西门子6ES7277-0AA22-0XA0技术介绍

西门子6ES7277-0AA22-0XA0技术介绍一、引言    PLC以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，被广泛应用。可实现顺序控制、PID回路调节、高速数据采集分析、计算机上位管理PLC分散控制的集散管理系统，是实现机电一体化的重要手段和发展方向。    bbbbbbS操作系统以其图形用户界面、多任务、自动内存管理等特点，已取代了DOS操作系统的地位。bbbbbbS操作系统为用户提供了API接口函数，但非开发人员难以掌握。VB作为bbbbbbS下的应用软件开发平台以其易学好用的优点给程序员提供了强大的可视化编程工具。    在微机与PLC之间构成的集散控制系统中，多数是由一台PC计算机与数台PLC之间形成1-N的通信模式。该模式系统中PLC负责现场高速数据采集、实现逻辑、定时、计数、PID调节等控制任务并通过串行通讯口向微机传送PLC工作状态机有关数据从而实现计算机对控制系统的管理，提高了PLC的控制能力的控制范围。使其从设备级的控制发展到生产线级乃至工厂级的控制，从而实现工厂智能化的目标。该集散控制系统中，PLC与微型计算机之间的通讯显得尤为重要。因此如何提高保证它们之间的通讯准确程度、可靠性及效率是通讯成功与否的关键技术之一，下面就对该关键技术做一些探讨。二、上位计算机与PLC之间的链接方式    本文介绍的是上位机与多台PLC组成的多链系统，常用的连接方式有两种：    方式一使用连接适配器较少，也不用信号转换，但若中间一台PLC出故障，其后续的PLC无法与上位机通讯。    方式二虽然使用了信号转换，但可避免前级故障对后级的影响。三、上位计算机与PLC的链路通讯    以OMRON公司CPM1A型PLC和上位计算机通讯为例，通讯协议如下：    按上图顺序发送/接受命令。每次通讯发送/接受的一组数据称为一“帧”。帧由少于131个字符的数据构成，若发送数据要进行分割帧发送，分割帧的结尾用CR码（CHR(13)）一个字符的分界符（分段字符）来代替终端。发送帧的一方具有发送权，发送方发送完一帧后，将发送权交给接受方。    发送帧的基本格式为：    @机号  识别码  正文  FCS  *CR    其中：@      为帧开始标志          机号    网络通讯中每一台PLC被分配给的唯一番号          识别码  该帧的通讯命令码          正文    用来设定命令参数          FCS    帧校验和          终端    命令结束符    响应的基本格式为：    @机号  识别码  结束码  正文  FCS  *CR    其中：@机号   识别码  正文等同发送帧意义          结束码   返回命令结束有无错误等状态    关于多于131个字符的分割帧这里不在赘述。四、通讯过程    通讯开始先由上位计算机依次对网的PLC发出一串字符的测试帧命令。为充分利用上位机CPU的时间，可使上位机与PLC并行工作，在上位机等待PLC回答信号的同时，使CPU处理其它任务或线程。某PLC在接到上位机的一个完整帧以后，首先判断是不是自己的代号，若不是就不予理睬，若是就发送呼叫回答信号。上位机接到回答信号后，与发送测试的数据比较，若两者无误，发出可以进行数据通讯的信号，转入正常数据通讯，否则提示用户检查线路重新测试或通讯失败。五、上位计算机bbbbbbS下的通讯程序设计    上位机通讯软件是用VB开发的，因VB具有强大的图形显示功能，可以开发出界面良好的bbbbbbS标准风格的图形用户界面。同时VB还提供了串行端口控件MSCOMM，程序员在利用该控件时，只需设置、监视其属性和事件，即可完成对串行口的初始化和数据的传输工作。    Sub bbbbl_load()    Mscomml.comport = 1    Mscomml.settings = "9600,n,8,1"    End sub    Sub commandl_click        Mscomml.bbbbblen = 0        If mscomml.portopen = false then             Mscomml.portopen = true        End if        For I = 1 to n ;N为网络系统中的PLC个数        If i<10 then             S$ = "@"+"0"+str$(i)+"ts"+"abcd"             Else             S$ = "@"+str$(i)+ts"+"abcd"    ；abcd为测试字符             