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西门子模块6ES7221-1BH22-0XA8性能参数
在本系统设计时, 对开入模块的功能有具体的要求,这些要求是和电力系统的智能装置实现的功能是密切相关, 如触点类型和触点的导通时间等, 因此必须分析智能装置的保护出口继电器触点和遥控触点检测的具体要求,并以此为要求进行可编程控制的硬件选择和内部逻辑回路的设计,充分满足本系统对触点检测的特殊要求。可编程控制器的开出模块逻辑回路的设计也必须满足本系统的特殊需要。
4.1 继电器出口触点特殊要求
可编程控制器开入模块负责继电保护出口继电器辅助触点的通断情况,并将开入模块数据上送到控制计算机, 并作为控制计算机自动检测成功标准之一。
因此可编程控制器开入模块检测功能的强弱决定本系统的可靠性和稳定性。
继电保护装置的出口继电器触点包括四类:保持型常开接点、保持型常闭节点、瞬动型常开接点和瞬动型常闭节点。对于保持型出口触点的来说,可编程控制器的开入是满足自动检测的需要。而对于瞬动型触点的检测,可编程控制器开入模块检测功能是否满足要求取决于PLC 本身扫描周期T1 和瞬动接通的时间T2两者的关系。考虑到可编程控制器由于扫描方式引起开入延时*长可能达两个扫描周期,如果保护装置的瞬动触点的接通时间T2 大于两倍的扫描周期T1,该触点的状态变化就可以被PLC 开入模块所检测到。
瞬动触点的接通时间取决两个因素,一是装置软件内部对瞬动继电器出口延时整定的时间,目前各厂家提供的技术参数来看,装置软件触点延时的时间一般设置为50-100 毫秒,二是出口继电器本身动作时间和断开时间参数也会影响瞬动触点的接通时间。设瞬动型触点的接通时间为100 毫秒,要求可编程控制器的扫描周期的时间小于50 毫秒,才能保证可编程控制器的开入模块的检测功能的有效性。
可编程控制器的扫描周期和可编程控制器的硬件参数和用户的程序的大小有密切的关系。因此只要通过硬件配置和相关技术手册提供的技术参数并结合用户的PLC 程序指令类型和各指令类型数目计算出可编程控制器扫描周期, 选择合适可编程控制器模块, 保证可编程控制器扫描周期小于50 毫秒,保护装置的瞬动型触点检测就可以在可编程控制器开入模块来完成。
4.2 上位机数据采样特殊要求的实现
在小节中, 讨论了可编程控制器必须满足检测保护装置的四类节点的检测的基本条件。但条件的符合,只能保证PLC 开入模块能够检测保护装置动作触点状态的变化情况。在自动测试系统设计中,可编程控制器的开入模块仅仅采集触点状态,而完成触点状态检测标准判断是在控制计算机中完成,如何保证上位机能够得到完整、连续的基于采样周期为50 毫秒可编程控制器开入模块采样数据是本系统必须要解决的关键问题。
电力系统智能装置自动测试系统检测的对象是继电保护设备中出口继电器动作情况,由于继电保护设备的动作的快速性,部分保护动作时间实现小于 50ms,因此部分出口继电器触点状态在较短的时间会出现反转,根据系统设计要求,要求上位机能将保护动作前和保护动作后出口继电器接点动作情况进行检测处理,并将动作前后出口继电器接点状态作为该系统中继电器接点检测判断依据。因此,要通过上位机和可编程控制器通讯数据交换,实现采样时间间隔不大于 50ms 可编程控制器开入采样数据上送到上位机的目标。
目前, 上位机获得可编程控制器的开入采样数据是通过通讯交换信息得到,而提高上位机和PLC 数据信息交换效率是解决数据采样的实时性的措施之一,但仅仅依靠提高上位机和PLC 数据交换速度是无法到达采样数据周期50ms 指标要求, 即使上位机使用以太网介质能达到此要求,也会占用上位机比较多资源。同时由于可编程控制器扫描工作方式的特点,通讯模块频繁和上位机数据交换会影响可编程控制器其他模块功能执行,如影响可编程控制器扫描周期。
对于可编程控制器来说,在其内部实现50ms 采样周期的数据采样是完全可以的实现的,充分利用可编程控制器中数据转存和逻辑控制功能, 将每50ms 一次采样数据寄存到连续但不相同数据缓冲区。通过采样周期时间的整定,结合上位机和可编程控制器通讯协议的*大数据长度,上位机只需要在给定的时间内进行一次读取多次采样数据即可。上位机读取采样数据后,根据PLC 采样数据转存的原则和逻辑,将已接收到采样数据进行采样时序的还原即可。
4.3 可编程控制器顺序开出的实现
可编程控制器开出模块顺序开出主要是满足电力系统测控装置的遥信检测要求, 设计具体要求为: ①上位机下发一次命令,启动顺序开出,PLC 接受命令启动顺序开出逻辑回路,由可编程控制器本身完成开出模块开出接点顺序开出。②在顺序开出过程不允许同时出现两个开出同时接点接通状态。③顺序开出执行一次完毕即可停止开出。
设计基本思路: 在启动命令后, 启动维持一个扫描周期时间的定时T1 脉冲信号回路,同时启动另一个计时器T2(T2< T1)。在一个扫描周期脉冲到来时,由设定计数器和目标进行比较, 决定开出继电器序号, 开出执行并保持时间T2 后,计数器加一和执行复位判断程序, 等待下一个脉冲到来后执行上一过程直到全部执行完毕。
