西门子6ES7231-7PD22-0XA8详细资料

浔之漫智控技术(上海)有限公司

西门子6ES7231-7PD22-0XA8详细资料

信号隔离变送器一般都用在用电环境复杂的工业现场，为防止现场环境对产品出现各种干扰或损坏，我们根据多年的生产经验和针对不同环境下用户反馈意见，在对产品性能不受影响前提下逐步对产品的保护措施进行改进改善。对于DIN 35导轨安装的产品，这些保护电路都以安置据现场在产品中，用户可以直接使用。对于IC封装的产品，由于受到尺寸空间的制约而无法载入保护电路。所以，请用户根使用环境对IC封装产品的信号输入、输出、辅助电源加装保护电路。

SUNYUANISO系列隔离放大器变送器IC ，是一种将传感器、PLC、DCS、仪器仪表、变频器相互之间传递的模拟信号经隔离、放大、分配、转换成与之精度、线性度相匹配信号输出的混合集成电路。芯片内部集成了率的DC-DC，能产生多组互相隔离的电源分别给内部输入端放大电路、调制电路供电及输出端解调电路、转换电路、滤波电路供电。SMD工艺结构及新技术隔离措施使该器件能达到辅助电源、信号输入与输出之间3000VDC三隔离。 

通过选择不同类型的IC芯片进行组合，可组成多路（一进二出、一进三出、二进二出等）输出为一致或分别输出不同模拟量电参数的隔离变送器模块。产品使用非常方便，直接焊接在PCB板上或采用组合模块安装在标准DIN 35导轨卡槽上，零点和增益（精度、线性度误差<0.2%）的调节和校正，即可实现工业现场各种仪器仪表与传感器信号的隔离、放大、转换和分配功能，并能满足现场工业级宽温度、潮湿、震动等恶劣工作环境要求。 

1.引言 

微控内圆切割机是我公司半导体行业的主要产品，每年的销售量大约为50~60台，而且每年销售量呈 

递增趋势，但以前我厂制造的内圆切割机主要采用单片机进行控制，由于线路板为手工焊制，出错率相当大，维修率也非常高，客户反映设备问题很多，为此我们对机器的电器部分进行了改造。采用PLC控制，文本显示器进行参数的设定和显示。通过生产销售，用户反映很好，提高了设备的性。 

2.PLC的结构设计 

PLC全称为可编程序控制器，其运行，故障率低。已成为主要的工业控制产品，其功能强大，内部有定时器、计数器等辅助寄存器。其可通过外部信号的给定，来触发输出端的继电器等信号。来完成对整机的控制。PLC主要有继电器型和晶体管型两种。 

内圆切割机，采用的是三菱FX1s-30MT-001晶体管型PLC，这种PLC为16点输入，14点输出，晶体管型，其供电电压为交流220V，其内部自带直流24V电源，可供输入部分感应开关用，为其供电。输出的Y0口设定为固定的步进电机脉冲输出口，Y1口设定为固定的步进电机方向输出口。将此两信号输入到步进电机驱动器，控制步进电机的进给。同时配有RS232口，可同文本显示器进行数据交换。并通过文本显示器设定和显示PLC内的数据参数。 

我公司生产的内圆切割机，从控制方面主要采集的信号和主要控制的输入点包括：1.手动/自动方式选择，手动方式主要为切割过程前对所用，内圆切割工艺中，手动对方式是的；自动方式主要为对过程完成后，进行自动切割过程。到达设定片数后，机器自动停车。2.运行/停止主要是对自动切割过程发出信号和停止信号。3.主轴/冷却主要是为了开启主轴电机和冷却电机。4.点动向左、向右、向前、向后主要是手动对过程中调整机器用，这些按钮只在手动方式下才起作用。5.前限位、后限位、左限位、右限位，电机退回位主要是开关信号，提供限位置保护。6.回位是对报警信号的确认。主要控制的输出点包括：1.步进脉冲、步进方向、脱机信号等。2.主轴电机、冷却电机、主轴制动。3.控制进快退横向电机左右行走继电器。4.报、按钮指示灯等信号。 

