西门子模块6ES7221-1BH22-0XA8型号规格

西门子模块6ES7221-1BH22-0XA8型号规格

本文详尽介绍了利用菱电公司的经济大型AnSH PLC以及经济紧凑型FX2N PLC及其相应的出功能模块、FR－540变频器，并采用传输速率较高、可靠性好的现场总线CC－bbbb，架构了一套实时性较强、可靠性良好的海况实时分布式系统。该系统的研制为海洋船舶研制提供了一种实用型的半实物平台，节省了大量的试验测试经费，降低了试验所需的物力和人力，同时在一定程度上，还可以进行海洋能量开发的试验，了空白。
关键词：PLC 半实物 CC－bbbb

1 设计背景
船舶在海洋中的摇摆姿态、船体的抗风浪性能对船舶的航行的稳定性、安全性具有巨大的意义。船体在海洋中的不同运动姿态：横倾、纵倾、上下代表不同的海况等级，船舶的适航等级适海洋船舶的一个重要指标。因此，在设计船舶时，尤其是远洋船舶、海洋船舶的设计，必须要经过科学计算其船体的抗风浪等级。但计算仅仅是理论值，必须要经过多次的海风浪试验加以修正。这样的试验不仅费时、费力，还浪费了大量的财力。有些单位为了减少开支，将海风浪试验降低到*低的次数，不仅影响了测试数据的完整性，而且有些数据不一定完整。为了避免这种现象发生，使远洋和海洋船舶设计的更为科学、省时、省力、省经费，我们利用了菱电自动化的大型实用型PLC AnSH以及经济紧凑型FX2NPLC，FR－E540变频器，并采用CC－bbbb现场总线，开发了一套长50米、宽30米、深6米的水池造波系统，可以模拟实时海况的风浪，实现了船舶设计的半实物系统平台，不仅可以提供给船舶设计单位以及船舶认证单位进行半实物的实时试验，为船舶设计提供接近实际海况的测试现场数据，还可以为海洋开发单元进行波能发电装置的开发研究。这样的半实物分布式平台系统在国外90年代就已成型，在我国船舶设计单位目前正在展开试制工作。

2 系统组成与设计

2．1 系统组成
为了实时模拟海况的风浪，水流、浪程和浪高等，本造波系统有如下分系统组成
1） 造波分系统：水池配有三套双推板大功率的造波机和小功率的造波机，大、小造波机不同的组合能产生纵向传播的长峰波，*大波高可达0.3米，由计算机进行程序控制，可以产生模型试验所需要的规则波或不规则波。
2） 造流系统：水池配有一套高压喷水造流系统，在池墙两侧均匀密布喷水管，水泵从粗管吸水加压后从密布的喷水管中喷出，在水池中造成均匀的水流。该系统能产生纵向流和横向流，*大流速为0.1米/秒。此外，还配置了局部造流系统，以适应高速水流以及不同流向试验的需要。
3） 造风系统：配置一套可移动式鼓风机造风系统。*大风速可达5米/秒，通过计算机控制系统可进行风谱的模拟。
4） 拖车系统：在拖曳试验时可以进行迎浪、顺浪和横浪的拖曳试验，也可对x、y方向调节进行斜浪的拖曳试验。
5） 水池过滤系统：水池配有机械过滤系统。
6） 消波系统：在造波机对岸设有一定倾斜度的格栅式消波滩，借以吸收波能防止产生反射波。