Endif             …    ；形成上位机测试命令数据块sedata$;        Mscomml.output = sedata$        Timerl_on = false        Timetl.enable = true        Do until (mscomml.inbuffercountá?0)            or (timerl_on = true)            Domy = doevents()        Loop        Timerl.enable = false        …        Redata$ = mscomml.bbbbb        If redata$ = sedata$           …    ；转入正常通讯数据处理           Else        Labell.caption = str$(i)+“测试通讯失败，检查线路后再测试”        Endif        Endsub六、PLC方的通讯设置    计算机与PLC通讯的目的是实现计算机对PLC运行状态、数据区的监控、PLC工的管理并可用计算机编程。一般来说，在通讯过程中PLC是被动的，每一次通讯都由计算机发起与终止，但也可由PLC发起。    通讯前需用外部输入设备在系统设定区域的DM6650-DM6653中进行通讯条件设定。炼钢电弧炉是将废钢或还原铁装入炉内，使之与三根人造石墨电极之间产生三相交流电弧，将炉料熔化并冶炼成钢的炉子。本系统的电极升降是利用弧流的设定值与实际值比较差动调节，当设定值大于实际值，电极下降，反之上升，终达到平衡点进行稳弧冶炼的过程。我公司16#电弧炉就是利用这一原理采用PLC自动采样、自动控制电极升降，从而实现冶炼过程的自动化。　　1 PLC系统硬件配置　　　 如图l所示．电源模块总是安装在机架的槽，CPU模块安装在第二槽。S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上,模块通过U形总线连接器连接,每个模块都有一个总线连接器，插在各模块的背后。安装时先将总线连接器插在CPU模块上．并固定在导轨上，然后依次装入各个模块。通过对CPU及DI、DO、AI、AO各模块的组态，保证各开关量的输入、输出控制及弧流、弧压的采集，并通过模出控制电极升降。　　　　　　　　2 PLC系统编程应用　　2.1 主程序结构　　　 系统主程序由OBl完成，如图2所示。　　　　　　　　　　 组织块Obl:在选择自动档位时调用FB3、FC1O、FCll、FCl2来自动完成模入、模出、比较、PID调节等功能。　　　 功能块FCl:是来自三相弧流弧压模数变换环节，由模拟量转变成数字量。　　　 功能块FCl0、FCll、FCl2:用来限制实际弧流弧压大值、小值是否运行在这个参数之间，如出现偏差及时保护。　　　 功能块FB3:是运行PID闭环调节的功能块。　　　 数据块DB:用来分类储存设备或生产线中变量的值，数据块也是用来实现各逻辑块之间的数据交换、数据传递和共享数据的重要途径。　　2.2 参数功能表　　　 电弧炉冶炼电极升降过程必须采取闭环控制方式，才能使系统稳定工作，所以我们在PLC里引入功能块FB3(图3)并设置了PI动态调节、限幅及死区调整等环节。　　　　　　　　　表1　　 FC3功能表　　IN0 实际弧流I实　　IN1 实际弧压U实　　IN2 计算过的给定值（外部）　　IN3 内部设定值　　IN5 内部设定值　　IN4 内部设定值　　I07 内部设定值　　I08 内部设定值　　OUT 输出　　2.3 电极升降系统PI工作原理　　　 根据冶炼工艺要求来设定弧流I0(要求实现的电流值)、弧压UO(变压器五档调压)，电炉引弧期间，电极升降频繁，怎样使它既不断弧又要在佳工作状态，我们引入了比例积分调整环节。　　　 比例部分　　　　 I实-　 IO/UO×U实×1.732=±I07　　　　 I07×IN3=KP　　式中，I实一实际电弧电流值；I　 O一设定电弧电流值；UO一变压器五档位选定电弧电压值；U实一实际电弧电压值；I07一运算过的电流值；IN3一可调整的比例倍数；KP-比例系数(存放在功能块DBl.DBDl2处)。　　　 积分部分　　　 IN4/IN5×DB1.DBD4=DBl.DBD8　　　 (DBl.DBS×I07)+I08=DBl.DBD20　　式中，IN4(DB6.DBD48)、IN5(DB6.DBD4)、 DBl.DBD4一可调整的积分时间常数：DBl.DBD8一积分时间常数；DBl.DBD20--积分　　　 累加系数。　　　 ,功能块输出OUT可表示为　　　 OUT=DB1.DBD12+DB1.DBD20　　式中，DBl.DBDl2一比例系数：DBl.DBD20一积分累加系数。　　　 