6ES7 214-1HG40-0XB0型号介绍

本文介绍了利用模拟量输出模块ISODA进行远程设备控制的应用方案。PLC的AO模块或DCS系统输出的模拟量电流或电压信号直接去控制远程的执行设备，往往会因为长距离的传输造成信号的衰减、失真，有时还会因为其他外界信号干扰造成信号出错，影响整个系统的正常工作。应用ISODA远程模拟信号输出模块的RS-485差分数字信号传输可以有效地**系统抗干扰能力，利用RS-485的总线通讯和地址设置，在某些场合还可以减少布线，降低设备控制成本和**系统可靠性。

    关键字：远程DA转换、模拟信号输出、远程IO、RS-485数据通讯

    引言：随着科学技术的不断进步，人们利用各种控制器来的进行工作和生产，比如说控制加热炉的温度，控制灌溉的**，控制物品移动的距离等。PLC的AO模块或DCS系统输出的模拟量电流或电压信号直接去控制远程的执行设备，往往会因为长距离的传输造成信号的衰减、失真，有时还会因为其他外界信号干扰造成信号出错，影响整个系统的正常工作。因此利用RS-485数字信号进行远程传输，然后利用远程模拟信号输出模块ISODA输出模拟信号，在工业现场中得到了越来越多的应用。

    1、模拟信号输出模块ISODA的工作原理概述

    ISODA系列产品实现主机RS-485/232接口信号隔离转换成标准模拟信号，用以控制远程设备。ISODA系列产品可应用在RS-232/RS-485总线工业自动化控制系统，4-20mA，0-5V，0-10V等标准信号输出，用来控制工业现场的执行设备，控制设备以及显示仪表等等。

    产品包括电源隔离，信号隔离、线性化，D/A转换和RS-485串行通信。每个串口多可接256只ISODA系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUSRTU通讯协议，其指令集兼容于大多数同类模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。

    ISODA系列产品是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。

    ISODA系列产品按工业标准设计、制造，信号输出/通讯接口之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，可靠性高。工作温度范围-45℃～+80℃。

    ISODA系列产品框图如图1所示。

图1 ISODA产品原理框图

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    2、模拟信号输出模块ISODA的功能简介

    ISODA信号隔离D/A转换模块，可以用来输出一路电压或电流信号，也可以用来输出两路可以共地的电流或电压信号。

    2．1、模拟信号输出和工作电源

    12位输出精度，产品出厂前所有信号输出范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准，因此在现场的应用更加灵活。信号输出温度漂移：±20ppm/℃(±30ppm/℃,大)。

    工作电源，+8~50VDC宽供电范围，内部有防反接和过压保护电路。功率消耗：小于1.5W。隔离耐压：通讯接口/输出之间：3KVDC，1分钟，漏电流1mA，其中通讯接口和电源共地。

    2．2、通讯协议

    通讯接口：1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口。

    通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUSRTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种品牌的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。由于支持通用的MODBUSRTU协议，所以能够在工控领域得到广泛应用。

    数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。

    通讯地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。

    通讯接口高抗干扰设计，±15KVESD保护，通信响应时间小于100mS。

    2．3、抗干扰

    可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二极管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。

3、ISODA模块在远程控制工业烤箱上的应用

    工业烤箱应用广泛，在电工、电子、仪表、材料、半导体等生产企业对非易燃易爆物进行干燥、烘培及其热处理试验；可用于学校、医疗、食品、化工等单位对非易燃易爆物进行干燥、保湿、烘培及其热处理等试验；特别适用于LED、LCD石英晶体电容、电阻等要求高恒精度和可靠性产品的过程烘干和老化。适用于烘烤有化学性气体及食品加工行业的欲烘烤物品、基板应力的去除、油墨的固化、漆膜等等的精密烘烤、烘干、回火、预热、定型、加工等。