2．2 系统设计
为了实现上述功能，系统采用分层、分单元的概念，将系统实现真正的分布式控制。其中，造波分系统、造流分系统以及造风分系统分别可由两台PLC控制，海况的波浪有大海浪、小海浪、纹波海浪，为了真实模拟海况的特性，高头较大的海浪由AnS PLC控制，小海浪、纹波海浪由FX2N PLC控制。造流分系统与之类似。只有这样，才能模拟海况中的两个大浪潮中含有许多的小高头的浪潮。浪潮产生的过程为：由PLC的模拟输出功能模块输出0～10V的控制信号控制FR－E540型变频器的输出频率，变频器实时控制三相异步电机的转速，电机带动造波器的浆液片打击水面，电机的转速不同，造成两个波头之间的波程和波峰的不同，这样，三相异步电机不同的转速与不同的波头、波程、波峰相对应，因此，两个三相异步电机不同的转速组合便可实时再现模拟不同的海况。造流系统同样由AnSH PLC和FX2N PLC组合控制各自的动力水泵，形成不同的水流能量。造风系统由AnSH PLC控制大功率的风机实现。
为了提高可靠性，本控制系统中还设计了手动备用调速系统，以保在计算机故障时不影响造波。当计算机故障时，切换装置不需人工干预，自行切换到手动备用调速系统，操作人员可以通过电位器调节变频器转速来维持正常的造波过程。三个由AnSH PLC、FX2N PLC以及FR－E540变频器和三相异步电机组成的三个现地控制单元和由PC组成的服务器

FX2N PLC配置
1） FX2N－64MT－D主控模块：其数字输入/输出模块控制一些控制继电器、接触器的开闭状态、与继电器配合控制电机和变频器的电源的开闭状态。
2） FX2N －32CCL CC－bbbb现场总线通信适配器：主要用于与系统服务器中的CC－bbbb主控模块通信，实时传递FX2N－64MT监测各量的状态与参数、同时接收服务器传来的控制指令。
3） FX2N －4AD模拟输入模块：实时监测水池的水压变化趋势（反应了海况的级别）；
4） FX2N －2DA模拟输出模块：给FR－E540变频器提供模拟控制量，使变频器的输出频率变化，达到控制三相异步电机转速的目的，从而控制、模拟海况的风浪和浪高、浪程。
5） FX2N －1HC高速计数模块：实时监测三相异步电机的转速，以便FX2N －2DA模块对电机的转速进行PID调节。

2．2．3 服务器配置
CC－bbbb为主从模式，因此，在中控室内的主控服务器内必须插放一块主模式的CC－bbbb通信适配卡：A80BD－J61BT11。为提高其控制的实时性，通信速率选用了2 .5M，操作系统选用bbbbbbs NT4.0＋SP4。系统的编程开发环境为Visual C＋＋ Ver6.0。并安装有SQL Server V7.0，用于人机交互、CC—bbbb网络组态、实时数据库访问、历史数据回放、控制命令的传递和下放等任务、三维图形的显示等。

2.3 CC－bbbb现场总线
CC-bbbb是Control＆Communication bbbb （控制与通信链路系统）的简称，是一种开放式现场总线，以设备层为主的网络，其数据容量大，通信速度多级可选择，而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。可实现从CC-bbbb到AS-I总线的联接。CC-bbbb具有高速的速度，*达可达10Mbps。CC-bbbb的底层通信协议遵循RS－485，一般情况下，CC-bbbb主要采用广播一轮询的方式进行通信，CC-bbbb也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。
CC-bbbb。具有性能卓越、应用广泛使用简单节省成本等突出优点。

2．4 系统可靠性设计
PLC输出模块内的小型继电器的触点很小，断弧能力很差，不能直接用于厂级～220V～380V电路中，必须用PLC驱动外部继电器，用外部继电器的触点驱动～380v的负载。同时较多的AC220V～380V电磁阀内部有与其线圈串联的限位开关常闭触点，电磁阀线圈通电，阀芯动作后，是用阀内部的触点来断开电路的。在这种情况下，要选用触点较小的小型继电器来转接PLC的输出信号。本系统中用到了大功率可控硅装置，PLC应远离强干扰源。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内PLC应远离动力线（二者之间的距离应大于200mm）。与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件，如继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。PLC的I/O线与大功率线应分开走线，如必须要在同一线槽中布线，信号线应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆，开关量、模拟量I/O线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离
另外，由于本系统CC－bbbb要完成所有数据通信，因此对通信电缆要求可靠性高应选用CC－bbbb推荐并提供的专用电缆。

