西门子6ES7223-1BF22-0XA8型号介绍

西门子6ES7223-1BF22-0XA8型号介绍

SIEMENSPLC伺服控制

 摘要：伴随着工业自动化的发展，对其 中的位置控制精确度也逐步的提高，如何能方便，准确的实现位置控制，是一个 重大的问题，本文讲述了如何采用 PLC 可编程控制器来实现精确控制。

分别列 举了三项方法，以及他们之间的相互比较。

引言 随着自动化水平的不断提高，越来越多的工业控制场合需要精确的位置控 制。

因此，如何更方便、更准确地实现位置控制是工业控制领域内的一个重要问 题。

位置控制的精确性主要取决于伺服驱动器和运动控制器的精度。

的运动 控制模块可以对伺服系统进行非常复杂的运动控制。

但在有些需要位置控制的场 合，其对位置精度的要求比较高，但运动的复杂程度不是很高，这就没有必要选 择那些昂贵的运动控制系统。

S7-200 系列 PLC 是一种体积小、编程简单、控制方便的可编程控制器，它 了多种位置控制方式可供用户选择，因此，如何利用该系列 PLC 实现对伺 服电机运动位置较为精准的控制是本文的研究重点。

1、基本控制系统 伺服系统分为液压伺服系统、电气－液压伺服系统以及电气伺服系统。

本文 主要讨论了电气伺服系统中的交流伺服系统，其基本组成为交流伺服电机、编码 器和伺服驱动器。

交流伺服系统的工作原理是伺服驱动器发送运动命令，驱动伺 服电机运动， 并接收来自编码器的反馈信号，然后重新计算伺服电机运动目标位 置，从而达到精确控制伺服电机运动。

本伺服系统中选用 Exlar 公司生产的 GSX50-0601 型伺服直线电动缸。

该电 动缸由普通伺服电机和一个行星滚珠丝杠组成， 用来实现将旋动转变为直线 运动。

此外， 选用 Xenus 公司生产的 XenusTM 型伺服驱动器。

它可以利用 RS． 232 串口通信方式和外部脉冲方式实现位置控制。

一般来说， 一个伺服系统运转需要配置一个上位机，所以本系统采用西门子 S7-200PLC 作为上位机控制器。

通过高速脉冲输出、EM253 位置控制模块、自 由口通信三种方式控制伺服电机运动。

2、高速脉冲输出模式 西门子 CPU224XP 配置两个内置脉冲发生器，它有脉冲串输出(PTO)和脉冲 宽度调制输出两种脉冲发生模式可供选择。

这两个脉冲发生器的脉冲输出频 率为 100kHz。

在脉冲串输出方式中，PLC 可生成一个 50％占空比脉冲串，用于 步进电机或伺服电机的速度和位置的控制。

2.1 硬件构成

图 1 为高速脉冲输出方式的位置控制原理图。

控制过程中，将伺服驱动器工 作定义在脉冲+方向模式下，Q0.0 发送脉冲信号，控制电机的转速和目标位置； Qo，发送方向信号，控制电机的运动方向。

伺服电动缸上带有左限位开关 LIM 一、右限位开关 LIM+ 以及参考点位置开关 REF 。

三个限位信号分别连接到 CPU224XP 的 I0.0～I0.2 三个端子上， 可通过软件编程， 实现限位和找寻参考点。

图 1 位置控制原理图 2.2 程序设计 高速脉冲串输出(PTO)可以通过 Step7Micro/WIN 的位置控制向导进行组态， 也可通过软件编程实现控制。

PTO 输出方式没有专门的位置控制指令，只有一 条脉冲串输出指令，而且在脉冲发送过程中不能停止，也不能修改参数。

为解决 以上问题，可以设置脉冲计数值等于 10(或更小)，并能使脉冲发送指令 PLS 处 于状态。

这样，就可以在任一脉冲串发送完之后修改脉冲周期。

图 2 为高速脉冲输出方式位置控制流程图。

控制思路为：通过 PTO 模式输 出，可以控制脉冲的周期和个数；通过启用高速计数器 HSC，对输出脉冲进行 实时计数和定位控制，以控制伺服电机的运动过程。

图 2 位置控制流程图 3、EM253 位置控制模块 EM253 位置控制模块是西门子 S7-200 的特殊功能位置控制模块，它能够产 生脉冲串用于步进电机与伺服电机的速度和位置的开环控制。

