西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8详细资料
1. 概述
短纤倍捻机作为一种加捻设备，实现一转两捻，效率比传统捻线机成倍提高，卷装容量增大，加捻质量大幅度提高，主要具有以下特点：高品质锭子在高速运转下的持久稳定性；二级传动机构，使受力更合理，加捻范围更广；油浴式齿轮箱，特殊的导纱曲线，使卷绕成形良好；卷绕张力可以在超喂罗拉上任意调节，也适用于染色用松驰柔软的卷绕。本文着重介绍施耐德Twido PLC在短纤倍捻机控制系统中的应用。
2．工艺
短纤倍捻机主要分为卷绕，恒动和锭子三个部分，如下图
捻度计算公式：
捻度=2*V锭子角速度/V纱线线速度
通过保证锭子角速度和纱线线速度的恒定来保证捻度的恒定。主要控制对象为卷绕和恒动部分。
3．系统
(1)系统配置
本系统采用施耐德全套解决方案，主要由以下几个部分构成：PLC本体 TWDLMDA20DRT＋模拟量输出模块TWDAMO1HT＋变频器ATV31＋四行文本屏TSX08H04M。
a) 可编程序逻辑控制器（PLC）
型号：TWDLMDA 20DRT；CPU模块，DC24V供电，12点DC输入，2点晶体管输出，6点继电器输出，自带2路高速计数（20K Hz），大可扩展7个扩展模块，并支持双字和浮点运算。本模块在系统中担任重要的控制角色，用于控制各种动作，PID运算和参数计算等等。
b) 模拟量输出模块
型号：TWD AMO 1HT；模拟量输出模块 ，1路/模块，12位精度。用于变频器频率
给定。
c) 人机界面
型号：TSX08H02MK；2行中文图形显示器，带运行电缆。用于参数设定，显示，故障报警。
d) 变频器
ATV31，用于控制控制锭子电机和卷绕电机。
(2) 控制原理
控制对象：捻度，实现锭子电机和卷绕电机的同步控制
(3) 控制方法
实线1：锭子转速给定
实线2：卷绕转速给定
虚线3：根据锭子转速计算出的卷绕转速
如上图所示，系统在启动，运行和停止三个过程，锭子速度和卷绕速度严格保持同步，这样，有效的保证捻度误差在小范围内。
4 结束语
本系统性能稳定，运行可靠，锭子转速可以开到3000－15000转，捻度设定范围90－2300，实际捻度误差在3%以内，实测锭子转速误差在2%以内，完全满足客户的要求，甚至超过原来的进口设备。
随着激光技术的发展，激光测距传感器在检测领域得到了越来越多的应用。本文所研究的基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，对多台激光测距传感器所采集到的数据进行处理，并将数据传送给上位机，实现了对多台激光测距传感器的监控。
1 激光测距传感器的基本原理
激光测距传感器的基本原理是，通过测量激光往返于被测目标之间所需的时间，来确定被测目标之间的距离。激光测距传感器的原理和结构都很简单，是长距离检测有效的手段。
激光测距传感器工作时，由激光二极管对被测目标发射激光脉冲。经被测目标反射后，激光向各方向散射。部分散射的激光返回到传感器的接收器，被光学系统接收后，成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，能够检测极其微弱的光信号。记录并处理激光脉冲从发射到返回所经历的时间，即可得到被测目标的距离。
2 PLC控制系统硬件设计
基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统的功能结构图如图1所示。系统通过PLC的自由口通信，接收多台激光测距传感器发送过来的数据，根据传感器提供的数据格式解析数据包，计算出测量的距离。系统的功能还包括显示测量距离、在非正常情况下报警、与上位机进行数据交换等。
PLC的CPU模块选用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108模块，其性能价格比很高，广泛应用于工业控制的各个领域。LM3108模块的标准配置包括两个串行通信接口PORT0和PORT1，其中PORT0为RS485接口，PORT1为RS232接口。采用RS232接口建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。采用RS485接口建立PLC与现场仪表的通信。
3 PLC控制系统软件设计
PLC采用自由口通信方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400~%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。所谓自由口通信，是指用户可以通过设置通信模式来改变通信接口的参数，以适应不同的通信协议。在PLC程序中设定的激光测距传感器的通信参数如表1所示。PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，下面详细介绍数据解析程序。其它应用程序从略。
表1 激光测距传感器的通信参数
3.1 数据解析程序的变量定义
PROGRAM PLC_PRG
VAR
SetRS485: Set_COMM2_PRMT; (* RS485自由口通信参数设置 *)
SetRS485Q: BOOL; (* RS485自由口通信参数设置标志 *)
Receive: COMM2_RECEIVE; (* RS485自由口通信数据接收 *)
ReceiveQ: BOOL; (* RS485自由口通信数据接收标志 *)
ReceivedData: bbbbbb; (* 存储ASCII码数据的字符串 *)
bbbbbbbb1: INT; (* 起始字符的位置 *)
bbbbbbbb2: INT; (* 结束字符的位置 *)
ReceivedData_bbbbbb: bbbbbb; (* ASCII码形式的数据 *)
ReceivedData_DWORD: DWORD; (* 十六进制形式的数据 *)
END_VAR
3.2 数据解析程序的梯形图
3.3 数据解析程序分析
PLC从激光测距传感器接收到的数据是ASCII码形式，需要将ACSII码转换成PLC能够操作的十六进制数。
