西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8工作原理0 引言 以前的伺服驱动系统多以直流系统为主，这是因为直流电机调速比较方便，本身的机械特性较硬，但直流电机由于有电刷换向，不适用于防爆场合，且结构复杂，维修不便。近年来由于电子技术飞速发展，交流调速技术日趋成熟，其调速性能可与直流系统相媲美，并正逐步取代直流电机调速。 我公司的原系统为CANN0N公司独立研制，以STD总线、Z80CPU为核心的单片机组成的直流伺服控制系统。该系统抗干扰能力差，软硬件资料不详， 维修困难， 且备件价格贵， 采购周期长， 经常造成停机。因此我们采用西门子S7—300PLC及位控模块FM357、SIM0DRIVE611A伺服驱动模块、1FK6伺服电机构成的数控系统对原系统进行了改造。1 系统组成和工艺流程1．1系统组成 系统组成框图如图1。 由图可知， 机械手控制系统是整个汽车仪表板生产线的核心， 它主要完成高精度的定位控制、与上位机通讯、数据采集、故障报警， 以及控制发泡机高压循环及浇注时间， 接收来自转盘线的速度信号以适应转盘不同运行方式。高压发泡机系统主要完成ISO （异氰酸酯）和POL （聚醚多元醇）2种发泡料的liuliang、压力调节及原料循环控制。转盘控制系统主要完成转盘速度调节及模具开合控制。 机械手控制系统是此次改造的重点，该系统的主要构成如图2。 硬件配置如下： （1）上位机采用研祥EWS．843P一体化工控机，体积小巧，操作方便，主要完成参数设定，故障显示等。（2）以西门子S7．300PLC为核心，CPU模块为CPU316-2DP，主要具有与上位机通讯、处理I／O模块、控制计数器模块、位置控制模块的功能。（3）输入模块为32点的SM32l，输出模块为l6点的SM322主要完成数字量的I／O控制。（4）FM357位置控制模块主要完成高精度的定位控制。（5）FM350计数模块主要采集来自转盘的光电码盘信号，以便完成与转盘的协调控制。（6）SIMODRIVE6l1A伺服驱动模块主要接受FM357的控制信号，为伺服电机提供动力。（7）1FK6交流伺服电机为执行电机。1．2 系统工艺流程 系统工艺流程如图3。2 系统软件构成2．1系统的动作时序 系统的动作时序图如图4。2．2 程序框图及系统软件 系统上位机监控软件采用西门子公司WINCCV5．0软件， 运用该软件设计显示浇注轨迹及示教参数输入等， 中文人机界面， 操作方便。 下位机PLC程序采用西门子公司STEP7 V5．1软件，实现编程监控。程序框图如图5。 3 结束语 由于采用西门子S7—300 PLC为核心的交流伺服系统代替原来的以单片机为核心的直流伺服系统，大大tigao了控制可靠性。改造后的系统能完全满足与发泡机、转盘的协调控制， 符合注模工艺要求，系统， 操作方便， 经济效益显著。在现场使用中，有时需要把一个触摸屏连接到Profibus-DP网络中，通过鼎实网关模块PB-B-MODBUS可以实现这一需求。下面简要介绍实现过程，希望对您有所帮助（以连接eView触摸屏为例）。1． 网络构架：在Profibus-DP网络中，西门子PLC（带有DP通讯功能）作DP主站，PB-B-MODBUS作DP从站; 另外，在Modbus网络端，eView（为MT4400T为例）触摸屏作Modbus Master，PB-B-MODBUS作Modbus Slave。（如图1-1所示）图1-12． Profibus网络的配置过程：（本例中用WinLC代替硬PLC作DP主站，当然用户可以根据实际情况选择DP主站）这里简要介绍一下添加PB-B-MODBUS DP从站的过程及一些注意事项。（1）、把该模块对应的GSD文件（PB-B-MS/V32）导入Step7以后，刷新一下“HW Config…..”中的分类表（Update Catalog），然后在右边的分类栏中查找。（2）、在DP网络上配置PB-B-MODBUS模块，这里要给模块分配一个DP从站地址，并且把模块上的拨码开关拨成相应的数值。然后进入其中的参数配置页中，对串口通讯的参数进行相应的设置（此设置在Modbus端的通讯中起作用），同时设置Modbus 从站的站号。由于在Modbus端, PB-B-MODBUS模块作Modbus Slave，所以要将模块背后的SW1拨为从站模式（详见PB-B-MODBUS的使用手册）。（如图2-1所示）工程中经常需要西门子S7-200系列PLC与变频器组成RS485通讯网络，传统的做法是将PLC和变频器的通讯口直接相连组成网络，实际应用发现对于一些干扰较恶劣的工业现场，通讯常常产生误码，系统的可靠性大大降低。对于架空线路，若遭雷击则很可能使总线上的所有设备损坏！解决以上问题的简单办法是在PLC和变频器的通讯口加光电隔离，如图是采用德阳四星电子技术开发中心生产的PPI-G光隔离器组成的PLC和变频器通讯网络，由图可见，所有设备均被隔离，整个通讯线路被浮空，有效的抑制了干扰的进入，也彻底解决了由于设备接地问题而引起的串扰，同时由于PPI-G产品本身的抗雷击和延长通讯距离的功能，无疑会使系统的可靠性得到很大tigao。大高新技术装备的研发制造。 中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的高效成孔设备，采用卡特彼勒专用可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压先导控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。 ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200系列plc的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。二、控制系统方案设计 旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用质量可靠、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行全面的掌握与控制。 通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统的核心实现对旋挖钻机的全面控制、日本PROFACE品牌GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。下图为控制系统结构框图： 触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。