3.1 硬件构成 如图 3 所示为 EM253 位置控制原理图， 定义伺服驱动器工作在脉冲+方向模 式下。

P0 口发送脉冲，P1 口发送方向，DIS 端硬件使能放大器，并同时放 大器错误。

LIM-、LIM+、REF 分别为电机左限位、右限位以及参考点。

图 3EM253 位置控制原理图 3.2 程序设计 EM253 位置控制模块可以通过 Step7-Micro/WIN 进行向导配置， 配置完成后 系统将自动生成子程序，编程简单、可轻松实现手动、自动、轨迹运行模式。

由 于 EM253 属于开环控制，不能很好地反馈电机实际运动情况。

因此，利用伺服 驱动器本身的差分输出信号，通过伺服驱动器软件设置，反馈给 PLC，实现闭环 位置控制。

但由于直线伺服电动缸与 PLE 可允许发送接收信号存在一定差别， 因此，需要对输入到 PLC 的信号进行电平的转化以及降低伺服驱动器发送的反 馈脉冲频率。

PLC 对输入脉冲进行累加， 从而得到电机的实际运转位置与运转速 度，其脉冲计数程序如下。

①计数器初始化程序 LO.1//*扫描时 MOVB16#FC,SMB47//SMB47=16#F4,SMB47 为高速计数器 1 的控制字节 HDEF1，9//将 HSC1 配置为正交模式 MOVD0,SMD48//设置 HSCI 的新初始值为 0 MOVD20000，SMD52//设置 HSCI 的新预设值为 20000 HSCI//高速计数器 I ②脉冲计数程序 LO.0 MOVDHC1，VD600//将高速计数器 1 所记数值存储在 VD600 中

DTRVD600,VD610//VD601〕中的整数转化为实数，存人 VD610 /RSOOO,VD610//VD610 除以 5000 存入 VD610,5001〕为电机旋转一周编码 器发送脉冲数 *R2.54,VD610//VD610 乘以 2.54 存人 VD610,2.54 为电机旋转一周移动的距 离 4、RS-232 串口通信方式 4.1 硬件构成 西门子 CPU22

伺服系统和 PLC 分别作为系统的主从站。

PLC 控制器通过该 通信功能可实现对伺服驱动器进行运行控制、参数读取、伺服驱动器当前运动状 态的读取等操作。

当 S7-200 系列 PLC 工作在自由口通信模式下时，一般通过 CPU 模块的集 成接口进行通信。

CPU 集成接口采用了 PPI 硬件规范，其接口为 RS-485 串口， 因此，当 S7-200 系列 PLC 的 CPU 与带有 RS-232 标准接口的计算机或伺服驱动 器连接时，需要配套选用 S7-200PLC 的 PC/PPI 转换电缆或一个 RS-232/RS-485 转换器。

4.2PLC 与伺服系统通信 4.2.1 报文构成 S-200PLC 在无协议通信方式工作时，不需要任何通信协议，通信参数需要 根据与其进行通信的伺服驱动器的通信格式进行设定。

本伺服系统选用的 Xe-nus 伺服驱动器可通过 RS-232 与 PLC 利用 ASCII 码进行通信，其 ASCII 码消息命 令格式如下： <命令代码><命令具体参数> 其中：<命令代码>为一个单字母代码；<命令具体参数>表示电机所要执行 的任务；为一个回车返回字符，表示命令结束。

如：sr0x2A21表示设 置伺服控制器工作在可编程控制模式。

4.2.2 程序设计 程序设计时， 将伺服驱动器工作定义在可编程位置模式。

该模式支持实时更 改伺服电机的运动速度、位置，通过 RS-232 接收来自 PLC 的 ASCII 码命令，执 行运动。

部分程序如下：

①初始化程序 LO.1//*扫描 MOVB9,SMB30//设置自由端口 0 通信方式 SMB30＝9、8 位数据位、9600、 PPI MOVB188,SMB87//设置自由端口。

