6ES7223-1BH22-0XA8型号大全
引言
可编程序控制器，简称PLC，是工业的控制的标准设备，PLC自生产以来，以它的操作简单、功能强大、特别是高稳定性等特点得到了广泛应用。
目前，以监控软件如Wince，MCGS为上位机软件，PLC为下位机而组成的控制系统，已成为广泛应用的控制模式，它结合了计算机的界面友好，直观和PLC稳定、编程灵活的优点，主导计算机控制系统的流行趋势，对PLC的数据交互，组网功能提出了更高的要求，如PLC与PLC之间，PLC与计算机、PLC与智能设备等都需要进行数据交互，特别是在某些远程控制，控制点分散等场合，PLC的网络功能显得尤为重要。
1 PLC常用组网方式
常用PLC组网方式大致可概括为基于通用串口、基于专用总线及基于以太网三种。
1．1通用串口模块
基于串口通信模块来实现网络连接，网络结构如图1所示，采用了计算机链接的形式，在上位机的组态软件中进行相应的设置，无需编程，即可与多台PLC进行通讯，以三菱公司的FXlS系列的PLC为例，RS232C／485转换适配器选用FX-485PC—IF，RS-485通讯板选用FXlN-485一BD即可实现，这种方法使用较为方便，性能也很好，关键是串口通信模块的成本相对较高。
图1 基于串口通信模块的网络结构
1．2基于专用总线
目前，PLC厂商如OMRON，Siemens等，对其旗下的PLC产品都提供了专用的网络系统，如OMRON公司的Controllerbbbb网，DeviceNet网络等，这种网络系统由于厂商产品的专属性，不同厂家的设备无法互通，基本上选定一个厂家的PLC，其他配套设备设备也必须为该厂家的，成本相对较高，应用时有一定的局限。
1．3基于标准工业以太网
基于标准工业以太网方式进行组网，系统一般分为三个层次：层为工控机组成的上位机监控站；第二层为由集线器、双绞线和收发器等组成的工业以太网；第三层为控制站，选择TCP／IP作为通讯协议，并采用C／S模式使控制站和监控站实现面向连接的通讯。
采用此种方式组网，大的优点在于可以使用现有的工厂局域网，提高综合利用率，且速度快，以太网通讯速率可达100Mbps；若采用光纤传输，则抗干扰能力大大增强，且传输距离可达数十公里，以太网无法和PLC等串口设备进行直接通讯，需配以相关设备实现通讯，使用上增加了成本。在一般小中型控制系统中并不多见。
2 基于串口服务器的组网方式
基于串口服务器是一种新兴的工业网络解决方案，串口服务器是一种协议转换模块，厂商有MOXA和ATOP等，它可以提供1，2，4，8或16口的RS232或RS422／485串口界面，以及一个10M／100M的以太网接口，将RS232／422／485串行设备接人TCP／IP网络中，主计算机采用TCP／IP协议通过以太网访问被接入的终端设备，上位机相应采用SOCKET编程。
使用串口服务器也非常简便，安装驱动程序后，即可在PC机上产生多个由驱动程序仿真的虚拟串口，只需要打开软件所虚拟的串口即可透明访问远端串口设备，类似于对普通串口一样进行一对一的收发和控制。
它是结合了串口通讯的简单方便，又利用了以太网的高效稳定。是一种性价比较高的组网方式，如图2所示。
图2 基于串口服务器的组网结构
从图2可以看出，将串口服务器的网口端连接到集线器或者交换机上，通过设置串口服务器的IP地址，就可以使它成为以太网上的一个节点，而在串口服务器的串口端，可方便与不同厂商的PLC产品或串口设备进行连接，不同形式的串口(如RS422／485／232)，都可方便连接到以太网上，实现异构组网，当需要再增加串口设备入网时，也可以方便按入，因为一个串口服务器可以提供多达16个串口端，可见，基于串口服务器组网具有布线简单，拓展性强，性能稳定等优势，当然，串口服务器组网还可以采用直连的方式
2 软件系统设计
软件系统在STEP7环境下采用梯形图编写，STEP7提供大量的组织块与用户程序接口，组织块的多少和具体的CPU型号有关，本系统运用循环处理组织块OB1，暖起动组织块OB100和中断组织块OB35，PLC采用循环执行用户程序的方式，在S7-300系列中，OB1是用于循环处理的组织块，即主程序。OB1循环执行用户定义的功能块或功能程序，并支持中断，OB100组织块在CPU暖起动时执行，且只执行一次，可用于系统的初始化，OB35为循环中断组织块，中断周期可由STEP7直接设置。中断周期由程序大小决定，若设置太小则PLC进入停止状态，所有系统组织块的属性设置和硬件组态都可由STEP7完成，用户只需要关心自己的程序功能块，在组态完毕后将程序下载至PLC即可，PLC上电后，先执行OB100组织块，初始化完成后，不断循环地执行OB1，循环时间监控模块监控PLC扫描时间是否超过允许值，若超过允许值，则可触发相应的组织块，执行用户设定的一系列操作，应注意的是，当程序运行时，所有对数字量输出的操作都暂时保存在数字量输出映像里，在一次扫描周期结束后才真正从输出端口输出，在编程中应特别考虑。