3.PLC程序对内圆切割机的控制设计 

3.1对切割过程中片数统计的控制程序 

内圆切割机的切割工艺中要求，切割不能统计到切割片数中，因此要避开，其切割片数到设定的数值后，报警机器停车。其程序控制如下： 

LPD    m9        //*自动运行开启后*//     AND   X013          //*自动运行在右限位*// 

OUT  m10       //*设标志*//       OUT    m10          //*设标志*// 

DMOV  D520  D522    //*传送未切片数值*//  LD      m10        //*取开始切标志*// 

LD      m10      //*取开始切标志*//  AND    X013        //*右限位到后*// 

LD      m11      //*设切过一标志，开始准备计数*// 

ANDP   X013             //*右限位上升沿时*// 

DSUB   D522  K1  D522      //*剩余未切片数减1计数*// 

3.2对切割过程中走设置片厚的控制程序 

内圆切割机的切割工艺中要求，片厚的要求很高，平行度、一致度要求很高，为后道工序研磨工艺做 

准备，这就要求走片厚时度很高，采用三相反应式步进电机，其，运行平稳。采用细分数，电机的低频震荡。提高了电机的输出转矩，同时提高了电机的分辨率。 

其步进距离计算过程如下：设置片厚为D516（PLC数字单元）单位为mm，三相步进电机的步距角为0.75°/1.5°，设定细分数为10，其细分后步距角为0.75°÷10=0.075°，则步进电机一转所需要的脉冲数为360°÷0.075°=4800脉冲，进给采用步进电机带滚珠丝杠传动。步进电机转一圈，丝杠对应转一圈，丝杠螺距为4mm，那么1mm对应的步进电机脉冲数为4800÷4=1200，片厚D518为两位带小数值，所以D516对用步进电机的脉冲数为D516*K12。即为控制步进电机输出所需脉冲数。 

其步进速度计算过程如下：设置速度为D520（PLC数字单元）单位为mm/min，D520÷K60换算为单位mm/s送入D522。步进电机1mm对应的脉冲数为1200，对应D520速度下一秒钟对应的脉冲数为D522*K1200。那么脉冲周期T=1/d522*K1200。则脉冲频率F=1 /T=D522*K1200。即为控制步进电机的输出频率。 

以上两个计算过程控制程序如下： 

DMOV    D516  D518                  //*传送片厚设定值*// 

DMUL    D518  K12  D518             //*将片厚值转换成所需脉冲数*// 

DDIV     D520  K60  D522             //*传送速度设定值*// 

DMUL    D522  K1200  D522           //*将速度值转换成所需脉冲频率*// 

PLSR     D522  D518  K100  Y000     //*按速度走片厚设定值，脉冲频率为D522KHz，脉冲数为D518，加减速时间为100ms，输出口为Y000*//注意脉冲频率值不能过100KHZ。 

3.3对机器点动时前后行走时的控制程序 

点动过程是内圆切割机切割工艺中的必需过程，其通过频率的设定，可改变纵向丝杠的行走速度提高 

效率。通过点动操作调整好前后的相行程，并调整好左右切割过程中切割透的行程。 

LD      m8                       //*在手动方式下*// 

DMOV   K0  D0                  //*设定脉冲数0，即步进电机输出脉冲数不受控制，无穷大*// 

DMOV   D530    D532            //*手动时的脉冲频率*// 

PLSR    D532   D0   K100  Y000  //*手动时走动，频率为D532值，脉冲数为0，即对脉冲数没有限制。加减速时间为100 ms，输出口为Y000*// 

