西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8参数介绍

西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8参数介绍1  引言　　本机是将兔毛原料未经改性处理，直接进行开松、梳理，制成一定支数的毛条，具备抱合力大和加有真捻等特点，并由纺纱机(FNT-28型兔毛纺纱机，专利号:9424N73-4)纺制成各种规格支数的细纱。本机是国家发明专利产品(专利号:93106597-6)，"八五"国家星火项目，同时又被国家科委列为"九五"国家科技成果重点推广计划项目。全机结构示意图如图1所示。　　图1     梳理机结构示意图　　本机电气部分采用继电器控制系统，动力驱动由三相异步电动机来完成。该控制系统有三点不足:　　(1) 继电器线路接线复杂，功能单一。 继电器接触控制系统的逻辑部分由许多继电器;按某一固定形式连接而成，若工艺流程发生改变，则需要改变继电器控制系统的接线，才能满足新的工艺流程要求。工人实际操作和维修复杂，易出故障;　　(2) 可靠性不高，控制精度不够，这就势必影响了出条支数、出条定重;　　(3) 继电器控制柜的体积大，占用了较大的生产空间，影响了工人的操作。　　因此有必要对本机的控制系统进行改造。近年来，随着 科学技术的飞速发展，步进、伺服电机的应用越来越广泛，其功能多样性和产品可靠性日臻完善，正在逐步取代原来的普通电机。而且随着可编程控制器技术的日益成熟，将二者完整地结合起来，完成对各种复杂运动的自动控制，实行机电一体化，正在成为一种趋势。　　2  控制方案的确定　　由于步进电机可直接用数字信号控制，无需反馈可开环工作，无累积定位误差，控制精度高，因此被广泛用于数字控制系统和计算机控制系统。而可编程序控制器(PLC)是一种适于工业现场控制的，由单片计算机(CPU)、外围大规模集成电路(LSI)、系统软件及I/0接口等构成的新型控制器，用户通过软件设计，可实现以往难以实现的各种复杂逻辑控制。与通用PC机或单片机构成的系统相比，PLC具有可靠、抗扰能力强、编程简单等优点，已成为替代传统继电接触器控制线路的升级换代产品。因此，本系统采用可编程控制器(PLC) 为控制核心，步进电动机为执行元件、红外光电传感器为检测元件的新型系统，实现了兔毛梳理机的计算机数字控制。其组成原理如图2所示:　　图2     控制系统原理图　　3  控制系统的实现　　3.1  系统组成　　PLC选用日本松下FP0 PLC，共8点输入(X0~X7),8点输出(Y0~Y7)，主要控制主电机Motor1和毛斗步进电机Motor2的工作状态和转速;步进电机选用两相混合步进电动机，步距角1.8°/STEP，用于驱动主机和毛斗;步进电机驱动器选用DMD402，电源电压DC14V~40V，其作用是根据PLC的控制指令对电机实现脉冲和方向控制。　　3.2  系统工作原理　　FP0系列PLC除具有一般逻辑控制与运算功能外，还具有高速计数输入(大10kHz)、PLS脉冲直接输出、SPD位置控制、PWM脉冲输出等特殊处理功能，用于步进电机的速度控制或位置按制十分方便。　　在图3所示系统中:PLC输出口Y0、Y1以脉冲速率方式输入步进电机驱动器的Pulse bbbbb端，控制梳理机主电机和毛斗电机转速和位移。PLC输出口Y2、Y3以方向信号输入到驱动器Directional bbbbb端，控制梳理机电机的转向。输出点Y4、Y5是步进电机复位信号RST，每次开机对步进电机驱动器清零。PLC输入点X0以梳理机喂入量斗处的红外传感器作为输入信号，可调节喂入量斗的喂毛量。X1、X2作为步进电机的启动信号，X3作为步进电机复位信号。X4以为位置传感器作为输入信号，检测梳理机是否复位。可以利用当需要手动操作时，可通过PLC的手动输入信号X5、X6，以点动方式按制电机的正转或反转。控制关系为:X5=ON，电机正转;X6=ON，电机反转。　　图3     梳理机控制工作原理图　　4  控制系统软件设计　　图4是根据前述梳理机的电气控制原理，结合PLC的程序设计方法和生产工艺要求，设计的控制软件程序流程图。　　图4     梳理机运行程序图　　利用FP0 PLC提供的高速脉冲处理指令、逻辑控制指令、算数运算指令及一些特殊功能指令，可较方便的实现对步进电机的升/降速、恒速及正/反转的运行控制，尤其用PLS-脉冲输出指令和SPD-位置控制指令，可使步进电机达到不失步的升/降速与恒速运行。　　