接收信息控制 5MB87=188 MOVB13， SMB89//设置自由端口 0 结束字符 SMB89=13， 即结束字符= MOVW0,SMW90//设置自由端口 0 空闲超时 SMB90=0，信息接收始终处于 有效 MOVW200,SMW92//设置自由端口 0 信息超时 SMB92=200ms MOVB255,SMB94//设置自由端口 0 接收字符数 SMB94=255 ATCHINT_0，9//发送完成触发中断 0 ENI//允许中断 ②发送信息程序 LDNVD3501.1//VD3501.1 为接收延迟，自由端口 0 没有处于接收延迟时 ASM4.5//自由端口 0 处于空闲状态，SM4.5=1 AB＝VB18,7//命令字节 VB18=7，即要求设置运动目标位置 SCPY"sr0xca'，VB3100//"sr0xca'，复制到 VB3100,"sr0xca'为设置运动目标位 置命令 SCATB3600,VB3100//VB360()内的目标位置值连接到设置目标位置命令 后 SCATVB3190,VB3100//VB3190 内的结束字节连接到 VB3100 后; XMTVB3100,0//通过自由端口 0 发送命令至伺服驱动器 ③发送完成中断程序(接收信息) L0.0//SM0.0 总是为 1 SSM87.7,1//置 SM87.7=1,SM87.7 为允许接收信息位

PLC常见的输入元件有按钮、行程开关、挨近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。正确地衔接输入和输出电路，是确保PLC作业的条件。

1、与主令电器元件衔接

如下图所示是与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。图中的PLC为直流汇点式输入，即一切输入点共用一个公共端COM，一起COM端内带有DC24V电源。

2、与旋转编码器衔接

旋转编码器是一种光电式旋转丈量设备，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，运用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以取得丈量结果。不同类型的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只要A、B相两相，简略的只要A相。

输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC示例，编码器有4条引线，其间2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。编码器的电源能够是外接电源，也可直接运用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端衔接，“+ ”与编码器的电源端衔接。编码器的COM端与PLC输入COM端衔接，A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端衔接，衔接时要注意PLC输入的呼应时刻。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，运用时要将屏蔽线接地。

3、与传感器衔接

传感器的品种许多，其输出办法也各不相同。当选用挨近开关、光电开关等两线式传感器时，因为传感器的漏电流较大，可能呈现过错的输入信号而导致PLC的误动作，此刻可在PLC输入端并联旁路电阻Ｒ。当漏电流不足lmA时能够不考虑其影响。

4、与多位拨码开关衔接

如PLC控制系统中的某些数据需求常常修正，可运用多位拨码开关与PLC衔接，在PLC外部进行数据设定。例如一位拨码开关能输入一位十进制数的0～9，或一位十六进制数的0～F。拨码开关拼装在一起，把各位拨码开关的COM端连在一起，接在PLC输入侧的COM端子上。每位拨码开关的4条数据线按一定次序接在PLC的4个输入点上。由图可见，运用拨码开关要占用许多PLC 输入点，所以不是十分必要的场合，一般不要选用这种办法。

PLC与输出元件的衔接

PLC开关量输出的有：

继电器输出：输出交直流都能够，电压规模宽，电流大，动作频率低，一般1Hz左右。

晶体管输出：只能输出直流，一般是30V以下，电流小，动作频率高，可达200KHz或更高。

晶闸管输出：只能输出沟通，一般是60-450V，电流大，动作频率高，价格贵。

模拟量输出的有：

电压输出，一般是-10V到+10V电压输出。

电流输出，一般是0-20mA、4-20mA电流输出。

PLC与输出设备衔接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级能够不同，但同组（相同公共端）的输出点，其电压类型和等级应该相同。要根据输出设备电压的类型和等级来决议是否分组衔接。如下图所示以FX2N为例说明PLC与输出设备的衔接办法。图中接法是输出设备具有相同电源的状况，所以各组的公共端连在一起，否则要分组衔接。

1、与理性负载元件衔接

PLC的输出端常常衔接的是理性输出设备（理性负载），为了按捺理性电路断开时发生的电压使PLC内部输出元件形成损坏。因而当PLC与理性输出设备衔接时，如是直流理性负载，应在其两头并联续流二极管；如是沟通理性负载，应在其两头并联阻容吸收电路。

