西门子6ES7222-1BF22-0XA8详细解读
1．概述
某纺织机械厂使用凯迪恩PLC已在多种型号的梳棉机上定型应用。针对纺织机械智能化、集成化操作要求，客户希望通过PLC连接两台变频器，并通过文本屏设定和显示变频器参数。凯迪恩公司利用新推出的双串口CPU306EX对原系统改造，顺利实现了客户新增功能，变频器选用的是伦茨（LENZE）SMD系列。这里我们不再重复机械的工艺过程，重点介绍KDN-K3系列PLC与伦茨变频器通讯的过程。
2．CPU306EX双串口PLC的通讯说明
CPU306EX带有两个串行通讯口，Port0物理层是RS232/485可选，集成了三种通讯协议：①MODBUS RTU从站协议；②自由通讯协议； ③与EasyProg软件通讯的协议。Port1物理层是RS485，集成了二种通讯协议：①MODBUS RTU从站协议;②自由通讯协议。在本应用中Port0与文本屏通讯，采用MODBUS RTU从站协议。Port1与两台变频器通讯，采用自由通讯协议。
3．伦茨SMD系列变频器的通讯说明
伦茨SMD系列变频器通讯协议是MODBUS RTU从站协议。用MODBUS通讯时，需注意以下几点：
a. 通讯线按如下方式连接：
A（PLC）→71（台变频器）→71（第二台变频器）
B（PLC）→72（台变频器）→72（第二台变频器）
b. 参数设定（区分大小写）：
C01：8（MODBUS通讯协议）
C25：1（通讯参数9600，8，N，1）
台变频器地址：
C09：2（站号为2）
第二台变频器地址：
C09：3（站号为3）
c. 端子28要与20短接。
d. 需要设定低速、高速、加速时间、减速时间对应的寄存器如下：
设定低速段C37（4AH）
设定高速段C38（4BH）
设定加速时间C12（3DH）
设定减速时间C13（3EH）
e. 需要读变频器当前频率寄存器如下：
读频率C50（50H）
f. 采用通讯方式给变频器参数设定新值时，要对变频器执行解锁操作。给寄存器49（31H）传参数0即可。（W49=0）
4．CPU306EX与伦茨SMD系列变频器的通讯说明
CPU306EX与伦茨变频器采用自由口通讯协议，CPU端需模拟MODBUS主站。
MODBUS数据格式如下：
通讯数据（信息帧）格式
通讯信息传输过程：
当通讯命令由发送设备（CPU）发送至接收设备（变频器）时，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并根据功能码及相关要求读取信息，如果CRC校验无误，则执行相应的任务，把执行结果（数据）返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错就不返回任何信息。
地址码：就是每台变频器的站号，是唯一的。
功能码：MODBUS通讯规约可定义的功能码为1到127。这里只用到了03和06。
数据区：数据区包括需要由从机返送何种信息或执行什么动作。
CPU内部用了一个500mS定时器来控制通讯，每500mS读一次变频器的频率。次读个变频器，第二次读第二个变频器，再返回读个，周而复始。当文本屏要设定数据时，暂停定时器停止通讯，设定成功后返回正确信息。如果设定不成功，返回错误信息并提示重新设定。若不成功次数超过5次即报警，认为PLC不能与该变频器通讯
一、引言：
在当今众多纸机控制系统中，为了简化机械结构，减少设备的维护成本，而要求对设备的多台电机速度进行同步控制。利用Haiwell（海为）国产PLC强大易用的通信功能，可方便的实现多台电机的同步控制。下面就对这一应用作一介绍。
二、解决方案：
如上图所示，系统主要有触摸屏、可编程控制器（Haiwell PLC）、变频器等组成。
工作原理：
纸机生产要求的主速度由触摸屏设至PLC，再根据每个辊的速度与主速度的关系计算出每个辊的速度，通过Haiwell PLC高速便利的通信指令发送至每台变频器。
