6ES7241-1AA22-0XA0详细资料
1.概述
垂直分拣机是现代物流系统的重要组成部分，实现物料进行多口多层连续的垂直分拣。自动化、信息化以及方便地系统集成是目前物流行业控制系统发展的趋势。基于以上目的，提供以施耐德电气的小型控制器Twido为中心整体解决方案。
通过Twido控制器内置的以太网通讯口，和上位监控机进行实时的数据交换。根据本系统控制工艺的特点，在每层配置分布式I/O控制模块，通过CANopen分布式控制总线和Twido主机进行通讯，构成方便、可靠的分布式I/O控制系统。
2.本系统特点
1) 施耐德TWDLCAE40DRF控制器内置以太网通讯口,可以方便的进行以太网通讯，极高的通讯速度（100/M,10/M）使PLC与上位机的数据实时交换变得简单。内置的以太网口使PLC和上位机的硬件配置不需要增加任何的额外成本，经济性能非常优越。
2) 控制系统的模块化结构和标准的接口。应用Twido的分布式I/O功能，方便的实现控制系统的模块化、标准化。每层控制选用标准的分布式I/O单元（基于CANopen的分布式单元：OTB1C0DM9LP），分布式总线结构使硬件接线和软件编程更加简单、轻松。系统的模块化结构使控制具有强大的扩展能力。
3) 施耐德Twido可编程控制器的以太网功能和分布式I/O结构，使系统的标准化成为可能。针对物流控制的特点，垂直分拣机作为整个系统的一个单元，需要预留标准的接口，同上位机监控系统进行实时的数据交换，以及现场检测元件的标准接口。整个系统预留标准的接口，具有极强的兼容性。
3.系统流程描述
垂直分拣机功能是实现多口多层连续的物料垂直分拣。通过提升机构不断升高、下降的回转运动。物料在指定的层、口进入分拣机的隔板上。随着隔板的提升、下降动作到达指定的层、口，根据上位计算机或程控器的设定，物料从提升机中送出，进入输送带。整个工艺进入下一个环节。
分拣机控制系统由上位计算机（或HMI）、Twido控制器、现场CANopen总线的分布式I/O模块、以及变频器、编码器等构成。
垂直分拣机的控制系统架构图如下：
控制流程说明(详见流程图)：
(1) 主要工作流程如下：分为进物料和出物料两部分进行平行处理
(2)控制数据的设定：根据系统要求，可以通过网络由外部系统的主控单元设定数据，通过以太网传输至Twido控制器。也可以由上位机软机根据工艺直接进行设定。
(3)控制功能的实现：物料由传送带送至入口处，PLC采集上位机信息，或根据内部逻辑控制，把物料送入提升机，到达指定位置，把该物料和隔板位置进行绑定，随着隔板的运动，PLC内部进行数列移位处理。到达指定出口升起提升机气缸，送物料至出口。
4.控制要求分析及实现
1)基于物流行业的特点，要求控制系统实现信息化、模块化以及分布式控制和预留标准接口。施耐德Twido控制器，通过内置以太网、MODBUS通讯口以及现场总线的功能方便的实现以上功能。
2)提升机工作的安全可靠性。本系统高速工作时，低故障率是所有控制的前提，通过不同的安全检测元器件实现本系统的稳定工作。包括：入口、出口物料位置的检测；物料进入提升机位置的检测；提升机内工作气缸位置的检测；以及物料是否完全送出位置的检测。配置编码器检测隔板传感器的安全性。
3) 物料和隔板位置的绑定处理：
物料从指定入口进入，和该隔板进行绑定。利用Twido的数据寄存器功能可以很方便的实现此功能。
每个隔板绑定一对应数据移位寄存器，16只隔板和16个数据寄存器一一对应，寄存器随着隔板的提升同步进行数列移位。
提升机工作时，隔板每提升一个位置，数据寄存器的值加1（当前隔板号加1）。当前隔板号等于该货物的出口隔板号（即出口4对应的隔板位置10）时，货物在该出口输出，寄存器清0，表明该隔板目前没有绑定货物。
Twido可编程控制器具有停电保持功能，重新上电开机后，系统继续正常工作，不需要手工操作，取出提升机中的货物。大大提高生产效率。
5.系统
垂直分拣机采用施耐德控制系统解决方案，Twido程控器内置了以太网通讯口、MODBUS通讯口，具有分布式I/O总线功能，实现了分拣机控制系统信息化、模块化以及分布式控制和预留标准接口的要求。经济上也更合理。施耐德系列产品良好的兼容性，以及产品优异的性能使控制变得更加简易、高效和稳定。
1 引言
修水县是江西省的蚕桑大县，蚕丝产量是该县的经济支柱，且关系到千家万户农民的切身利益，为了提高蚕种的产量和质量，促进蚕桑经济的发展，该县蚕桑局委托我们开发蚕种孵化过程的温湿度实时控制系统。
2 系统结构及控制流程