在存储ASCII码数据的字符串ReceivedData中找到数据的起始字符“+”，并将其位置存储在变量bbbbbbbb1中。再找到数据的结束字符“$R”，并将其位置存储在变量bbbbbbbb2中。将位置bbbbbbbb2与位置bbbbbbbb1之间的字符取出，存入变量ReceivedData_bbbbbb中，此即为数据的ASCII码形式。后将该ASCII码形式的数据ReceivedData_bbbbbb转换位十六进制形式的数据ReceivedData_DWORD，即完成了数据的解析。
一、引言：
在当今制造业，随着产品种类的增多及对产品质量要求的不断提高，对焊接工艺要求起来越高，许多原来有人工焊接的产品对焊接自动化设备的需求及要求也越来越多。而如何提高焊接设备对产品的适应性便成了众多焊接设备厂商所面临的首要问题。现就对国产海为（Haiwell）PLC在这一方面的系统应用作一介绍。
二、解决方案：
如上图所示，系统主要有带文本显示器、可编程控制器、变频器等组成。
工作原理：利用HaiwellPLC的易用的通信功能：标准配置2个通信口，1个RS232通信口，1个RS485通信口。用HaiwellPLC的RS485口与变频器通信，控制变频器运行、停止、速度并读取变频器运行状态及输出频率。再通过HaiwellPLC的RS232口与文本显示器通信，对焊接工艺参数进行设定。
系统优点：
1、利用Haiwell PLC的自由通信协议指令COMM实现与富士变频器的运行控制与状态读取。所有HaiwellPLC的通信功能均可用一条指令实现，无需对特殊位、特殊寄存器编程，也无需管理多条通信指令的通信时序，同一个条件下可写多条通信指令。
2、HaiwellPLC标准配置1个RS232口和1个RS485口，且任何一个通信口均可作为主站也可作为从站。任何一个通信口均可作为编程端口，也可作为与第3方设备通信的端口。在本应用中，用RS232口与文本显示器通信，用RS485口与富士变频器通信。
3、利用通信实现变频器的速度调节及运行控制，大大增强系统的抗干扰能力，大大提高系统在强干扰的焊接场合的可靠性与稳定性。
4、利用通信实现变频器的通信，节省了PLCDA模块，大大节约系统成本，并轻易实现应对不同产品需要不同工艺控制参数（焊接速度、焊接时间）的要求。
主要硬件配置：
1、可编程控制器：HW-S32ZS220R 1台
2、变频器：FVR0.4E11S-7JE（Fuji） 1台
3、文本显示器OP320A-S（Xinjie） 1台
三、程序设计亮点：
1、利用COMM指令非常容易的实现与富士变频器通信。用COMM指令写通信协议时，可选择按寄存器低字节（低8位）发送的方式，而接收数据仍按16位接收并自动存放至指令指定的地址，使用户编程大大简化。；
2、利用通信功能控制变频器，大大提高速度控制的jingque性，并简化了许多原来D/A转换时的数字量——工程量——显示值间转换程序。
四、
利用海为可编程控制器（HaiwellPLC）便利的通信功能及便利的指令集，满足了焊接自动化设备厂商对设备广泛适应性要求。可广泛应用于焊接自动化行业设备配套场合。
如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。传统的PLC产品已经无法满足更加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了嵌入式PLC产品。
一、嵌入式PLC
嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和芯片组
1、嵌入式PLC系统软件
嵌入式PLC系统软件将PLC语言(梯形图语言)、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。
该系统软件具有以下特点：1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作；2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、专家自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能；3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线；4.增加了网络互连功能,在远程端加载专用浏览器后,即可实现远程监控。
系统软件包括三个部分。
①嵌入式PLC内核：它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；
②二次开发驱动程序 通过系统软件提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；
③ 终端应用程序 指面向工艺流程控制的梯形图语言程序
2、嵌入式PLC芯片组
EASY CORE 1.00是一个加载了嵌入式PLC系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和专用PLC。
1）芯片组基本性能：
① 供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。
② CPU： C8051F040。
③ 嵌入扩展能力
·32 IO：可复用成SPI、I2C接口及外中断、外计数、AD等。
·4 AD： 12位精度，100 KPS。
·2 DA： 12位精度，100 KPS。
④ 通信接口
·CANBUS：系统软件管理，使用工具软件CANSet构建CANBUS总线网络。
·UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。
·UART1：系统软件管理，用于下载CANBUS网络参数、构建RS485网络及支持第三方设备互连。
2）芯片组原理框图
图1 芯片组原理框图
二、应用开发
基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式PLC产品。下面就介绍基于嵌入式PLC芯片组开发的16路输入的模拟量PLC产品（可输入标准信号或热电偶信号）。
1、硬件设计
硬件整体结构图如下：