系统优点：
1、利用Haiwell PLC高速便利的RS485通信，简化了系统的接线，并避免了传统控制中同步控制器无逻辑控制功能，同步控制器与变频器间利用模拟量控制容易受干扰的难题；
2、Haiwell PLC标准配置2个通信口，1个RS232口，1个RS485口，任何一个口均可作为主站或从站。在本应用中，用RS232口与触摸屏通信，用RS485口与变频器通信；
3、Haiwell PLC通信速度高达57600Kbps，速度调节同步控制jingque。
主要硬件配置：
1、可编程控制器：HW-S32ZS220R（Haiwell PLC）
2、变频器：VFD075B43A
3、触摸屏：DOP-A57GSTD
三、程序设计亮点：
1、Haiwell PLC具有浮点数运算指令，重要的一点是在程序中可直接输入小数点，大大方便了程序的编写与调试。
2、Haiwell PLC具有Modbus通信指令、HaiwellBUS通信指令及自由协议通信指令，可方便的与各种变频器通信联接。在本应用中，用Modbus指令与各变频器通信；
3、所有Haiwell PLC通信指令编程方便，无需对特殊位、特殊寄存器进行编程，也无需考虑多条通信指令间的通信时序，多条通信指令可在同一逻辑条件下执行；
4、可在每个辊的位置放置2个按钮，在跟随主速度的基础上，轻松根据实际要求对速度进行微调控制。
四、
利用国产Haiwell PLC便利的通信功能及方便易用的浮点数运算功能，可快速、jingque的实现设备的速度同步控制。可广泛应用于纸机设备控制、长输送链、长输送线等要求多电机速度同步控制的场合。
前言
近年来，随着经济的迅速增长和人民生活水平的不断提高，作为传统行业之一的包装工业，呈快速发展态势，是人们普遍看好的“朝阳产业”，随之而来的就是包装机应用需求的大幅增长。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。
在机电一体化技术迅速发展的，随着自动化技术的发展，包装机已全部实现了自动化。自动包装机一般分为半自动包装机和全自动包机两种，由人工供给包装材料（容器）和内装物，但能自动完成其它包装工序的机器称为半自动包装机，自动完成主要包装工序和其它辅助包装工序的机器称为全自动包装机。
本文介绍了和利时公司新一代小型一体化PLC在DXD系列包装机上的应用，该应用在提高包装机自动化方面取得了很好效果，具有很好的推广前景。
2系统概述
DXD系列包装机广泛应用于食品、医药、化妆品、化工、茶叶、种子等颗粒状、片状、粉状及半流体状物料包装。北京某包装机械制造有限公司是生产DXD系列自动包装机及灌装机的厂家，其生产的DXD系列自动包装机及灌装机行销海内外，得到用户的普遍好评。
和利时公司PLC事业部技术人员对该类型包装机运行环境进行了现场考察和反复研究，充分考虑到了现场环境的不同地域特性（俄罗斯、广州等），在可靠性、稳定性等方面做了大量工作，提出了基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统。实际运行效果表明，基于G3系列PLC的控制系统达到了预期效果，大大提高了设备的自动化水平。
DXD全自动包装机要求加料、制袋、充填、封口、剪切、撕口等工序全自动完成，包装速度、制袋长度可以调整。采用HOLLiAS－LEC G3 PLC控制的DXD全自动包装机是集机电一体化、光电检测、步进电机自动跟踪纠偏等功能于一体的多用途自动包装机，该包装机具有电眼跟踪、PLC控制、无级变速纠偏等功能，计量jingque，符合行业标准，并且具有性能稳定、操作维护方便、效率高等特点，保证了包装袋的长度稳定，图形美观。
根据工艺要求，DXD全自动包装机采用PLC进行自动控制，包含两个关键的步进电机的协调运行。选用1块24点CPU模块LM3106做为整个控制系统的核心部分， LM3106不仅可以处理普通的DI、DO、AI、AO点，还包含三路高速脉冲计数输入和两路高速脉冲输出，其输出频率大可达20KHz。选用深圳人机电子有限公司的5.7" 蓝色 STN 液晶触摸屏MT506L作为人机界面。
