6AV2124-0JC01-0AX0安装调试

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浔之漫智控技术(上海)有限公司

6AV2124-0JC01-0AX0安装调试

  小型PLC产品加多元化,不仅有度很高的,国内一些自动化企业也看到小型PLC广大的市场,纷纷推出自主的小型PLC产品,这为不同细分市场的中国用户提供了多的选择。

    近几年自动化产品用户除了稳定性、性价比等因素之外,越来越重视项目的维护成本,现在中国用户都已将维护成本列入整个自动化系统的成本中。西门子小型PLC为用户提供灵活多样的远程服务解决方案,可以基于固定电话,网络,GPRS无线通讯等,为客户后期维护节约可观的成本。为了进一步为广大用户降,2005年,西门子成功完成了S7-200PLC的本地化生产,同时还本地化生产了S7-200PLC触摸屏KTP-178和四行中文文本显示器TD400,进一步提高了西门子小型PLC整体解决方案的性价比,开放性已达到同类中型机水平,支持PPI、RS-485、Profibus-DP、以太网等多种通讯协议,保证了的无缝连接。

    随着中国加入WTO,出口额逐年提高,中国正逐步成为机械设备的制造基地,使得国内OEM厂商迅猛发展。一些OEM厂商为了避免激烈竞争,追求高的利润,将用小型PLC替代继电器或单片机控制方案。而且,小型PLC不再仅仅进行单机单站的控制,工厂信息化的潮流将会使多的生产设备联网,进行集中监控。西门子小型PLC开放的平台为工厂生产设备联网和工厂信息化提供了可能性,使客户增加额外的硬件投资即可实现联网。


    一、简介
    ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司(简称中联重科)自主研制开发的一种基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业,主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家基础设施建设工程所需重大装备的研发制造。
    中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的成孔设备,采用卡特彼勒可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压控制。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、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作为控制系统的实现对旋挖钻机的控制、日本PROFACE 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、可灵活组合等特点,在的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。
    1、双向高速计数信号
    S7-214CPU模块具有多路高速计数输入端口,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、钻头钻孔深度检测。
    旋挖钻机上车部分为液压驱动的立旋转机构。在设计中采用旋转编码器其转动角度,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。
    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。
    中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核,目前该产品已批量生产并销至全国各地,得到了用户的认可和信赖,成为我国自主的新一代重要桩基设备。
    四、几点体会
    西门子S7-200系列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。

进入2013年之后,随着自动化产业热潮不断升温,PLC市场被相关市场研究机构看好。随着“十二五”提升装备自动化的提出,业内预计PLC市场将处于持续增长状态,到2013年预计市场规模将达到90亿元。

在未来五年内,中国PLC市场的综合年增长率预计将达到14.1%。PLC中国市场预期以12.4%的年复合增长率(CAGR)增长,市场份额2006年接近7.5亿美元;2011年达到13亿美元;根据相关机构预计,2015年这一市场将过16亿美元。

为何中国PLC市场被国外?

目前,中国PLC市场的95%以上被国外产品。国内曾有研究单位开发PLC产品,后因种种原因没有发展起来。值得欣慰的是,国内已有具有较强实力的公司开始拓展PLC业务,并在中国PLC市场有了一定声音,如和利时公司、德维森公司、安控公司。

中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等大公司,欧美公司在大、中型PLC领域占有优势,日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置,韩国和中国的公司在小型PLC领域也有一定市场份额,PLC厂商的市场份额几乎可以忽略。

我国大中型企业普遍采用了的自动化系统对生产过程进行控制,但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。随着竞争的日益加剧,越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制,以提高企业的经济效益和竞争实力。

大型PLC的目标用户在选用PLC时一般不会把价格作为要考虑因素,而是关注产品性能、质量和,对价格不是十分敏感,故日本产品很难进入该领域。韩国和中国的产品从一开始就是模日本产品,基本沿袭日本产品的技术路线,其在中国的市场策略、行业影响基本是步日本厂商的后尘,只不过比日本产品滞后一段时间。