图2 硬件整体结构图
AI0是芯片组内的一个AD转换通道，P1.0—P1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。
（1）信号采集电路
用AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV℃）和宽范围的供电电压（±3V－±18V）,可以很好地满足该产品的要求。在这里OP07由±5V供电，R18、R79作为调零电阻，输出电压由下式给出：Vout＝Vin（1＋R98R56）。
图3 模拟信号放大电路
（2）信号选择电路
选择16通道的模拟开关CD4067构成信号选择电路，A、B、C、D、INH接到芯片组的P1.0－P1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT引脚接到芯片组的AIN0，即个AD转换通道。
图4 信号选择电路图
2、软件开发
嵌入式PLC是基于Cygnal公司的C8051f040芯片开发的，二次程序的开发使用51汇编语言。开发选择的编译器是KEILC51，因为它可以生成我们所需要的.HEX文件。
内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理d、内核存储空间分配。由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，16路模拟量PLC的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的AD转换和PLC资源区中AD值的实时刷新上。
（1）程序规划
T4中断：完成AD转换和16个通道的切换程序
USER_SCAN：PLC资源区中AD值的刷新。
AD转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，启动下一通道的AD转换。
PLC资源区中AD值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的资源区的对应位置处。
（2）程序代码
INIT_AD ;AD初始化
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE
MOV REF0CN, #07H;内部参考电压输出到VERF;启动内部温度传感器
MOV AMX0CF, #00H ;单极性输入
MOV ADC0CF, #0B8H;D7--D3=SYSCLK/采样时钟-1
;采样转换时钟=1US
;D2--D0=GAIN
;000 GAIN=1
MOV ADC0CN, #90H ;启动AD采样
MOV AD_CHANNEL, #00H ;AD通道号，初值为0
MOV AD_COUNT, #00H;16次采样次数计数。初值为0
RET
SAMPLE_AD ;AD采样开始
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE;AD控制寄存器页
MOV A, AD_CHANNEL ;采样值的累加和是一个字基地址为#XAI,偏移地址为AD_CHANNEL
RL A
MOV DPTR, #XAI ;XAI存放16次采样值的累加和
ADD A, DPL ;低字节相加
MOV DPL, A
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0L
CLR C
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A
INC DPTR ;高字节相加
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0H
ANL A, #0FH
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A ;#XAI中存放格式为低字节、高字节
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
MOV ADC0CN, #090H ;启动下次AD采样
INC AD_COUNT
MOV A, AD_COUNT
CLR C
SUBB A, #16
JNC FILL_XAI_XAD ;当16次采样完成后,把XAI中16个采样和（2字节）存放到XAD RET
3、驱动程序的嵌入
在KEILC51中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16路模拟量PLC的开发工作基本完成。
三、功能介绍
基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：
1. 采集工业现场的多路热电偶信号；
2. 支持三菱、台达等多家人机界面；
3. 支持梯形图编程（86条指令）；
4. 支持CANbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。
这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。嵌入式PLC的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的AD值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合PID调节，使受控温度精度可达±1℃。
下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号AD值放在D5000，转换后的温度值存放在D5160中。
图5 基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点梯形图
四、结束语
笔者利用嵌入式PLC芯片组开发的的PLC产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得PLC生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的PLC。