3系统设计
采用PLC控制的DXD全自动包装机可以实现自动制袋、自动上料、自动计量、自动封装等多项功能，并可对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。根据工艺要求，DXD全自动包装机的控制系统由人机界面操作及显示系统、制袋控制系统、送料计量控制系统、封装及剪切控制系统组成。
DXD全自动包装机的输入、输出信号参见表1。
人机界面操作及显示系统如图1和图2所示。根据用户要求，设定并显示包装容量、制袋长度、每分钟的包装速度，系统可jingque显示出实际产量（袋数）和准确计量数（填充量），能够对计量数手动清零，具有正常的启动、停止及点动按钮。设置画面带有权限保护，能够方便调用光电眼控制及其它辅助控制系统选择开关和多料混装选择开关。
下面对DXD全自动包装机的各控制部分做一简单说明。
制袋控制系统：制袋过程的启停有两种控制方式，即机侧按钮和人机界面操作。无论采用哪种方式，当操作者按下启动按钮时，拉袋电机根据触摸屏设定的各种参数工作，步进电机进给，PLC实时检测步进电机的进给量。当达到设定范围时，开始判断拉袋到位传感器，传感器信号为ON时，拉袋到位，步进电机进给停止，计数加1。在整个制袋过程中，触摸屏实时跟踪、显示各个数据变化，一旦有故障（如电机堵转等）或是不合理的数据出现，整个机器就会停止，并强行在触摸屏上显示并报警，向上位机传送故障内容。参数设定参见表2。
送料计量控制系统：送料计量启动信号为ON时，送料开始，送料用伺服电机根据触摸屏设定的参数工作。PLC实时检测填充量，伺服电机根据计量值的不同完成加速填充、均速填充、微量填充，填充结束进给到位。在全部的送料过程中，触摸屏实时跟踪、显示各个数据变化，一旦有故障（如电机堵转等）或是不合理的数据出现，整个机器就会停止，并强行在触摸屏上显示并报警，向上位机传送故障内容。参数设定参见表2。
封装及剪切控制系统：为了保证机器及人员的安全，判断封装及剪切数据的合理性。若数据不正确，包装机处于保护状态，并在触摸屏上显示警告内容。若数据正确，PLC根据实时采集到的数据进行计算，每袋在进料结束后输出封装。根据触摸屏设定的剪切值进行对比，条件满足输出Q0.0完成剪切。包装机封装及剪切过程保证不在制袋过程中进行，必须加以互锁。
通过借鉴我国20世纪80年代从国外引进的宝钢30万吨热镀锌机组自动化技术，并通过济南钢铁公司20万吨热镀锌工程、张家港华达涂层有限公司15万吨热镀锌工程实例的对比、分析，提出目前国内冷带连续加工机组自动化系统的合理配置方式，并阐述了人机界面技术和PLC技术在冷带加工机组中的具体应用。
1 引言
由我院技术总承包、近期已顺利投产的张家港华达涂层有限公司年产15万热镀锌板工程和我院目前为济南钢铁公司技术总承包的年产20万吨热镀锌板工程，采用新型自动化系统配置模式，从根本上改进和简化了自动化系统，目前张家港项目运行良好，济钢项目进展顺利。
2 系统配置原则和方式
冷带连续加工机组的过程控制系统一般按照工艺特点可以进行比较详细的分类，如焊机控制、锌锅控制、加热炉控制、辊涂控制、光整机控制等，但一般而言，冷带连续加工机组(镀锌机组、彩色涂层机组还是退火机组等)其通用的过程控制系统均为传动控制系统和与它关系密切的PLC系统再加上上位监控系统;20世纪80年代，宝钢2030冷轧厂08镀锌机组 (1850mm、年产30万吨)的自动化系统根据当时自动化技术水平按照工艺区段方式共配置5台西门子公司的S5-150K