对中、小型PLC的目标用户而言,市场上主要厂商的PLC产品均能满足其要求,所以在产品选型时价格是十分重要的因素。因此,日本产品在该领域占有优势。Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大,近几年其小型PLC的市场增长,已经与日本主要产品(Mitsubishi和Omron)在小型PLC领域了类似的市场地位。近年来,由于具有明显的价格优势,中国的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲,抢占了原来日本产品的一部分低端市场。

中国PLC产品领面临严重不足

我国自动化发展,由于初的起步较晚,导致在之后的发展过程中没有赶上那一轮的发展浪潮,直到现在技术水平与国外同等产品还存大一定差距。就拿现在自动化控制系统中的部分之一PLC也是一样。早期的PLC技术相对封闭,开放性不够,缺乏一个通用的技术平台,国内研发单位很难得到的PLC技术,需要长时间的不断尝试和摸索。

我国PLC技术在中小型产品方面已较不不错的成绩,但是在产品领域则面临严重的不足,这也是我国装备制造业的通病。数据显示,2012年中国PLC市场规模及增长变化趋势增速下滑原因分析受OEM低迷影响,小型PLC下滑非常明显,大型厂商甚至出现30%以上的下滑。今年PLC的销售量虽与去年持平,但是由于价格的下跌致使销售额明显下降,PLC的单品价格现在只有去年的1/4-1/3。根据相关数据显示,初步估计目前在我国本土销售的PLC总量为30~40亿元人民币(不含随进口主设备配套的PLC),年增长率为15~20%。

尽管国产PLC在中国PLC市场所占份额很小,但只要国内有实力的厂商下定决心,仔细分析自身的劣势和优势,充分利用各方有利资源,踏踏实实、有针对性地做好各项工作,国内PLC厂商一定能够在PLC领域有所作为。

国内PLC厂商能够确切了解中国用户的需求,并适时地根据中国用户的要求开发、生产适销对路的PLC产品。例如,和利时公司具有12年的控制类产品生产、销售及工程实施经验,积累了大量客户资源,了解国内不同行业、不同地区、不同所有制用户的真正需求,因此在产品设计时可以充分考虑中国用户的需求和使用习惯,产品的针对性和易用性强。

现在掀起的二轮工业自动化高潮,我们已不能再次,与其在之后交给子孙后代不断追赶,不如现在就把握机会,推动国内产业技术的不断提升,进一步提高产业竞争能力。

PLC市场潜力中国企业需抓住机会

未来机床的方向是数控化和逐步化,这些机床都需要使用大量PLC。

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CX变频器使用RS-485通信接口,以ModbusRTU模式的通信协议与外界通信,传输速率为2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、19200bit/s(由变频器参数Pn70设定)。联机方式如图6-32所示。


图6-32 CX变频器联机方式

    1.通信协议说明

    在ModbusRIU模式的通信协议中,一个信息由4部分组成,即slave地址、功能码、资料及CRC-16检查资料,并按次序送出。每一个信息的开始与结束,皆以3.5个字符的间隔时间来做识别(T1~T4:字符时间)。

    在RTU模式中,字符的格式见表6-10。

    表6-10    字符格式


    (1) slave地址(Slaveaddress)

由Pn69可设定每一台变频器的地址,设定范围为01~31。由主机发出的信息可以被所有共同连接的从机接收,但仅有地址与信息中从机地址设定相同的从机才会执行此信息。当信息中的从机地址设定为0时,所有共同连接的从机皆可收到信息并执行此信息,但此信息仅能用于RUN/STOP、FAULTRESET和频率命令的设定。此时从机只会接收主机送来的信息,而不会响应任何信息给主机。

(2)功能码(Functioncode)

功能码及其功能见表6-11。

表6-11    功能码及其功能


    (3)资料(Data)

