。
在对DOP-AE10THTD65536触摸屏进行组态设计开发过程中，运用宏指令对控制程序进行了安全保护，防止用户对控制程序私自修改，造成事故发生，以下是部分宏指令：
$133 = (1@D1003) 将控制程序内存校验和送给触摸屏内部存储器$133
IF $133 != 13877(DW) 将控制程序大小与原始控制程序内存校验和做对比
CLRB (1@M1072) 禁止PLC运行
ENDIF
该段宏指令禁止了用户对PLC控制程序的随意修改，提高了设备的安全性。
4.结束语
HXFA368条并卷联合机是集机、电、气为一体化的自动化设备，基于台达PLC和触摸屏进行自动控制是整机一个很重要的组成部分，具有系统稳定、操作方便、性能可靠等特点，该设备投入运行后受到用户的。