PLC和一台上位工业控制机300-R30，属当时国际先进水平，目前自动化技术与20世纪80年代相比，进步极大，沿袭2030冷轧厂带钢生产机组工艺分段配置自动化系统的传统模式已不适应目前的自动化技术水平，表1为S7-400系列PLC、S7-300系列PLC与S5-150K系列PLC的技术性能对比;以表1技术性能对比为依据，通过分析，济南钢铁公司20万吨镀锌机组集成的自动化系统我们采用一块S7-400主CPU:CPU416-2DP;张家港机组(年产15万吨)采用一块S7-300主CPU:S7-315-2DP，实践证明，我们的系统配置模式完全满足生产要求;可以有以下结论:目前国内大型钢铁企业年产在20万吨左右的冷带连续加工机组自动化系统，只需1台S7-400主CPU就可以满足生产要求，对于年产在15万吨以下的中小机组只需要一台S7-300主CPU:CPU315-2DP就完全可以满足生产要求，这无疑极大地简化了冷带加工机组的自动化系统，使广大用户从中受益。
采用新型方式配置冷带连续加工机组自动化系统的好处可以归纳如下:
(1) 充分发挥CPU技术性能，淘汰按照工艺区段分配PLC的老模式，从根本上简化自动化系统结构，降低设备投资。
(2) 充分采用现场通讯总线技术和远程I/O单元，从而大量节省输入/输出点和施工电缆，降低投资费用。
(3) 充分采用现代HMI技术，省却大量操作按钮、指示灯和显示仪表，从而提高自动化生产的操作和管理水平，使操作更加人性化和简约化。
3 系统组成及功能
冷带连续加工机组自动化系统构成方式为:基础传动+PLC+上位监控;PLC(主CPU、远程I/O站)、HMI、传动系统之间通过PROFIBUS-DP网络进行信息交换，具体结构见图1。
3.1 上位机监控系统组成及功能
监控系统通过PROFIBUS-DP总线与PLC主CPU连接，接受和采集原料、生产过程、产品有关信息，实现生产管理人员-设备-原料-产品之间的信息交换，对机组的正常生产和产品进行自动化管理;通过网络，把工艺参数设定值和对电气设备的操作从人-机界面接口传送到PLC，把机组的状态、电气参数及故障由PLC收集送到人-机接口的CRT 显示器上;我院目前为济南钢铁公司技术总承包的20万吨热镀锌板工程上位监控系统采用WinCC组态技术对整个机组运行状态进行监控，系统配置见表2。
上位监控系统软件功能如下:
(1) 原料数据(板材宽度、厚度、钢卷编号等)，过程数据(机组各段张力、机组速度)，产品数据(钢卷卷号、卷重、卷径、焊缝位置等)的自动生成、存储和修改，将自动生成的配方工艺参数下载到PLC。
(2) 所有生产技术数据的汇总、存储、打印;
(3) 各主要工艺设备状态显示;(4)在人-机界面上或者在操作台上对上述生产技术数据进行人工干预;
(4) 加热炉的温度显示、运行状态监视、故障报警;
图2为采用WinCC软件组态的济钢20万吨热镀锌机组主画面。
3.2 PLC系统组成及功能
以济南20万吨热镀锌项目为例，PLC系统采用西门子公司S7-400系列PLC，主CPU采用S7-416-2DP，远程I/O采用ET200，由CPU、存储单元、电源模板、通讯模板、输入/输出模板、高速计数模板、中继器等组成，PLC与分布式I／O及传动系统采用Profibus-DP网。具体配置见表3。
PLC控制系统主要完成加工线工艺功能的控制，根据工艺需要完成区段速度设定、张力设定、活套控制、逻辑控制、监测和报警、与上位机进行通讯等控制功能;在三个操作台(入口操作台、工艺操作台、出口操作台)上分别设有模块化I/O单元，由通讯电缆汇总到PLC系统，为提高系统可靠性，PLC与各自的远程I/O站之间的通讯、PLC与调速传动装置之间采用独立通讯网络，PLC把设定参数和控制指令传送到终端和各调速传动系统，并收集各调速传动系统的状态和电气参数送到人-机接口的CRT上显示。
4 PLC软件功能
冷带连续加工机组的PLC软件主要是焊缝跟踪任务，包括自动刹车、慢速定位和紧急刹车;焊缝跟踪任务是靠现场远程I/O站信号通过ProfiBUS-DP与S7-400主CPU通讯，依据编制好的过程控制软件完成，它的任务主要包括:
(1)根据带钢焊缝在机组的位置实现机组的自动刹车
a) 开卷机的自动甩尾刹车。
b) 入口活套/出口活套的自动刹车。
c) 卷取机的自动刹车。
d) 拉矫机的辊道自动开/闭。
(2) 根据焊缝位置实现机组的慢速定位
a) 入口上/下通道带头在焊机处的慢速定位。
b) 入口上/下通道在助卷器和夹送辊两种方式下的穿带。
c) 入口/出口侧剪刀处的带钢定位。
d) 焊缝的自动打孔。
e) 根据焊缝位置计算带长。
(3) 机组的紧急刹车
a) 传动设备故障的机组紧急刹车。
b) 断带故障的紧急刹车。
(4) 4个程序模块
上述所有工艺要求的控制功能其软件核心为4个程序模块，根据需要分别在自动刹车、慢速定位和紧急刹车过程中调用，它们是:
a) 状态控制模块MDCT01。
b) 张力调节模块TEAD01。
c) 定位模块POSI01。
d) 自动刹车模块AUBK01。
定位模块POSI01、自动刹车模块AUBK01的功能主要是接受来自现场状态控制点的状态，并且根据状态控制点状态去触发或者调用状态控制模块MDCT01和张力调节模块TEAD01的不同设定值程序,它们附属于张力调节模块和状态控制模块，主要是开关顺序连锁和通／断关系;状态控制模块MDCT01和张力调节模TEAD01的主要功能是速度-张力的设定，其具体内容见表4。
状态控制模块MDCT01和张力调节模块TEAD01按照机组工作状态的不同可以分为目标速度非“0”状态的生产请求和目标速度为“0”生产请求两种基本情况;
(5) 目标速度非“0”状态的生产请求，可以分为两种情况:
a) 初始速度为“0”，既生产线为停止状态，这种情况下，要进入张力准备阶段，根据工艺要求进行张力预选，接通张力，建立静态张力，是张力调节阶段，建立该运行区所有设备的工作张力，并且对张力的建立和调节进行确认和检查，在确认和检查无误的情况下，进入速度调节阶段，经过一定时间Δt(如出口段为4秒、工艺段为3秒、出口段为6秒)检查速度不为“0”，说明请求实现，具体张力-速度请求-确认曲线模型如图3所示。
b) 初始速度不为“0”，既生产线为正常生产状态，这种情况下，所有张力均已存在，各段张力均为正常生产值，此时，可以直接进行速度调节，具体张力-速度曲线模型如图4所示。
目标速度为“0”，这种请求是实现目标速度为“0”的状态，具体张力-速度曲线模型如图5所示。
图4可以知道，当速度为“0”后大约0.7秒，取消工作张力，建立静态张力，若没有外部中断请求，那么在大约900s之后，系统自动取消静态张力，张力值“0”。
图6表示镀锌机组入口段软件功能框图，整个框图基本包括状态控制模块MDCT01、张力调节模块TEAD01、定位模块POSI01和自动刹车模块AUBK01。
冷带连续加工机组的PLC控制程序编制，应该注意以下情况:
a) 现场执行元件的可靠性直接关系到自动化系统的稳定运行，传动电机、抱闸和限位开关、光电检测在自动化系统中具有同样的重要性，机组的连续性生产和限位开关这样小的元件密切相关。
b) 冷带连续加工线自动化系统控制的主要设备是辊系设备，主要参数是张力-加速度-速度-位置这样四个力学参数，其控制过程属于刚性物料输送过程，其前后联系非常紧密，单体设备之间相关性极大，在控制精度上有一定要求，否则会出现断带、拉带、堆带或者机组振荡故障现象。
c) 冷带连续加工线自动化系统的硬件结构应合理采用远程I/O和总线通讯方式，软件结构上应该按照程序模块把所有开关量信号与张力-加速度-速度-位置参数有机地整合在一起，否则，机组静态张力、穿带张力、工作张力、入口/出口活套充/放套等工作状态很可能会出现意想不到的故障。
5 结束语
目前，由我院承担的我国国内所有冷带连续加工机组的自动化系统运行均非常稳定、可靠，这和我们多年吸收、借鉴我国花巨资从国外引进的同类机组自动化技术、不断跟踪自动化技术发展趋势是分不开的，我们的工作为我院和广大用户创造了良好的经济效益和社会效益。