根据螺旋压力机控制系统的要求，将主程序分化为多个子程序模块，系统软件结构如图4所示，各模块做到功能独立，易于扩展。
初始化模块即OB100主要完成各个输入／输出点，辅助标志位M，模拟量输出的初始化和系统相关参数的设置，程序编写时，利用辅助标志位M作为用户程序模块的运行使能位，每个程序模块对应各自的辅助标志位，若辅助标志位为“1”，则执行对应程序；若为“0”，则退出程序。
图4 控制系统软件结构
设置定时中断组织块OB35中断周期为5ms，实时检测滑块位移和外部开关量等信号变化，控制辅助标志位的置位或复位，从而执行或退出相应的子程序，由于PLC是逐行扫描执行程序，每次扫描时间并不相同，在中断函数里进行辅助标志位的操作，保证了能尽快响应外部信号的变化，增强实时性，每次的打击能量也是通过在中断函数中求出打击工件时的滑块速度后计算得出的，具体算法如图5所示，图中所有变量单位均为脉冲数。
图5 打击速度求取程序流程图
开关信号处理模块主要处理按钮操作、指示灯的显示、润滑控制等操作，参数处理模块是在用户通过触摸屏重新设置预选能量百分比和打击行程后，根据设定参数计算出系统运行时所需的参数，如速度信号模拟量等，点动模块实现滑块的点动运行，以保证以较小的速度实现可靠的合模对零，点动运行运用ABB变频器恒速模式，只要通过触点控制便可实现恒速模式的切换，通过参数设置恒速运行的速度大小，从而方便准确地设置零点，满足工程应用的需要，故障处理模块检测外部信号状态，若出现问题则进行相应处理。
下行打击子程序实现打击时能量的控制，输出设定能量对应的速度信号模拟量，考虑到机械制动器动作的延迟性，在开启制动器电磁阀后延时100ms再闭合变频器运行触点，滑块加速至设定的速度后保持恒速下行。通过现场调整驱动器的PI参数获得更好的动态性能，打击完毕后电机反转回程。实际工况中，滑块在打击工件后回弹，则编码器信号A，B相的相序发生改变，即高速计数器计数方向发生变化。系统组织块SFB47的数据位STS_C_UP存储高速计数口的递增计数状态，中断程序检测该数据位的状态，若检测到电平跳变，立即发回程信号，进入回程控制程序。
图6为回程控制程序流程图，为加快生产进程，要求回程速度越快越好，但为了使滑块准确停靠地在设定位移处，回程速度又不能过大，因为电机本身的制动能力有限，若速度过快则无法可靠停机，一般认为电机制动转矩不超过额定转矩，回程时加速运行至允许的大速度，到指定位移后进入减速段，能耗制动回馈的机械能由制动电阻消耗，终进入恒速模式并停车，加速段的初速度指令须大于0，对实现快速正反转有较大作用，停机运行时在变频器停止操作执行后，延迟100ms机械制动器动作，这样可减少机械制动器的摩擦损耗，延长寿命。
图6 回程控制程序流程图
运动能量是电动螺旋压力机的主要技术参数之一，能量的大小取决于飞轮转速，在大惯量负载条件下，大运动能量的性能指标的实现，离不开输出转矩的快速响应，由于电机频繁的进行正反转，一直处于起动一制动一起动的非稳态过程，电流较大，转子发热严重，电机温升的问题比较突出，而行程次数是压力机的另一重要指标，为了保证设备的长期稳定运行，必须采用可靠的方法控制电机温升，基于上述性能要求，本文提出了一种基于PLC(可编程控制器)的电动螺旋压力机控制系统，该系统以西门子可编程控制器S7-300和ACS800变频器为控制核心，辅以触摸屏TP170B作为人机交互。
1 系统结构原理
S7-300系列PLC采用组态硬件的方式来组态CPU和扩展模块，组态操作由STEP7软件完成，本系统采用CPU本身集成的数字量和模拟量，不需要扩展模块，系统结构如图1所示。
图1 控制系统原理结构框图
通过高速计数口HSCO检测滑块位移；模拟量接口实时输出速度或转矩指令给ACS800变频器，数字量输出控制变频器触点的闭合或断开驱动2个电机带动传动机构运行；其余的数字量主要处理控制按钮的操作和各类指示灯的显示；数据显示和参数设定由触摸屏TP170B完成，CPU通过DP口与触摸屏进行通信。
1.1 滑块位移检测
系统采用同步带轮结构检测滑块位移，同步带固定于压力机机身，滑块移动时带动与同步带配合的增量型编码器运转，发出一定频率的差分信号，经过信号处理输入高速计数口HSCO处理，单位脉冲对应的位移量
Sp=πD/P，(1)
式中：D为同步轮节圆直径；P为编码器线数。