3 系统特性
在本系统中，可以进行多种船舶半实物试验和海洋能量的开发试验：
1） 新型海洋工程结构物的开发研究、船舶部件受力的分析和模型试验技术，
2） 可以进行波能发电装置的开发研究。
3） 海浪、海流、浪流交互作用下波态的模拟及其分析处理技术，海洋环境数值预报的模拟验证，海洋浮标、海洋水文仪器的设计、校验、标定。
4） 各类船舶的设计、结构强度及流体动力性能的研究。

4 系统软件设计
系统控制软件是本系统设计的关键核心所在，同时也是难点。包括上位机人机交互可视化软件及PLC 控制软件2 大块，人机交互可视化软件主要由人机界面程序模块、数字信号处理程序模块、数据库程序模块等组成，均采用Visual C＋＋编程，在控制过程中，主程序可随时通过DAO 利用SQL 查询语句读写数据库中的相关数据。在试验结束之后，可以进行工艺阐述数据统计操作，可以任意选择统计开始时间和结束时间，计算机自动对该时间段的所有测量数据进行分类统计。并可以用三维动画形式直观的显示出来，相关数据可以进行备份、删除、导出、打印报表等操作，以利于人机交互操作。 在服务器上，由于要进行大量的数据分析、图象处理、人机交互，因此选用了bbbbbbs NT作为操作系统，完成数据的分析、通信、海况模拟拟合以及评估

一 程序流程控制指令—FNC00~09
00     CJ               条件转移        
01     CALL           子程序调用
02     SRET           子程序返回
03     IRET            中断返回
04     EI                 开中断
05     DI                关中断
06     FEND           主程序结束
07     WDT             监控定时器刷新
08     FOR            循环开始
09     NEXT            循环结束

二 传送、比较指令—FNC10~19         BIN----二进制     BCD----十进制
10     CMP             比较
11     ZCP             区间比较
12     MOV             传送
13     SMOV          BCD码移位传送
14     CML             取反传送
15     BMOV           数据块传送（n点→n点）
16     FMOV           多点传送（1点→n点）
17     XCH              数据交换，（D0）←→（D2）
18     BCD             BCD变换，BIN→BCD
19     BIN              BIN变换，BCD→BIN

三 算术、逻辑运算指令—FNC20~29         BIN----二进制     BCD----十进制
20     ADD             BIN加法
21     SUB             BIN减法
22     MUL             BIN乘法
23     DIV              BIN除法
24     INC             BIN加一
25     DEC             BIN减一
26     WAND          字与
27     WOR            字或
28     WXOR          字异或
29     NEG             求BIN补码

四 循环、移位指令—FNC30~39
30     ROR             循环右移
31     ROL             循环左移
32     RCR             带进位循环右移
33     RCL              带进位循环左移
34     SFTR           位右移
35     SFTL            位左移
36     WSFR           字右移
37     WSFL           字左移
38     SFWR           FIFO写入
39     SFRD           FIFO读出

五 数据处理指令—FNC40~49
40     ZRST            区间复位
41     DECO           解码
42     ENCO           编码
43     SUM             求置ON位总数
44     BON             ON位判别
45     MEAN           求平均值
46     ANS              信号报警器标志置位
47     ANR             信号报警器标志复位
48     SQR              BIN平方根
49     FLT                BIN整数→BIN浮点数

六 高速处理指令—FNC50~59
50     REF              输入输出刷新
51     REFF             输入滤波时间常数调整
52     MTR              矩阵输入
53     HSCS             高速记数器比较置位
54     HSCR             高速记数器比较复位
55     HSZ                高速记数器区间比较
56     SPD              速度          
57     PLSY             脉冲输出
58     PWM              脉冲宽度调制
59     PLSR            带加减速功能的脉冲输出

七 方便指令—FNC60~69
60     IST               状态初始化
61     SER              数据搜索
62     ABSD            绝对值凸轮顺控
63     INCD            增量凸轮顺控
64     TTMR           示教定时器
65     STMR            专用定时器—可定义
66     ALT               交替输出
67     RAMP           斜坡输出
68     ROTC            旋转工作台控制
69     SORT            数据排序