    因每一种功能需要的资料不尽相同,在“信息模式”中可根据功能选择不同的信息资料。

    (4) CRC-16检查资料

    CRC-16是一个16位二进制数,计算CRC-16的步骤如下。

    ①先设定CRCregister为FFFFH。

    ②将CRCregister的低字节与信息中的个字节进行异或运算,并将结果传回CRCregister的低字节。

    ③CRCregister右移1位,在位填入0。

    如果LSB是0,重复步骤②;如果LSB是1,则CRCregister与AOOIH进行异或运算。

    ④重复步骤②及③,直到已经右移8位为止。

    ⑤对信息的下一个字节,重复步骤①~④,直到信息中的所有字节都处理完。

    ⑥此时CRCregister中的值即为CRC-16data。

    在传送CRC-16检查数据时,先传送低字节的检查数据,再传送高字节的检查数据。

    (5)响应信息

    变频器如果有响应信息,在接收完命令信息约20ms以后,才可能送出响应信息。而写入0400H地址,变频器进行参数记忆,约Is后才可能送出响应信息。在以下情形下变频器没有响应信息。

    ①在接收信息过程中,检出通信错误(parityerror、framingerror、overrunerror或CRC-16error)时。

    ②命令信息中的从机地址与参数Pn69(变频器地址)不相同时。

    2.信息格式

    7200CX仅使用3种命令:读取、回路测试及写入。信息长度见表6-12。

    表6-12    信息长度


    一次可同时写入的Holdingregister多为8个,在写入命令中可以设定从机地址为0,此时所有线上的从机都会收到此信息,但仅能设定RUN/STOP、FAULTRESET和频率命令等资料,此时从机不作任何响应。利用写入命令改变的参数在关机时并未存入E2PROM中,只有在PRG模式下写入0400H地址,方可记忆。

    3.RS-485通信范例

    利用PLC经由RS-485接口来控制变频器地址为5的7200CX,执行图6-33所示的运转操作程序。


    图6-33 运转操作程序

    ①控制7200CX以100%速度正向运转,同时多功能输出端子11、12动作。

    ②控制7200CX以l00%速度到50%速度,多功能输出端子11、12不动作,而多功能输出端子A、B、C动作。

    ③控制7200CX以50%速度反向运转,同时多功能输出端子A、B、C动作。

    ④控制7200CX以50%速度停止,同时多功能输出端子A、B、C仍然保持动作状态。


1、主机
主机部分包括处理器(CPU)、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的,它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作,将送到输出端,并响应外部设备(如电脑、打印机等)的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类,一类是系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序,系统程序已由厂家固定,用户不能改;另一类是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
2、输入/输出(I/O)接口
I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备(如按钮、传感器、触点、行程开关等)的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备(如接触器、电磁阀、指示灯等)。I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰,从而提高了性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点,中型机有几百个点,大型机将过千点。
3、电源
    图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源,通常也为输入设备提供直流电源。
4、编程
    编程是PLC利用外部设备,用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接,并利用的软件进行电脑编程和监控。
5、输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元(即主机)连接在一起。
6、外部设备接口
此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联,以完成相应的操作。
实验装置提供的主机型号有西门子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。输入点数为14,输出点数为10;CPU226(AC/DC/RELAY),输入点数为26,输出点数为14。


对于初学者来说掌握了 PLC 基本原理,熟悉常用的编程方法,在进行简单系统编程时尚可以运用自如,但对较为复杂的控制系统设计往往力不从心,要想在 PLC 应用方面得心应手,学习者除了要建立正确的学习方法,深入学习 PLC 编程技巧,重要的是相关知识的学习。下面从六个方面谈谈我的教学心得。