只要通过HSCO不断检测当前脉冲数，再乘以单位脉冲对应位移量，就能得到滑块实时位移。系统采用2000线的编码器，输出5V差分信号，Sp约为0.045mm，脉冲信号大频率不超过20kHz，因主机与控制柜有一定距离，采用抗干扰能力强的差分信号，但高速输入口不能识别差分信号，且小高电平要求15V。需将差分的A+，A-，B+，B-信号转化为单端A和B相信号，并进行电平转换。
系统的信号转换电路见图2，图中只画出了A相的信号转换示意图，由MC3486芯片将差分信号转化为单端信号，再通过高速光隔将5V的脉冲信号转化为高电平为24V的脉冲信号输入HSC0高速计数口，高速光隔工作频率应高于编码器信号频率的高值，本系统采用PC900。
图2 电平转换示意图
1.2 双电机驱动
系统采用ACS800变频器驱动2台相同规格电机，电机在变频器输出端并接，变频器整定时输入等价的单台电机参数，例如采用2台功率11kw，转速970 r／min，电流22 A的电机，则输入电机参数时输入22 kw，转速970 r／min，电流44A。这样，整定后驱动器实际上是将2台电机组合当作1台进行控制。
ACS800变频器控制核心采用先进的直接转矩调速技术，直接转矩控制在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，直接把转矩作为被控量进行控制，通过转矩滞环比较器将转矩波动限制在一定的容差范围内，通过滞环比较器保持磁链幅值基本不变，完成对转矩的控制。直接转矩控制借助于转矩、磁链的离散的两点式调节，产生优化的PWM开关信号，以输出恒定的设定转矩为目的，从而获得转矩的高动态性能，因为保持磁链恒定的情况下，转矩基本与电流成正比，将转矩限定在一定容差范围内，电流波动小，不会引起电机发热。
驱动器有转矩信号和速度信号输入通道，转矩信号4～20 mA，速度信号0～10V，可通过控制方式选择触点来选择转矩控制模式或速度控制模式，转矩控制模式下，转矩给定有效，4 mA对应设定的小转矩参数，20mA对应设定的大转矩参数，输出转矩与输入信号成线性关系，并保持定值；速度模式下，速度给定有效，0 V对应设定的小速度参数，10V对应设定的大速度参数，速度模式控制电机速度保持恒值，并与输入信号保持线性比例关系，电动螺旋压力机的突出优势之一就是能量jingque可调，采用速度控制方式，在能量设定后，保持电机转速恒定，即保持飞轮转速恒定，从而保证每次打击工件时的能量一致，转矩模式用于特殊场合，打击完毕回程时进行电机制动，通过制动电阻将回馈的能量释放。
图3 控制主体算法示意图
如图3所示，PLC根据用户设定的能量预选参数，计算出对应的电机转速，并求出速度信号模拟量AQW0。打击时，PLC输出AQWO至变频器速度指令输入端子，通过运行触点的闭合或断开来控制电机带动滑块往复运动，完成打击工序。位移检测装置实时检测滑块位移，调整电机的运行模式，实现各种功能。当出现意外故障时，能迅速采取措施保护主机，变频器采用开环控制方法控制电机，减少了故障环节，提高了系统稳定性。
3.2TPMG显示器编程与传输
铜铝管焊接时需要调整的是时间参数，经简化令1.2中的t3=t0，从而编程中设置3个时间变量即可，图7给出了TP04G显示器编程界面，其中“时间1”、“时间2”和“时间3”分别对应1.2中的t0、t1和t2；“0.00”和“0.000”表示当前时间数据值，“#.##”和“#.###”表示时间数据输入口，通过编辑即可改变焊接时间数据，其范围限定在—5.00S和0.001～5.000S。程序编辑完毕后，也要通过专用的“PC—TP04G”数据线将页面程序输入TP04G中，传输过程与PLC程序传输类似，当TP04G启动后，先出现开机画面，而后即出现图7中的时间控制界面。
图7 TP04G编程界面
PLC与TP04G次开机后，立即将焊接时间的参考数据输入，而后进行试焊，再根据焊接效果适当调整。
根据以往经验与试验分析，当时间1取1.00 S、时间2取0.535 S、时间3取1.90S时，φ6mmx0.5mm铜铝管的焊接效果较好；当时间1取1.15 S、时间2取0.655 S、时间3取2.05S时，φ20mmx1.25 mm铜铝管的焊接效果较好，图8给出了6mm和20mm铜铝管焊接试件照片，上部为铝管，下部为铜管。
图8 6mm和20 mm铜铝管焊接试件照片
4 结论
1)采用PLC和TP04G文本显示器相结合的方法，对铜铝管焊机的焊接时间参数进行控制，使用高精度计时器，使焊接时间控制精度达到0.001S，既提高了对焊机的性能，又降低了生产成本，适应了铜铝管对焊机的发展要求。
2)采用容量为50 kVA的焊接线圈，可焊接外径6-20 mm，壁厚0.5～1.25mm铜铝管的焊接，扩大了铜铝管接头的应用范围，可为0.8—4.0 kW的空调提供铜铝连接配管。
3)经长期实际生产，铜铝管焊接质量优良，已应用于多家制冷企业，并为企业带来了可观的经济效益。