设计维持一个扫描周期时间的定时脉冲信号,定时的时间参数为两个开出之间的时间。一个周期定时脉冲梯形图如图1 所示。通过修改定时器类型和计时器参数,确保M100 能够在T1 的时间后产生一个能够维持一个扫描周期间的脉冲信号, 是一个通用的标准的定时脉冲信号程序。M103 为定时脉冲到来后宽度为T2 脉冲。
能够实现角度和位置控制的基础是参考零位；所有转角都是以该零位为参考进行的，因此步进电机在任何控制之前必须进行零位标定。
零位标定的方法很多，主要有：
1、直接归零法。
该方法在零位处安装一个停止挡块，然后令步进电机向零位方向驱动足够大的角度，当步进电机回到零位时，被挡块挡住，电机停止位置即零位。
这种归零方法简单，但是在电机被挡块挡住时，仍会驱动电机执行归零动作，因此不仅会对步进电机和传动机构造成伤害，还会产生剧烈的抖动和较大的噪声。
2、法。该方法在零位处安装霍尔开关、光电等位置传感器，当步进电机回到零位时，传感器给出信号，控制电路检测到该信号时，令电机停在零点位置。这种归零方法准确、可靠，但是增加了电路的复杂性，对安装有一定的要求。
3、采用带停转的专用电机驱动芯片。这种芯片在电机停转时，能够立刻到电机处于停转状态，从而确定零点位置。
但这种方法通用性差，对步进电机各绕组的电流相位有一定的要求，并且这种方法不能在微步驱动方式下使用。
1．设置步进驱动器的细分数，通常细分数越高，控制分辨率越高。但细分数太高则影响到*大进给速度。一般来说，对于模具机用户可考虑脉冲当量为0.001mm/p（此时*大进给速度为9600mm/min）或者0.0005mm/p（此时*大进给速度为4800mm/min）；对于精度要求不高的用户，脉冲当量可设置的大一些，如0.002mm/p（此时*大进给速度为19200mm/min）或0.005mm/p（此时*大进给速度为48000mm/min）。对于两相，脉冲当量计算方法如下：脉冲当量=丝杠螺距÷细分数÷200。
2．起跳速度：该参数对应步进电机的起跳频率。所谓起跳频率是步进电机不经过加速，能够直接启动工作的*高频率。合理地选取该参数能够提高加工效率，并且能避开步进电机运动特性不好的低速段；但是如果该参数选取大了，就会造成闷车，所以一定要留有余量。在电机的出厂参数中，一般包含起跳频率参数。但是在机床装配好后，该值可能发生变化，一般要下降，特别是在做带负载运动时。所以，该设定参数*好是在参考电机出厂参数后，再实际测量决定。
3．单轴加速度：用以描述单个进给轴的加减速能力，单位是毫米/秒平方。这个指标由机床的物理特性决定，如运动部分的质量、进给电机的扭矩、阻力、切削负载等。这个值越大，在运动过程中花在加减程中的时间越小，效率越高。通常，对于步进电机，该值在100 ~ 500之间，对于系统，可以设置在400 ~ 1200之间。在设置过程中，开始设置小一点，运行一段时间，重复做各种典型运动，注意观察，如果没有异常情况，然后逐步增加。如果发现异常情况，则降低该值，并留50%~100%的保险余量。
4．弯道加速度：用以描述多个进给轴联动时的加减速能力，单位是毫米/秒平方。它决定了机床在做圆弧运动时的*高速度。这个值越大，机床在做圆弧运动时的*大允许速度越大。通常，对于步进电机系统组成的机床，该值在400~1000之间，对于伺服电机系统，可以设置在1000 ~ 5000之间。如果是重型机床，该值要小一些。在设置过程中，开始设置小一点，运行一段时间，重复做各种典型联动运动，注意观察，如果没有异常情况，然后逐步增加。如果发现异常情况，则降低该值，并留50%~100%的保险余量。
通常考虑到步进电机的驱动能力、机械装配的摩擦、机械部件的承受能力，可以在厂商参数中修改各个轴的*大速度，对机床用户实际使用时的三个轴*大速度予以限制。
5．根据三个轴零点的安装位置，设置厂商参数中的回机械原点参数。当设置正确后，可运行“操作”菜单中的“回机械原点”。先单轴回，如果运动方向正确则继续回，否则需停止，重新设置设置厂商参数中的回机械原点方向，直至所有轴都可回机械原点。
6．设置自动加油参数（设置得小一些，如5秒加一次油），观察自动加油是否正确，如果正确，则将自动加油参数设置到实际需要的参数。
7．校验齿轮和脉冲当量的设定值是否匹配。可以在机床的任意一根轴上做个标记，在软件中把该点坐标设为工作零点，用直接输入指令、点动或手轮等工作方式使该轴走固定距离，用游标卡尺测量实际距离与软件中坐标显示距离是否相附。
8．测定有无丢脉冲。可以用直观的方法：用一把尖在工件毛坯上点一个点，把该点设为工作原点，抬高z轴，然后把z轴坐标设为0；反复使机床运动，比如空跑一个典型的加工程序（*好包含三轴联动），可在加工中暂停或停止，然后回工件原点，缓慢下降z轴，看尖与毛坯上的点是否吻合。如有偏差，请检查步进驱动器接收脉冲信号的类型，检查端子板与驱动器间接线是否有误。如果还出现闷车或丢步，按10、11、12步调整加速度等参数。
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