4.文本显示器的结构设计 

文本显示器选取台达公司的TP04G-AS2系列产品，该产品为多四行文本显示，带操作键，且为LCD 

显示，使用寿命长，而且。其通过的RS232数据线同PLC进行。该文本显示器主要显示内圆切片机切割过程中参数主要表现在以下几个方面： 

切割片厚值的设定、切割片数值的设定、切割速度值的设定、刹车时间值的设定、切割总片数值的显 

示、剩余未切片数的显示。 

这些需要设定、显示的参数通过专门的软件进行设计，软件组织好后，下载到TP04G-AS2中，进入运行模式后将PLC和文本显示器通过的数据线连接后即可进行运行状态。可以进行参数设定和显示。 

5.结束语 

我们通过现场的调试，证明PLC和文本显示器在内圆切割机中运用是可行的，它改变了以往我公司前 

期内圆切割机一些弊病，提高了该设备的性和市场占有率，为我公司的设备提供了一个很好的平台，该机型的应用在行业内属于水平，同时成本也没有相应的增加。 

锡焊机中S7-200(本机为CPU226)系列PLC与AT89C51单片机通信的框图如图1所示。由于单片机串行口输出的是TTL 电平,而PLC自由口输出的是RS -485信号,所以在系统硬件设计中使用MAX485芯片进行电平转换,将TTL电平转换为RS-485电平,以提高系统的稳定性。单片机的串行通信线RXD和TXD通过图l电路转换为RS-485信号和PLC通信。AT89C51采用中断方式对接收的PLC数据进行查询,将模拟量转换成数字量,经滤波后送发送缓冲区的数据段并送显示缓冲区显示,进行实时监控。

3  S7-200系列PLC的自由口通信

S7-200系列的PLC可以在四种通信模式下工作:PPI模式、MPI模式、PROFIBUS-DP模式和自由口通信模式。其中,PPI和MPI是西门子专门开发的通信协议。PPI协议用于点对点接口,是一个主/从协议。MPI协议适用于多点接口,可以是主/主协议或主/从协议。PROFIBUS-DP是西门子支持的现场总线网络。而大多数用户则是选用对用户开放的基于RS-485物理规范的自由口通信模式。在自由口通信模式下,通信协议是由用户定义的。用户可以用梯形图程序调用接收中断、发送中断、发送指令(XMT)、接收指令(RCV)来控制通信操作[2]。

当反映CPU工作方式的特殊寄存器位SM0.7为1时, PLC的CPU处于RUN模式时,才可能用自由口通信。通过SMB30或SMB130(SMB30和SMB130分别设置端口0、1)的协议选择位置1,将通信端口置为自由口模式。发送指令XMT启动自由口模式下数据缓冲区中的数据发送,它可以发变发送1—255个字符,如果有中断程序连接到发送结束事件上,在发送完成后,端口0会产生中断事件9,也可以监视发送完成状态位SM4.5的变化,接收指令RCV可以初始化接收信息服务,通过的端口接受信息并存储在数据缓冲区内,在接收完成后一个字符时,端口0产生中断23。S7-200CPU的通信口输出RS-485电平。

4  PLC与单片机的串行通信设计

4.1  通信协议设计

在单片机与PLC的通信中,主要是利用单片机向PLC发送命令和接受返回数据,实现读取数据或修改PLC程序中控制参数。通信协议采用命令/响应模式,一次通信发送的一组数据作桢,每桢由多30个字符组成[3]。

单片机发送的数据流结构的格式为起始符,指令码,元件址,字节数,数据块,BBC校验码和结束符。

●  起始码:表示单片机与PLC开始发送数据,是数据流个字符,告诉PLC开始进行通信了,可以用00H表示

●  命令码:表示单片机对PLC的各种操作:

40H:读取目标元件I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态;

41H:修改目标元件I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态;

42H:强制目标单元为ON;

43H:强制目标单元为OFF;

●  元件址:表示PLC内部的元件类型以及寄存器的地址(但不能表示一个位地址)。前两个字节表示寄存器类型,后两个字节表示寄存器号。00 00(H):I寄存器区 01 00(H):Q寄存器区。02 00(H):M寄存器区 08 00(H):V寄存器区;

●  字节数:从元件地址起,读取或写入PLC元件的数据个数数据块:准备读取或者写入PLC的数据或状态;