2、与七段LED显示器衔接

PLC可直接用开关量输出与七段LED显示器的衔接，但如PLC控制的是多位LED七段显示器，所需的输出点是许多的。

西门子s7-200系列PLC变量存储区的结构及在分组轮流控制中的应用

熟练运用一款PLC进行编程设计和调试，把握其数据存储区的结构对错是很有必要的。尽管主流的PLC产品基本相似，学习和实践能够触类旁通，但在基础而又关键的存储区特色上，仍各有差异。当你了解透PLC的数据存储结构时，就能够挥洒自如处理一些数据处理问题。

二、西门子s7-200系列PLC存储器

西门子s7-200系列PLC的存储器，包括输入输出映像寄存器I、Q、AI、AQ，内部标志寄存器M、内部特别标志寄存器SM、变量存储器V、局部变量存储器L、顺序操控继电器存储器S、累加器AC、定时器存储器T、计数器存储器C以及高速计数存储器HC。

2.1 数据编址方式

存储器由许多存储单元构成，每个单元都有仅有的地址，能够依据存储器地址来存取数据。存储器地址格局分为四种：位、字节、字、双字。

以变量存储器V存储器为例，位为数字量布尔型，值为0或1，或许True或False两种状况，形如V11.0、V128.7。

字节包括8个位，字包括2个字节，而双字包括2个字。西门子PLC字和双字关于其字节和字的结构上有着自己的特色——低字节（低字）在高位上，即摩托罗拉编址方式。例如VW100，高字节是VB100，低字节是VB101；VD100，高字是VW100，低字是VW102。

PLC分光器的运行原理
PLC控制系统

与同轴电缆传输系统一样，光网络系统也需求将光信号进行耦合、分支、分配，这就需求光分路器来完成。光分路器又称分光器，是光纤链路中重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，常用M×N来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。在光纤CATV系统中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它们组成的1×N光分路器。

光分路器按原理可以分为熔融拉锥型平和面波导型两种，熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行旁边面熔接而成；平面波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上构成光波导，完成分支分配功用。这两种型式的分光原理相似，它们通过改动光纤间的消逝场彼此耦合(耦合度，耦合长度)以及改动光纤纤半径来完成不同巨细分支量，反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制造办法简略、价格便宜、简略与外部光纤衔接成为一整体，而且可以耐孚机械振动和温度改变等优点，现在成为商场的干流制造技术。
 
熔融拉锥法就是将两根(或两根以上)除掉涂覆层的光纤以必定的办法靠扰，在高温加热下熔融，一同向两边拉伸，毕竟在加热区构成双锥体形式的特别波导结构，通过控制光纤改变的角度和拉伸的长度，可得到不同的分光比例。终把拉锥区用固化胶固化在石英基片上刺进不锈铜管内，这就是光分路器。这种出产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不*，在环境温度改变时热胀冷缩的程度就不*，此种情况简略导致光分路器损坏，特别把光分路放在野外的情况更甚，这也是光分路简略损坏得主要原因。关于更多路数的分路器出产可以用多个二分路器组成。
 
2.光分路器的常用技术目标
 
(1)刺进损耗。
 
光分路器的刺进损耗是指每一路输出相关于输入光丢失的dB数，其数学表达式为：Ai=-10lgPouti/Pin，其间Ai是指第i个输出口的刺进损耗；Pouti是第i个输出端口的光功率；Pin是输入端的光功率值。
 
(2)附加损耗。
 
附加损耗定义为一切输出端口的光功率总和相关于输入光功率丢失的DB数。值得一提的是，关于光纤耦合器，附加损耗是表现器件制造工艺质量的目标，反映的是器件制造进程的固有损耗，这个损耗越小越好，是制造质量好坏的查核目标。而刺进损耗则仅表示各个输出端口的输出功率情况，不只需固有损耗的要素，更考虑了分光比的影响。因而不同的光纤耦合器之间，刺进损耗的差异并不能反映器件制造质量的好坏。
 
(3)分光比。
 
分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值，在系统使用中，分光比的确是根据实践系统光节点所需的光功率的多少，断定合适的分光比(平均分配的在外)，光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30(之所以呈现这种情况，是因为光分路器都有必定的带宽，即分光比底子不变时所传输光信号的频带宽度)。所以在订做光分路器时必定要注明波长。