修水县蚕桑局蚕种孵化楼共三层，每层有6个孵化室，根据技术要求和孵化室的地理位置，我们采用了按层控制的方案，即每一层的6个孵化室为一个独立的控制系统，使用一个PLC对其温度和湿度进行控制，各PLC通过双绞屏蔽线与工控机互联，整个系统为二级计算机监控，系统结构如图1所示。图中温湿度变送器采用北京昆仑海岸传感技术中心的JWSF-3AC-E型温湿度变送器，该变送器为三线制电流远传，输出为标准的4～20mA电流信号（两路）；巡检仪也采用北京昆仑海岸传感技术中心的XSL/A16BS3巡回检测报警仪，具有16通道4～20mA电流输入（实际只用了12通道，其中6个温度通道6个湿度通道），输出为数字信号，共19位，其中D18～D14为通道编码，D13为极性，D12～D0为温湿度数值，各通道数据分时巡回输出，通过设置各通道的量程上、下限还可巡回显示各通道的温湿度数值；PLC采用西门子S7-200系列CPU226（增加扩展模块EM223），由于西门子PLC提供的是RS485串行接口，而工控机只提供了RS232串行接口，在PLC和工控机之间必须使用RS485/232电平转换器。
控制方案为：安装在各孵化室的温湿度变送器将孵化室的温湿度信号转换成4～20mA的电流信号并送至巡检仪，巡检仪根据事先设置的量程上、下限将电流信号转换成温湿度数据并巡回显示，还以二进制形式巡回输出这些数据至PLC，PLC以开关量的形式采集这些二进制数据，并按照规定的格式将这些二进制数据转换成各孵化室的温湿度数据，与按工艺要求设定的温湿度数据进行分段比较、判别，发出控制信号，控制信号经控制板功率放大，驱动相关执行器（空调、加热器和补湿器）实施孵化室的分段温湿度控制。采用上述控制方案既保证了在工控机或通信发生故障时，可根据巡检仪显示的数据，采用人工调节的方式对孵化室的温湿度进行控制，又避免了在PLC中增加A/D转换模块，从而确保了系统的可靠性，降低了成本。
3软件设计
根据控制方案及用户要求，工控机主要完成下列功能：工艺流程的设置，控制参数的修改，实时数据的显示、报警及保存，蚕种销售的管理等。我们选用Delphi作为前台程序设计语言，设计各种人机界面和工控机部分的通信程序，MicrosoftAccess作为后台数据库系统，用于保存各孵化室的分段温湿度设定值、整点实际值、报警记录及蚕种销售记录等，修改控制参数的人机界面如图2所示。
由于工控机既要完成人机界面操作，又要与PLC进行串行数据通信，为了保证人机界面的操作不影响数据通信的正常进行，而数据通信的进行也不会造成人机界面的停滞或反应不及时，我们在程序中引入了多线程的机制，将程序处理的任务分为两个线程：响应用户操作线程和数据通信线程，并且把响应用户操作线程作为主线程，该线程具有高优先级，以保证系统能够快速响应操作员的各种操作，而数据通信线程的优先级设为较低。
PLC部分的程序主要完成各孵化室温湿度的实时采集，并与设定值进行比较、判别，发出控制信号，控制空调、加热器、补湿器及电机的启停，确保空调、加热器及补湿器两次启动的短间隔时间满足系统设置的要求，还确保了空调（用于制冷）和加热器不会开启。PLC的另一个任务是与工控机进行串行通信。
4串行通信
西门子S7-200系列PLC的通信口主要有两种工作方式：PPI方式和自由口方式，PPI方式专门用于西门子PLC与其编程器或人机接口产品之间的通信，不对外公开，而自由口方式完全对用户开放，采用自由口方式，S7-200系列PLC可以与任意具有串口的设备进行通信。
自由口通信采用主从方式，工控机为主站，PLC为从站，PLC始终处于被动状态，随时准备接收计算机的通信请求帧，只有在PLC接收到工控机发送来的请求帧后，才能回送相应的帧。工控机发送请求帧采用周期性通信，周期为10秒。本系统采用半双工方式通信，物理层采用RS485协议，波特率为9600bps，数据长度8位，停止位1位，采用奇校验。
工控机部分的通信程序由Delphi实现，利用Delphi实现串行通信的方法有多种（如使用控件、调用API函数、嵌入汇编、调用动态链接库等），我们采用了SPComm控件实现串行通信，其主要属性有：CommName、BauRate、ParityCheck、ByteSize、StopBits等，分别用来设制串口名、波特率、是否校验、采用奇还是偶校验、数据长度、停止位数等，主要方法有StartComm、StopComm，分别用来打开和关闭串口。
本系统中工控机与PLC之间传输的信息有两种：工控机发送的组态数据（温湿度的设定值，空调、加热器、补湿器两次启动之间的短间隔时间等）和PLC发送的现场数据（主要是各孵化室的温湿度数据和空调、加热器、补湿器及电机的状态），我们定义了如下通信协议（其中XX为从站号）。
每当PLC接收到工控机发出的信息后即触发中断服务程序，中断服务程序根据事先定义的帧格式（即通信协议）识别其内容，作出相应的响应。在工控机发送组态数据时，若出现无应答、应答错误或累计和错误，工控机延时10秒后再发R命令，若连续6次出现上述情况，则发出通讯错误报警。在工控机接收现场数据时，若出现无应答、应答错误，上位机延时10秒后重发T命令，若连续6次出现上述情况，也发出通讯错误报警。
5 结束语
本系统投入运行一年来，据用户反映可靠性高、效果好。由于控制精度高，工艺正确，孵化出来的蚁蚕强健、好养，成茧茧层厚、茧丝长、净度优，社会经济效益十分明显。