●  BCC校验码:在传输过程中,指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲,此时的指令当然是错误的,为了侦测指令在传输过程中发生的错误,接收方对指令作进一步的确认工作,以防止错误的指令被执行,简单的方法就是使用校验码。BCC校验码的方法就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和,并将此异或和作为指令的一部分传送出去;同样地,接收方在接到指令后,以相同的方式对接收到的字符串作异或和,并与传送方所送过来的值作对比,若其值相等,则代表接收到的指令是正确的,反之则是错误的

●  结束码:结束字符标志着指令的结束,不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收针对该PLC的指令[4]。

本例通信协议设计下:

1. 单片机与PLC之间的传输波特率为19200bps;无校验,8个数据位,1个可编程位,1位起始位,1位停止位;

2. 发送和接收的数据形式为ASCII; 

3. 需要通信时,当PLC接收到单片机发送的数据后,就将RI标志置‘1’,PLC就要向单片机发送ASCII码,一个ASCII码的数据发送完后,也要将TI标志置‘1’。

4.2  通信程序设计

在实现自由口通信的软件设计中,主要包括单片机程序设计和PLC程序设计。

一、系统概述

汽车制造厂的输送线和装配线是一个非常复杂的控制系统，它需要控制道岔、停止器、捕捉器、隔离开关、 急停开关、接近开关、光电开关、传送机、张紧器、提升机、举升台等许多执行机构。奇瑞公司二期工程总装车间采用两条装配线、四种车型混线生产，自动化程度 很高，控制系统复杂。整个控制系统分控制室和四个远程控制站，组成一个全厂工业局域网，远程控制柜PLC通过以太网将自己所控制的区域的生产情况传送 至控制室的计算机系统。 

二、系统选型及特点

PLC（可编程逻辑控制器）作为在复杂控制系统中替代电磁继电器顺序控制而出现，从它诞生起，就具有良好的发展的前景和广阔的前途。随着总线控制和网络的出现和应用，PLC如虎添翼，不断向各个行业渗透。现在，在工业上几乎每个行业都可以看到PLC的身影。 

我公司根据自动化控制人员在产品实际应用上的经验和总结，在认真分析上的控制系统公司的产品的基础上，以及鉴于一期工程采用罗克韦尔自动化公司A-B的PLC产品的良好运行状况，所以二期工程仍采用了A-B的PLC，来控制整个车间的生产情况。 

作为罗克韦尔自动化公司旗下拥有历史的，A-BPLC在工业界享有。PLC-5系列PLC作为A-B家族中成熟的产品，拥有许多功能模块，可以实现多种复杂的控制系统。 

此外，罗克韦尔自动化公司的软件众多，功能强大，对A-B的产品有广泛的支持。有 RSLogix 5、RSLogix 500、RSLogix 5000、SLC 500-A.I.系列编程软件，控制网组态软件RSNetWork等一系列梯形图编程软件包，为罗克韦尔自动化公司的产品提供了的通讯能力、强大的编 程功能和的诊断能力和监控能力，以及运行控制功能。 

经过深思熟虑，终我们确定了罗克韦尔自动化公司的PLC-5可编程序控制器、 RSLogix 5编程软件、RSNetWork控制网组态软件以及RSView软件组成的自控系统，来控制总装车间整个生产装配线，实现各项功能，满足整个车间对自 动化控制系统的要求。此外，奇瑞公司二期工程的焊装输送线和涂装输送线也采用了罗克韦尔自动化公司的A-BPLC。 

我们选择的PLC-5/40E CPU，内存容量大，数据处理能力强，网络功能强大，带有以太网网口，不需要额外的以太网通讯模块。PLC-5/40E CPU使用钥匙开关改变处理器的操作模式： 

RUN（运行）— 在运行模式下，用户不能创建或删除程序文件，创建或删除数据文件，或通过编程软件变操作模式。

PROG（编程）— 在编程模式时，用软件编程不能变操作模式

REM（远程）— 通过编程软件，在远程编程、远程测试、远程运行模式之间改变。RSLogix 5编程软件具有的通讯能力、强大的编程功能和的诊断能力和监控能力，以及运行控制功能：