5  结束语　　以PLC和步进电机为主构成的数字式兔毛梳理机控制系统的研制成功，为兔毛梳理机在生产与应用环节的工艺参数的调整，提供了保障。采用本控制系统的兔毛梳理机各项指标:适纺原料范围:兔毛(高比例);条干重量不匀率:1.5％;生条可纺支数:8～60公支;脱毛量:1～mg/100cm2;兔毛制成率≥95％;出条定重:0.125～1g/m;台时产量:0.3～2kg/h。此外，系统具有控制精度高、操作简单、运行平稳、无噪音等优点。      表2列出了IR016与步进电机通电绕组的对应关系，在步进电机正转时，当移位数据信号移到位时。移位寄存器SFT位01600的输出应接通步进电机的A相；移到第二位时，应接通A相和B相；其余如此类推。以A相绕组为例，由表2可知，当辅助继电器01600、01601、01605中任一个接通时(并联关系)，A相通电。移位寄存器每一位的输出信号先驱动与步进电机各相对应的输出继电器，再由输出继电器通过功率放大器驱动步进电机。表2 IR016与电机通电绕组对应关系      梯形图控制程序如图1所示。工作过程简单描述如下：由输入端00000得电发出启动信号，前沿微分指令DIFU(13)保证移位寄存器SFT(10)指令中移位数据初始信号01600的唯一性。移位寄存器在移位脉冲的作用下顺序左移，实现6位脉冲分配，由输出继电器10000、10001、10002分别去接通步进电机的A、B、C三相。步进电机转速可由移位寄存器SFT的脉冲输入端控制，转向由继电器02603控制。当输入端00001无效时，KEEP(11)指令的置位端02600保证02603得电且保持该状态，电机正转；当00001为ON时，KEEP(11)指令的复位端02601使02603失电而恢复原状态，电机反转。图1 梯形图4 结束语      比较步进电机的SCM和PLC的控制方法可知。SCM采用定时器延时，以中断方式输出控制脉冲；PLC采用移位指令和内部特殊继电器，以循环顺序扫描方式输出控制脉冲。SCM采用汇编语言(或C语言)编程，其指令系统的同有格式受硬件结构的限制很大，编写和调试要求具备一定语言程序设计基础；而编写PLC程序，即可以采用语句表(助记符)，又可以采用梯形图，梯形图简单易懂，通过图形编程器容易实现。SCM控制系统设计周期长，一般需要程序扩展，硬件方面需要经过印刷电路板设计等过程；PLC控制系统采用模块化结构，可在线修改控制程序，并实现实时监控，因而设计周期短。PLC系统扩展灵活，可以在原有控制系统基础上进行功能扩展，能有效降低成本，适应于复杂的工业控制环境。      用SCM和PLC来实现步进电机控制脉冲的产生和分配，可以通过编程在一定范围内自由地设定步进电机的转速，而且还可以灵活地控制步进电机的运行状态。这两种控制方式都不需要反馈就能对位置或速度进行控制，且位置误差不会积累；用软件编程代替硬件控制，不仅减少了系统设计的工作量，而且提高了控制系统的可靠节约能源、保护环境，开发利用清洁、环保的可再生能源，优化能源结构、发展低碳经济是我国实现可持续发展的重要途径。太阳能以其储量丰富、安全可靠、清洁无污染等优势，成为应对能源危机、环境恶化，实现可持续发展的重要选择之一。利用台达PLC对太阳能热水系统进行控制，可实现系统自动化，提高系统运行稳定性，降低运行成本。此系统实用性强，安装运行成本低，具有很强的推广性。 1 引言 本系统应用广泛，适用于需要热水供应的场合，比如办公大楼，宾馆洗浴等，尤其适合太阳能资源比较丰富的地区。控制系统采用台达DVP40ES2 PLC、DVP04PT-E2、DVP04AD-E2，台达人机界面 HMI B07S515。本系统工作性能稳定，自动化程度高，尤其是恒温出水的设计节约了大量水资源，集热循环的设计使得太阳能热水高效循环进入水箱，辅助热源的加入很好的解决了太阳能资源不足天气情况下的热水供应。 2 系统构成 台达系列人机界面，台达ES2系列CPU、台达PT-E2系列温度控制模块，台达AD-E2系列模拟量转数字量模块、太阳能集热器、电热丝(或空气源热泵等其它辅助热源)、保温水箱、洗浴控制泵、集热循环泵、电磁阀、温度传感器、液位传感器、功率变送器等，如图1所示。 