下图为主作业画面图：三、控制系统主要功能 西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能可靠、可灵活组合等特点，在全球的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下重点介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。1、双向高速计数信号检测 S7-214CPU模块具有多路高速计数输入检测端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度检测、钻头钻孔深度检测。 旋挖钻机上车部分为液压驱动的独立旋转机构。在设计中采用旋转编码器检测其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。 同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可消除各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。 钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度检测基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。2、左右控制手柄多路按钮信号的检测 旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。3、外部传感信号的检测 西门子S7-200系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。 旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置检测其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备安全。4、实现对液压执行机构的控制 西门子S7-200系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二极管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。5、与PROFACE的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。 利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。 plc在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。 直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境；丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测；CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输。1 引言进入21世纪以来，随着连铸机技术的不断进步，使得冶金行业对连铸的高效化也有了更高的要求。连铸是紧凑型的控制，因此引入高性能计算机是tigao产量和质量的必要条件。小方坯连铸机主要为弧形渐进矫直型，铸坯半径R为8000mm，铸机作业率可达65%~85%。本文以四机四流小方坯连铸机为例介绍西门子S7 系列PLC在自动化控制方面的应用。2 系统简介根据小方坯连铸机生产工艺特点，该自动化控制系统由七套西门子S7系列PLC控制器和三台监控站组成。铸流(四流)系统、公用系统、出坯系统各自一套独立的S7-400 PLC，配水系统一套S7-300 PLC，通讯网络采用Sinec H1高速以太网络。利用H1网络扩展连接到热送辊道控制系统。S7系列PLC的CPU具有高速的数据处理能力和逻辑运算能力，而且拥有梯形图、语句表和流程图三种编程语言和可视化窗口界面，易于使用，方便灵活。所选用的模板类型如下:(1) 数字量输入(DI)/输出(DO)模板DI模板选用DC24×32，DO模板选用DC24V×32， 用于控制铸机在线及离线设备，使用I/O点数总和为 1100点。(2) 模拟量输入(AI)/输出(AO)模板AI模板可自由组态为各类信号输入，AO信号为 4-20mA主要用于结晶器。拉矫机速度给定及剪前辊道的速度给定，反馈以及各仪表显示等功能，设定工艺参数，检测及监控等。(3) 中央处理器和通讯处理器S7-400中央处理器为CPU413，S7-300为CPU315，控制程序的执行、运算和储存，通讯处理器为CP443以太网处理器，用于网络连接和数据通讯从而分担CPU的通讯负担，通过CP443与热送辊道及连铸机本地PLC和监控站进行通讯。(4) 监控站监控系统由3台PⅢ800工控机及相应的Sinec H1网卡组成。其中2台主要用于监控铸机生产在线设备系统，另1台监控配水系统、参数设置，水量及各有关参数。由于铸机每的控制设备和控制时序相同，因此其硬件配置也都一样。3 计算机控制功能从用户软件功能上看软件可分为四大部分:设备控制功能、程序通讯处理功能、铸坯数据管理程序、监控和故障报警程序, 而控制功能又包括公用设备的连锁启停, 流系统的设备联锁控制及出坯系统联锁控制以及二冷段配水控制。3.1 公用系统的控制主要完成中间罐车自动定位和大包回转台的旋转定位，剪机液压站的自动控制以及蒸汽风机的自动控制。3.2 铸流系统的控制(1) 液压剪定尺切割;(2) 结晶器.拉矫机变频调速控制;(3) 送引锭/脱引锭控制;(4) 剪切液压站的自动控制。剪机液压站油泵的自动控制,故障切换,油压控制。3.3 出坯系统完成推钢机的自动推钢控制以及翻钢冷床的自动控制和冷床液压站的控制以及其他在线设备的联锁控制。3.4 二冷段冷却水控制完成铸坯的二次水冷却，经过二次冷却水的冷却后，使铸坯完全固化。3.5 连铸机与热送辊道的数据通讯该通讯的建立不仅实现了连铸机的热装热送功能，而且也能够进行铸坯的跟踪，从而保证每一支钢坯的各成分参数准确无误和生产钢坯的总数。3.6 控制软件整个连铸机生产控制的软件采用STEP7完成，具体内容如下:(1) 确定模板的槽位以及各个模块的I/O地址编程的首要工作是对PLC的硬件配置，确定各个模板在S7-400站中的位置，对I/O模板分配地址，并确定以太网地址，以及网站间通讯作业的定义。(2) 编制梯形图以及语句表程序，完成各种设备的控制a) 采用模块化思想，将每套设备的动作情况以及有一定独立性的动作顺序编写在独立的程序块或功能块中，由组织块调用这些块。这样便于查找故障，也能了解设备的功能情况。b) 可用梯形图完成开关量的动作，用语句表完成拉矫机变频器和结晶器振动变频器的动作。(3) 操作界面组态设计根据工艺要求编制工艺画面，包括各设备的画面，对主要数据:拉矫机的给定速度、实际速度、给水量等历史趋势，完成对各个设备的操作运行情况的监控，以便出现故障后能快速查找故障发生的时间，以及故障的原因