诊断和故障查找工具

的通讯功能

统一的项目视图

灵活的梯形图逻辑

符号编程

可选的梯形图视图

容易的通信组态

利用RSLogix 5梯形逻辑编程软件，可以优化系统性能，节省项目开发时间，提高生产率。上位机软件RSView32是罗克韦尔自动化公司推出的组态软件平台，它使用方便，可以构造灵活的界面和强大的功能，用RSView32组态软件能开发出较强的组合画面： 

快速灵活的画面切换

灵活有效的报警方式

强大的功能和简单直观的操作方式

灵活实用的设置功能

实用的管理功能

利用上位机软件RSView32，坐在控制室，就可以监控现在的一切机械化设备，对现场的生产情况一目了然。 

三、系统结构与配置

罗克韦尔自动化公司的通讯网络分为三层：信息层、控制层和设备层。信息层应用以太网，用于全厂的数据采集和程序维修。控制层应用控制网、DH+、DH485、远程I/O网络。设备层应用DeviceNet网络，用于底层设备的、率信息集成。 

罗克韦尔自动化采用基于生产者/客户模式的通讯技术的控制网，即传送对时间有苛刻要求的控制信息，同时对其他的信息如对时间无苛求的信息也能传送，不会影响对时间苛求信息的传送。该控制网具有以下的特点：

连续性

传送与梯形逻辑程序的扫描异步

以一个与用户在I/O映象表中所设定的通讯速率相等或快的速率传送，保了控制网中的数据准确、、快速的发送、传递、接受和处理。 

总装车间控制系统是一个基于DeviceNet网络的现场总线控制系统。控制系统由一个控制柜和 四个远程控制柜组成，并与上位机和企业以太网相连。系统的层是设备控制层，主要完成生产设备的现场控制与监控；控制网主要是通过上位机完成对全车间生 产线的在线监测，并向设备控制层下达控制指令；上层是EtherNet网络，EtherNet网络与公司的企业资源管理（ERP）系统连接，向ERP系 统提供整个车间的生产数据。 

主控制柜组成 

远程控制柜（一）组成 

3.1 控制室

控制室采用RSView32组态软件。 RSView32是高度集成、基于组件并用于监视和控制自 动化设备和过程的人机界面软件。RSView32通过开放的技术扩展了您的视野，达到了与其它罗克韦尔软件产品、微软产品以及三方应用程序的高度兼 容。RSView32除了具备高质量人机界面软件的功能外，还提供特的系列工具来大限度地提升生产率。 

控制室承担了数据管理、车间数据采集、报警、趋势、数据记录及中文报表等工作。在控制室设有操作员工作站，操作员通过操作终端详细了解整个车间的生产运行情况，并可下达操作控制指令，指挥整个车间生产，实现车间自动化控制。 

控制室主要完成以下功能：

控制操作：在控制室能对全系统被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，手动或自动执行顺序控制，PLC控制方式的切换及对现场PLC参数设定值的修改等。

显示功能：用图形实时地显示各PLC站被控设备的运行工况；动态显示生产线工艺流程图，并能在流程图上选择弹出多级细部详图；动态显示各种信号的数值和范围清单，通过按钮、开关、信号灯、颜色等手段实时生动地表示出来。

数据管理：能建立生产数据库、操作信息库、故障信息库。

数据处理：利用实时数据和历史数据，计算主要生产指标。

报警功能：当装配线出现故障时，工人按下呼人开关和急停开关，装配线停止运行，把故障信息输入到报、屏幕显示报警信息、打印机输出报警信息、声光报警，并可依据报警信息推出相应的动态画面。