图1 系统框架图3 系统工作原理及循环过程 (1)自动上水 水箱内装液位传感器p，水箱内水低于一定值时(20%)，自动补水阀上电，水箱自动补水，水位达到设定值时(90%)，自动补水阀断电，自动补水停止。 (2)集热循环 当集热器出水口水温(出水口安装温度传感器)高于水箱内水温，达到PLC设定启动温差(6-10摄氏度)时，集热循环泵启动；集热水箱中的低温水进入到真空管集热器组中，集热器中的相对高温水循环到集热水箱中，使水箱中的水温升高。当温差值降低到系统设定停止温差时(1-3摄氏度)，循环泵停止，集热循环停止。如此反复进行，逐渐将热量传递到水箱，使水箱中的水温度逐渐提升，直到达到洗浴要求的温度。 (3)管路恒温出水 恒温回水管路循环主要是针对室内的洗浴热水管道而言，为了保证洗浴时一开喷头阀门即有热水，同时减少无效冷水的浪费，必须安装热水回水管路，采取管路循环措施。管路循环采用定温循环方式，在室内热水回水管路中适当位置安装温度检测传感器和循环泵，设置一个温度范围来控制泵的运行。当管道内水温低于设定值时，启动洗浴管道循环泵，将管路中的低温热水打入保温水箱，当水温达到设定值时，管道循环泵停止运行。 (4)恒温控制 当水箱内水温低于一定值时，集热器不能达到洗浴热水的温度要气，此时开启水箱内电加热或其它辅助热源(空气源热泵)，以实现任何天气条件下都能保证有热水供应的要气。 (5)冬季防冻循环 室外管道(保温水箱和集热器之间)在寒冷的冬天可能被冻，因此必须有防冻循环功能；当集热器温度(检测传感器测温)低于一定值(2-5摄氏度)时，启动集热循环泵，将保温水箱中的热水打进集热器，防止管路结冻。 4 电气控制系统设计 系统上位机选用HMI b7s515型号触摸屏以实现系统运行的可视化监测与控制，下位机选用台达系列PLC，主机CPU选用DVP40ES2，温度模块选用04PT-E2，AD模块选用04AD-E2。扩展模块还可加入功率变送器，监测电磁阀，循环泵以及辅助热源的功率，如图2所示。 图2 系统硬件框架示意图(1)温度传感器所测得温度相关信号经PT模块转化为数字量后传回PLC的CPU，PLC的状态反应到触摸屏上，实现数据的实时监控，如图3所示。 图3 温度传感器PT100与DVP04PT模块的外部接线图(2)水箱液位传感器测得电信号后，经液位变送器将电信号转化为4-20mA的标准电流信号后，经AD模块转换为数字量信号传回PLC，PLC根据设定值做出判断，控制水箱电磁阀的开启与断开，如图4所示。 图4 液位变送器与04AD-E2模块的外部接线图另外，各温度传感器的测量温度直接代表各个组成部分的温度，以此来控制系统的运行，因此，温度传感器的安装位置极其重要。温度传感器安装处的水温必须能代表所测部分的平均温度。 5电气控制系统软件开发 (1)WPL Soft开发PLC控制程序 WPL Soft为台达电子可编程控制器DVP系列在bbbbbbs存在系统环境下所使用的程序编程软件，台达PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 系统控制的关键是温度、液位的比较，通过PLC的比较指令可方便的实现。 各扩展模块读取参数的频率、精度是本控制系统的关键，台达PLC提供的温度控制模块、AD转换模块可以轻松的实现系统的自动化jingque控制。 (2)触摸屏人机界面(HMI)程序 触摸屏替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备，是人与控制系统之间传递、交换信息的媒介和对话接口，包括远距离的信息传递与控制，是控制系统的重要组成部分。在PLC控制程序中加入开关量，与HMI的寄存器相关联，实现HMI与PLC的关联，如图5所示。 图5 PLC程序控制集热循环泵的启动与停止6结论 本应用通过台达PLC及其触摸屏实现了对热水系统的自动化控制及其监测，辅助热源的加入解决了单一太阳能受天气状况影响大的缺点(若辅助热源选用空气源热泵，则系统较之电加热具有显著的耗电量低、安全、舒适、绿色环保、低碳的优点)。 控制系统上，加入了温度、液位、功率等多个参数，反映到触摸屏上实现了运行系统的重要参数可视化监控。使用户对水箱内水温度，洗浴热水温度、水箱内水量，系统耗电量等多项参数有明确的掌握。实际系统运行稳定，维护保养方便,可推广性极强，尤其适合宾馆洗浴、办公大楼等场合的热水供应。此外，还可根据冬季室内取暖的要求，自动控制适宜温度的热水进入暖气管道，实现洗浴、采暖兼容的热水控制系统，如附表所示。