西门子6ES7221-1EF22-0XA0安装方法

浔之漫智控技术(上海)有限公司

西门子6ES7221-1EF22-0XA0安装方法

进入大修时期，由于数控系统的新换代，原机床上所配的数控系统8MC已停产，系统的备件相当昂贵，为此公司决定对数控系统及驱动装置进行改造。

数控系统的选择 
      数控系统有两种，一种是西门子840C系统，该系统是西门子公司在九十年代初推出的系统，功能强大，使用灵活，直流驱动及电机可不换。另一种选择即选用西门子840D系统，该系统是西门子公司九十年代中期推出的一款纯数字的数控系统，因为与之匹配的驱动及电机也都是数字的，所以驱动及电机也换。考虑到西门子840D系统是数控系统的发展方向，有很大发展潜力，因此公司选用西门子840D系统。

驱动电机及PLC选择 
       公司选择的驱动是西门子611D数字驱动，以保证其良好的驱动特性。进给电机选用1FT6系列，主轴选用1PH7系列，PLC选用西门子S7-300系列。

软硬件构成及特点
SINUMERIK 840D 
      西门子90年代后期新产品，模块化结构；配有OP01212.1寸液晶彩色显示屏；PCU50，PII333，bbbbbbsNT界面，图形显示，动态模拟，CNC程序网络传输接口，USB接口；NCU572.3四轴联动，AMD K6-2, 0.5M RAM, 系统软件；西门子标准机床控制面板；PLC采用内置式S7-300, 315-2DP, 96K RAM；可扩展I/O模块，数字或模拟量，多功能模块，导轨安装，模块结构，体积小。

1FT6全数字交流伺服电机 
      西门子90年代后期产品，专门用于和高动态特性场合，如数控机床：高动态特性；IP65防护等级(风扇IP54)，自带风扇，内装编码器和PTC。体积小；鼠笼式电机，无炭刷和换向器，免维护。
611D伺服系统 
      西门子90年代后期产品，与西门子数字电机配套使用，模块化结构，配置灵活，功能强大，分单轴和双轴型，由功率电源模块和插入单元模块组成，便于使用和维护。

改造结果
      改造前该机床的故障率很高，且维修费用大。经过这次改造，使得该机床的电气故障率大大降低，维修费用明显降低。经过改造使一台濒于停机的机床重新投入生产之中，而且可以作为一台主力机台使用。因为公司数控系统采用西门子840D数控系统，使得机床的稳定性大大提高，操作加便捷。经过一年的试运行，公司认为这次改造了很好的效果，达到了本次改造的预期目的。

1 引言
    今天，随着对工业自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控装置之间通信的需要，"监控和数据采集系统"越来越受到用户的重视。在动力系统方面，以柴油发电机组作为应急备用电源的发电厂，在工厂、矿山、高层建筑、医院、邮电、宾馆、银行等许多部门都得到了广泛的应用。为了提高供电质量和供电性，改善操作人员的工作条件，减少维护运行人员，备用发电站迫切要求实现自动化运行和管理。该监控系统由监视主机(包括通信板)和若干现场的从站(SIEMENS S7-200)组成。实现发电机组的数据采集、报警、存储、备份等服务。本文主要介绍下位机S7-200的系统原理。