一、 多收集程序范例、增加编程经验

在 PLC 的编程方法中,经验法一直受到许多从业者的青睐,并且在经验设计法中资料收集显得尤为重要。收集典型程序样例,程序有较完整的组成部分:控制任务、I / O 分配、硬件接线图、完整的程序及注释。其次要读懂程序,从而分解出程序中用于完成不同任务的组成部分,对于各组成部分中立完成某一特定功能的子程序或者中断程序应及时收藏到程序库。以便在以后的编程过程中碰到实现类似控制任务时,节约程序设计时间、提高程序调试成功率。再次还需要记录程序闪光点,诸如编程者巧妙的思路、程序结构、应用指令的使用。尤其是应用指令的使用,能够大大的缩短程序长度,减少内存容量,降低系统成本。后对程序做功能扩展性的设计、调试,并对全过程加以详细记录、再加以总结。通过以上过程就能够有效消化这些程序范例,使其融入到自己以后的编程过程中。经过一段时间的资料收集、理解、消化后,逐步确立适合自己的编程方法。

二、 熟练使用软件包

设计者应熟读编程手册、熟练程序的编辑技巧,使得自己的设计方案得以展现。设计好的程序能否满足控制任务,就进行调试,传统的调试方式离不开编程控制器 CPU,必要时还需要另外准备输入输出模块、特殊功能模块和外部机器等。软件 可提供一个虚拟的实验平台。能够实现不在线时的调试。不在线调试功能内包括软元件的监视测试、外部机器的I/O的模拟操作等。对于个人学习来说,没有实验条件,软件能够在个人计算机上进行顺控程序的开发和调试。使用者通过程序不断的调试,慢慢领会程序设计心得,从而增加编程经验 。

三、 特殊功能模块

在学习过程中,大部分学生将学习的放在了软件编程上, 而现代工业控制给PLC 提出了许多新的课题,如果用通用 I/O 模块来解决,在硬件方面费用太高,在软件方面编程相当麻烦,某些控制任务甚至无法用通用 I/O 模块来完成。因此,学习 PLC 的特殊功能模块显得尤为重要。这些特殊功能模块有模拟量输入输出模块、高速计数模块和运动控制模块等。这些特殊功能模块 PLC 厂家都给出了详细的使用手册,用户可以通过仔细研读使用手册来完成特殊功能的实现,使得软件编程简化,降低了经济成本。

四、 人机界面

连接可编程序控制器,利用显示屏显示,通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令,实现人与机器信息交互的数字设备称为人机界面,俗称触摸屏。触摸屏以其易于使用、坚固、反应速度快、节省空间等优点,使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。触摸屏由硬件和软件两部分组成。利用软件可以完成用户界面的设计,结合PLC的程序设计大的简化了计算机的使用,即使是对计算机一无所知的人,对不懂 PLC 程序编程的操作人员,也能够按控制要求设置控制系统参数、生产配方存储、设备生产数据记录等操作。触摸屏的学习可以按如下的步骤进行。针对某一系列触摸屏仔细阅读其画面设计手册进行用户画面设计;接着设计触摸屏画面操作实现对应的 PLC 程序;后打开触摸屏、P L C 编程软件进行调试。

五、 掌握三种流派主品

目前,世界上有 200 多个厂家生产 PLC。大体可以按地域分成主要的三个流派:一个流派是日本产品,以三菱 FX 系列小型 PLC 为代表; 一个流派是美国产品, 以 A B 公司的PLC 系列中型 PLC 为代表;还有一个流派是欧洲产品,德国西门子的 S7 系列大型 PLC 为代表。不同型号的 PLC 产品具有不同的特色,不仅表现在特殊复杂的功能等方面,就是在编程语言、程序的组织等方面也存在着较大的差异。掌握所有的 P L C 产品显然不现实,也没有必要。在熟练掌握一种 P L C 产品的基础上,有意识地在其他主要流派中选择有代表性的产品,采用对比的学习方法进行相对深入的研究。这样在以后的工作、学习和开发研究中遇到其它的机型时,就能够做到触类旁通了。




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