当I07差值为正时证明实际弧流大弧压低电极上升；为负时证明弧流小弧压高电极下降。电极上升下降反应速度由PI调节常数设定，比例、积分常数可根据不同情况进行调整．在调试中修正。此外还有死区控制(又称冶炼稳定区)，输出值一旦进入此区，系统自检定为稳弧区(电极波动≈0)，也就是给定值、弧流、弧压三个量关系的平衡，以保证弧流的稳定。为防止断弧还要有上升下降速度限幅，一般使上升、下降限幅值设为0.5：1即上升速度为下降速度的50％,此值可根据实际情况进行调整。调整时要适当改变比例、积分时间常数及上升下降速度限幅值，以保证电炉顺利引弧并使冶炼电流平稳。　　　 本系统电极控制为液压式．通过控制阀将电信号变换成液压信号，用液压缸直接移动电极架的方式，由于消除了旋转部分的惯性，所以起动特性良好。从输入信号给出以后，到电极达到高速度的时间为40～80ms左右。　　3 结语　　　 此系统经调试后现已正常运行。系统运行稳定，起弧快，冶炼平稳。与传统的模拟系统相比，具有控制精度高、可靠性强、故障率低、便于维护等优点。使得电炉冶炼质量和自动化程度都较过去发生了质的飞跃1 引言立体库是物流系统的集散地，它可以提高劳动生产率，降低劳动强度;节约库存占地面积，提高空间利用率;加速仓库储备资金的周转，保证均衡生产。堆垛机是立体库的关键设备，控制堆垛机的自动化控制装置应具有功能全、安全、可靠等特点。为此，本控制系统采用PLC作为控制核心，用变频器驱动堆垛机的电机。2 立体库定位方式自动化立体仓库由库房、货架、堆垛机，自动控制与信息传输装置，计算机和输送机等外围设备组成。库房由若干行货架组成，每行货架分隔成标准的存贮单元(托盘)，每两行货架间留有巷道，巷道上有堆垛机。巷道端(原位)设有出入货物的货架(即放托盘的架)。巷道长度和货架高度根据存贮量需要及厂房尺寸而定。堆垛机在巷道上固定的天地轨间运行，两端都有限位开关和防越位撞头。堆垛机自动存取时，必须确定要存或取的货物在货架上的位置，即定位。货物放在货架上的托盘里，一旦托盘所在层、列、行确定，则堆垛机在控制器控制下可自动对托盘进行操作。设层为Y坐标，列为X坐标，行为Z坐标，其立体库定位示意图见图1。为正确确定X和Y值，堆垛机在运动过程中，采用无接触光电检测方式，对X和Y值不断检测， 一旦检测到X、Y值和PLC机内部设定值相同，说明 X和Y值确定了。Z值只有两种状态，不是右行就是左行，所以用一般开关就能设定Z值。X和Y的PLC内部值由拨码盘接口模块(E-01D)通过拨码开关设定。E-01D模块专为操作者外部设置PLC机内部的目标值，每块E-01D模块可同时输入四组拨盘开关，每组为四位标准BCD码。四组拨盘开关设置对应的计数器或定时器分配号分别为674、675、676、677，E-01D模块拨码接口使用见图2。本立体库PLC控制系统中，只用两组拨码开关，也就是说，只用674、675两个分配号。它们均工作在计数方式。674号被用来设置X值，675号由图2拨码盘设置Y值。3 控制系统构成(1) 系统工作原理为了保障立体库的正常工作，立体库PLC控制系统设计成自动和手动两种方式，当自动出现故障时，手动可继续工作。本系统工作在自动方式时，堆垛机的三个自由度由三种不同电机驱动(列电机、层电机、叉电机)。为了提高效率，同时能够做到堆垛机正确动作，层电机和列电机由变频器驱动。当堆垛机运行到层或列的目标前一单元，驱动层电机的变频器或驱动列电机的变频器开始降速，一旦检测到目标位光电信号，则驱动层电机的变频器或驱动列电机的变频器在PLC的控制下正确停车。根据Z值，堆垛机的货叉左出或右出。至于存或取时的微落或微抬，由于贮存单元(托盘)规格一样，故只要知道存还是取，控制系统自动进行微落或微抬。当堆垛机的货叉在目标位工作完后，堆垛机自动返回原位，完成整个存或取过程结束。系统框图见图3。考虑到该立体库为冷库，到了冬天，控制系统环境不能满足PLC控制器要求，为此增设了加热控制装置，确保PLC控制器可靠。(2) 软件编程流程图由于堆垛机自动存、取货过程是一个比较复杂的控制过程，所以相应PLC控制器编程也比较复杂，首先，存货和取货过程正好是相反操作，编程时充分注意逻辑互锁关系。其次，为了提高存(取)货的效率，堆垛机层或列运行的速度控制非常关键，编程时必须注意层或列运行过程中的快慢切换点。再者，编程要合理，减少程序量，缩短扫描时间。现示出立体库PLC控制系统的程序流程图，如图4所示。4 结束语(1) 立体库采用PLC控制系统后，堆垛机在变频器驱动下高效运行，稳定可靠，存取货物动作正确，节省人力物力。(2) PLC控制器通过扩展通讯接口，和管理机进行联网，立体库实现微机管理。(3) 随着信息科学、自动化技术、机器人不断发展，立体库作为物流系统的集散地，今后，立体库应该向智能化、信息化等方向发展。