八 外部I/O设备指令—FNC70~79
70     TKY              10键输入
71     HKY              16键输入
72     DSW              拨码开关输入
73     SEGD           七段译码
74     SEGL            带锁存的七段码显示
75     ARWS           方向开关
76     ASC              ASCII码转换
77     PR                打印输出
78     FROM           读特殊功能模块
79     TO               写特殊功能模块

九 外围设备指令—FNC80~89
80     RS                RS-232C串行通讯
81     PRUN           并行运行
82     ASCI             十六进制→ASCII
83     HEX              ASCII→十六进制
84     CCD             校验码
85     VRRD           电位器读入
86     VRSC           电位器设定
88     PID              PID控制

十 F2外部模块指令—FNC90~99
90     MNET           F-16N, Mini网
91     ANRD            F2-6A, 模拟量输入
92     ANW*            *2-6*, 模拟量输出
93     RMST            F2-32RM, 启动RM
94     RMWR           F2-32RM, 写RM
95     RMRD            F2-32RM, 读RM
96     RMMN            F2-32RM, 监控RM
97     BLK              F2-30GM, *块
98     MCDE            F2-30GM, 机器码

十一 浮点数运算指令—FNC110~132
110   ECMP           BIN浮点数比较
111   EZCP            BIN浮点数区间比较
118   EBCD            BIN浮点数→BCD浮点数
119   EBIN             BCD浮点数→BIN浮点数
120   EADD            BIN浮点数加法
121   ESUB            BIN浮点数减法
122   EMUL            BIN浮点数乘法
123   EDIV              BIN浮点数除法
127   ESQR           BIN浮点数开方
129   INT                 BIN浮点数→BIN整数
130   SIN                BIN浮点数正弦函数（SIN）
131                BIN浮点数余弦函数（）
132   TAN                BIN浮点数正切函数（TAN）

十二   交换指令—FNC147
147   SWAP           高低字节交换

十三 定位指令—FNC155~159
155   ABS              读当前绝对值位置
156   ZRN               返回原点    
157   PLSY             变速脉冲输出
158   DRVI              增量式单速位置控制
159   DRVA           绝对式单速位置控制

十四 时钟运算指令—FNC160~169
160   TCMP           时钟数据比较
161   TZCP            时钟数据区间比较
162   TADD            时钟数据加法
163   TSUB            时钟数据减法
166   TRD             时钟数据读出  
167   TWR             时钟数据写入
169   HOUR           小时定时器

十五 变换指令—FNC170~177
170   GRY             二进制数→格雷码
171   GBIN            格雷码→二进制数
176   RD3A           读FXon-3A模拟量模块
177   WR3A           写FXon-3A模拟量模块

十六 触点比较指令—FNC224~246
224   LD=             (S1)=(S2)时运算开始之触点接通
225   LD>             (S1)>(S2)时运算开始之触点接通
226   LD<             (S1)<(S2)时运算开始之触点接通
228   LD<>           (S1)≠(S2)时运算开始之触点接通
229   LD≤            (S1)≤(S2)时运算开始之触点接通
230   LD≥            (S1)≥(S2)时运算开始之触点接通

232   AND=           (S1)=(S2)时串联触点接通
233   AND>           (S1)>(S2)时串联触点接通
234   AND<           (S1)<(S2)时串联触点接通
236   AND<>          (S1)≠(S2)时串联触点接通
237   AND≤           (S1)≤(S2)时串联触点接通
238   AND≥           (S1)≥(S2)时串联触点接通

240   OR=             (S1)=(S2)时并联触点接通
241   OR>             (S1)>(S2)时并联触点接通
242   OR<             (S1)<(S2)时并联触点接通
244   OR<>           (S1)≠(S2)时并联触点接通
245   OR≤            (S1)≤(S2)时并联触点接通
246   OR≥            (S1)≥(S2)时并联触点接通