2 系统的总体设计
    结合生产实际的需要，考虑该发电机组的自动化系统由5大功能部件组成(系统的硬件图如图1所示)。
(1) 发电机组的自动启动和自动停机;
(2) 工程市电和机电的自动切换;
(3) 发电机组电压和频率的自动调节;
(4) 发电机组故障自动检测，报警和故障处理;
(5) 发电机组电压、电流、频率、有功功率、启动电池电压等电量参数的自动调节。
3 系统组成
3.1 S7-200系统PLC的特性和特点
     西门子公司的S7-200系列可编程控制器，，硬件配置齐全，它的特点与性能如下:
(1)机内有高速计数器，可同时输入三路高速脉冲，并可输出频率和脉宽可调的高速脉冲信号。
(2)具有21个中断源的中断管理，并配有RS485接口，可实现PLC 与PC机之间的远程通讯，便于上位机监控和联网。
(3)具有结构紧凑、组装灵活、编程简单，抗干扰能力强、性高等特点。
    由此可见，它非常适用于工业控制中小型自动控制系统。经分析，决定采用S7-200系列可编程控制器作为发电机组自动控制系统的部件。
3.2 PLC 配置及I/O的分配和功能
    经过分析，本系统采用10个开关量输入，10个开关量输出和3个模拟量输入，即可满足系统控制需求，因此-
PLC配置如下:
CPU214 PC Power Supply,DC bbbbbs,DCOutputs
EM 231 Analog bbbbb,A13*12Bits
I/O的分配和功能如下:
开关量输入:
IO.0:输入中断 (配合脉宽调制使用)
IO.1:方式选择 (0-远程控制 1-自动)
IO.2:市电检测 (0-无市电 1-有市电)
IO.3:机电检测 (0-无机电 1-电)
IO.4:油压低 (0-油压正常 1-油压偏低)
IO.5:油水温高 (0-油水温正常 1-油水温偏高)
IO.6:高速计数器HSCI (利用高速计数器启动电池电压)
IO.7:紧急停车 (0-非紧急停车状态 1-紧急停车状态)
IO.0:复位 (1-手动复位)
(利用高速计数器转速)
开关量输入:
Q0.0:高速脉冲输出 (通过控制直流电磁铁调节转速)
Q0.1:停机 (1-停机电磁阀动作)
Q0.2:启动 (1-启动马达动作)
Q0.3:市电合闸 (1-市电主开关动作)
Q0.4:机电合闸 (1-机电主开关动作)
Q0.5:三启失败 (1-三启失败信号灯亮)
Q0.6:机组故障 (1-机组故障信号灯亮)
Q0.7 警铃 (1-警铃响)
Q1.0:自动强激磁 (1-强激磁继电器动作)
Q1.1:冷启动自动辅助 (1-冷启动辅助装置电磁阀动作)
模拟量输入:
AIWO:母线电压
AIW2:母线电流
AIW4:负载功率
4 系统实现
    发电站自动化监控系统由机组自动启停控制，转速自动调节，电量参数自动检测，故障自动检测等功能模块组成。
4.1 制动启停控制
    本功能模块是根据各开关量的输入状态，自动控制机组的启动、停止和机电与市电的相互切换。这主要属于顺序控制具有较强的逻辑控制。用S7-200实现简易而。
4.2 转速调节
    油机转速调节是通过CPU214中高速脉冲输出脉宽调制(PWM)功能调节可控直流电磁铁控制柴油机油门开度来实现的。用CPU214实现转速调节方法如下:转速信号由安装在柴油机上磁电式传感器获得，CPU214通过高速计数器测量油机转速，测得转速信号送入PID调节器，将调节器输出的数字量转换为脉冲宽度的时间量，再通过CPU214中的脉宽可调的高速脉冲输出(QO，0)，经过功率驱动器控制可控制直流电磁铁调节紧油机门开度大小，从而实现对油机转速的调节。
     本系统属于反馈控制和的数字控制，涉及到一些控制算法问题。在CPU214中，方法实现了一种转速控制的PID调节器。PID的模拟表达式:
M(t)=KC(1+1/Ti*fe(t)dt+Td*de(t)/de(t))
在CPU214中，微公和积分采用如下公式:
微分运算:[新差值E(n)-旧差值E(n-1)]÷控制周期TC
积分运算:[旧差值E(n-1)+新差值E(n)]×控制TO÷2
转速-与转速传感器频率关系的计算公式如下:
f----转速传感器信号频率
n----转速(转/分)
z----传感齿轮齿数
为好的实现全程调速我们采用分程PID限幅
怠速时间:转速设定值 VW108=192
小输出值 VW126=180
大输出值 VW124=420
高速期间:转速设定值 VW108=VW212(由模拟电位器设定)
小输出值 VW126=420
大输出值 VW124=995
本系统中:n=1500r/mln z=128齿
       这样f>3200Hz，故采用7kHz的高速计数器HSC2测量转速。停机时，将转速设定值和网缓冲器全部置0。输出限制在VW106=5上，以使PWM能够连续工作。同时使Q0.1=1，停机磁阀动作，切断油路达到停机目的。为了使设定值作常稳定

概述
S7-300是模块化小型PlC系统，能满足中等性能要求的应用。其模块化结构设计使得各种单的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
系统组成
处理单元(CPU)：各种CPU有不同的性能，例如，有的CPU上集成有PROFIBUS—DP通讯接口等。
信号模块(SM)：用于数字量和模拟量输入／输出。
通讯处理器(CP)：用于连接网络和点对点连接。
功能模块(FM)：用于高速计数，定位操作(开环或闭环定位)和闭环控制。
负载电源模块(PS)：用于将SIMATICS7—300连接到120／230V交流电源，或24／48／60／110V直流电源。
接口模块(1M)：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7—300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时风扇。
SIMATICS7—300适用于通用领域：高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有的工业环境适应性。
功能
SIMATICS7—300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下：
高速的指令处理：0．1—0．6u s的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
浮点数运算：用此功能可以有效地实现为复杂的算术运算。
方便用户的参数赋值：一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值。
人机界面(HMl)：方便的人机界面服务已经集成在S7—300操作系统内、因此人机对话的编程要求大大减少。
SIMATIC人机界面(HMl)从S7—300中数据，S7-300按用户的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送。
诊断功能：CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件(例如：时、模块换等)。
口令保护：多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改，操作方式选择开关：操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。
通讯
这是一个经济而有效的解决方案；方便用户的STEP7的用户界面提供了通讯组态功能，这使得组态非常容易、简单。
SIMATICS7—300具有多种不同的通讯接口：多种通讯处理器用来连接AS—I接口和工业以太网总线系统；串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统；多点接口(MPl)集成在CPU中，用于同时连接编程
器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7／C7等自动化控制系统。CPU支持下列通讯类型：
过程通讯：通过总线(AS—I或Pronbus)对I／O模块周期寻址(过程映象交换)。
数据通讯：在自动控制系统之间、人机界面(HMl)和几个自动化功能块间相互调用。
S7—300新模块
S1MATIC S7—300产品系列又推出了几种新的模块，这些模块扩大了用户的选择范围，为多的应用带来了便利和可能。新推出的模块有以下几种：
▲PS305电源模块：24—110V DC输入、24VDC／2A输出，环境条件扩展型。
▲CPU3141FM处理单元新增一种可外插存储器卡的模块、该模块需STEP7V5．OSP3以上版本支持。
▲SM321数字量输入模块：48—125VDC，环境条件扩展型。
▲SM322数字量输出模块：48—125VDC／1．、环境条件扩展型。
▲SM331热电阻／电阻输入模块，分辨率24位。
▲SM331热点偶输入模块，分辨率24位。
▲SM3354人／4出模拟输入／输出模块，背板总线隔离，诊断与中断功能。
▲SM338声波位置，可连4个声波位置传感器，多8个测量点。
▲CM35计数器模块，8通道计数，大10KHz，
▲CP343—lIT通讯模块，10／100Mbps工业以太网，Web服务器，WWW网页，E—mail发送功能