报表功能：即时报表、日报表、月报表、年报表。

功能：按不同操作级别分级加密，并记录操作人员工号和所有操作信息。

打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。 

3.2 双行道板式输送机系统

总装车间有两套双行道板式输送机系统。本系统由四柱叉式提升机、助推器、回转举升台、传送机、和接近 开关等设备组成。每套双行道板式输送机系统由两条平板输送线组成，平行回行，是一种非常复杂的控制技术，在国内处于技术的地位。该输送线可以很大 程度上降低工人的劳动强度，提高生产效率。但相对而言控制系统技术要求就比较大，难度高，设备控制和调试起来非常困难，是控制中的难点和，要求控制系 统的各个部分互相紧密配合，不能出现半点差错。 

同时在四柱叉式提升机的控制系统中取一个信号，用来控制吊具从宽推杆积放式悬挂输送链的双行道板式输送机上或从双行道板式输送机到宽推杆积放式悬挂输送链上之间的紧密衔接，杜绝差错和故障的出现。并在现场设有自动/手动切换箱，预防生产过程中紧急事故的出现。 

3.3 车型吊具识别系统

在油漆车身上料点，操作人员通过录入计算机将当前吊具号及车的信息输入到录入计算机，录入计算机将吊具号通过以太网传送至PLC，PLC进行堆栈存储。 

另外录入计算机将车的信息通过识别系统写头写入载码体，并通过以太网将吊具号及车的信息传送至上位机及在录入计算机内存储，当录入完毕后给PLC发出信号。 

上位机作出与输送线相对应的画面及参数，通过PLC给出的指针及录入计算机给出的信息进行显示并与PLC给出的堆栈信息进行比较，上位机根据信息及要求控制出入库的道岔及停止器。 

当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行，待上位机正常后从PLC调出堆栈信息恢复显示。 

在库存入口处的识别系统读头读取载码体信息通过以太网传至上位机，上位机根据库存及车的信息控制入库区的道岔及停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行，待上位机正常后从PLC调出堆栈信息恢复显示。 

库区出口处，上位机根据计划及库区信息通过以太网控制停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行。 

载车吊具入口处，上位机根据识别系统读头读取载码体信息通过以太网传至上位机，上位机根据车的信息控制道岔及停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行。 

在装配悬链整车下线提升机工位处（ST48）设置识别系统读头，现场仪表板上线处设置显示计算机及打印机各一台，当车通过ST48工位时，读头将载码体信息读入，并在计算机处显示。 

发动机上线完毕后，通过以太网发一信息计算机。计算机能依次显示三个车的信息，并能打印当天的产量及参数。 

3.4 吊具储存区

总装车间吊具存储区分空吊具存储区和油漆车身吊具存储区。其中油漆车身吊具存储区由九条宽推杆积放式悬挂输送链系统组成，用来存储不同的车型和同种车型的不同颜色的车身的吊具。 

控制系统需要区分吊具的类型的类型，在吊具进入存储区和出存储区时需要鉴别吊具的类型，并与已经输入的信息进行比较，作出吊具应该进入哪一条悬挂输送线存储区，或者哪种吊具从悬挂输送线存储区出去。 

在空吊具存储区前有一个坏吊具识别和检修区，把需要检修的吊具送入检修区，进行维修，正常的空吊具进入吊具存储区。 

四、结束语

总装车间的控制系统的特点也是难点有两方面：一是要切实保证设备运行的性，在生产过程中出现点微 小的故障都可能产生重大的事故，和的经济损失；二是控制系统复杂的连锁关系，从载油漆车身的吊具上线到成品车下线，包括工艺链和快速链之间的衔 接，需要设备的各个环节紧密配合，不能出现丝毫的差错。通过应用罗克韦尔自动化公司的软硬件产品和技术，保证系统的和性，灵活地实现了复杂的连锁 任务，终得到控制的要求。 

总装车间控制系统自动化程度较高，数据采集量大，控制站多，系统性要求较高。通过采用罗克韦尔自 动化公司的产品和技术，系统基本达到设计要求，运行效果较好，运行稳定、，具有较高的机电一体化水平。同时，该系统设计合理，，减轻了工人的 劳动强度，减少了设备运行的故障率，提高了生产效率。终获得用户的一致赞扬和。