    工业烤箱由角钢、薄钢板构成，另外箱体加强，外表面复漆，外壳与内胆之间用硅酸铝纤维充填，形成可靠的保温层。工业烤箱采用电热丝加热，外加温控器控制烤箱内的温度。外部输入0-5VDC模拟电压信号到温控器，温控器根据输入的信号来控制工业烤箱的温度。由于工业烤箱距离控制中心的PLC有500多米，直接用PLC的AO模块输出0-5VDC传输到温控器后，信号出现了比较大的衰减，影响控制的精度，所以采用ISODAO4-485模块来实现信号的数字化远传。将ISODAO4-485模块安装在温控器附近，ISODAO4-485模块的模拟量输出接口连接到温控器的0-5VDC输入端，PLC的RS-485接口通过屏蔽电缆来连接到ISODAO4-485模块的RS-485接口。

    PLC和ISODAO4-485模块的通讯采用MODBUSRTU通讯协议。ISODAO4-485模块出厂的设置是：通讯协议指令集规定的ASCII协议，通讯的地址为01，波特率为9600bps。通讯的波特率和地址不用修改，通讯协议要修改为MODBUSRTU通讯协议，可以按照以下步骤，设置模块为MODBUSRTU通讯协议。1，将CONFIG引脚（第8脚）和GND引脚（第7脚）短接。2，正确连接电源线和通讯接口线。3，接通电源，模块自动进入缺省状态，通讯地址为00，波特率为9600。4，等待1分钟，模块初始化。5，发送命令$00P1(cr)，检查应答，如果为!00(cr)则设置成功。6，关闭电源，断开CONFIG引脚和GND引脚之间的连接。完成以上步骤后，模块已经成功设置为ModbusRTU通讯协议方式，直接接入PLC即可。

    ISODAO4-485模块寄存器40001的数据为通道0的当前输出值，寄存器40002的数据为通道1的当前输出值。以寄存器的40001为例，其值为16进制数0x0FFF时，ISODAO4-485模块通道0输出5VDC的电压信号，其值为16进制数0x07FF时，ISODAO4-485模块通道0输出2.5VDC的电压信号，其值为16进制数0x0000时，ISODAO4-485模块通道0输出0VDC的电压信号。PLC通过改变ISODAO4-485模块寄存器内数据大小来达到改变模拟信号输出的目的。

图2 ISODA模块在远程控制工业烤箱上的应用框图

进给伺服系统是以运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。它是一个很典型的系统，主要由以下几个部分组成：位置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件，如图1所示。

图1表明了进给伺服系统各模块(单元)之间的联系。从调节原理的角度，进给伺服系统是一种精密的位置跟踪与定位系统，按其位置环路的开放与否，可以分为开环与闭环两种，其中闭环系统按其位置检测元件的安装部位又可分为：全闭环与半闭环两种。全闭环的位置检测元件安装在进给传动链的末端，半闭环的位置检测元件安装在进给传动链中的某个传动元件上。这在章已介绍过了，这里不再赘述。

若说cnc装置是的"大脑"，是发布"命令"的"指挥所"，那么进给伺服系统则是数控机床的"四肢"，是一种"执行机构"。它忠实地执行由cnc装置发来的运动命令，**控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。

一台数控机床通常由多个进给运动轴（坐标轴）的协调运动才能完成所要求的控制动作，如车床一般有两个进给轴（x、z），铣床一般有3个进给轴（x、y、z），则有更多的进给轴(包括直线轴或回转轴)。这些进给轴有的带动装有工件的工作台运动，有的则带动装有刀具的刀架（如车床）或主轴箱（如铣床等）。每个进给轴均是一个进给伺服系统，通过cnc装置的协调(以指令的方式)，数个进给伺服系统的配合，使刀具相对于加工工件产生复杂的曲线运动，加工出所要求的复杂形状的工件。

反应式原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。

1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示)，即a与齿1相对齐，b与齿2向右错开1/3て，c与齿3向右错开2/3て，a'与齿5相对齐，(a'就是a，齿5就是齿1)下面是定转子的展开图：

2、旋转：如a相通电，b，c相不通电时，由于磁场作用，齿1与a对齐，(转子不受任何力以下均同)。 如b相通电，a，c相不通电时，齿2应与b对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与c偏移为1/3て，齿4与a偏移(て-1/3て)=2/3て。如c相通电，a，b相不通电，齿3应与c对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与a偏移为1/3て对齐。 如a相通电，b，c相不通电，齿4与a对齐，转子又向右移过1/3て这样经过a、b、c、a分别通电状态，齿4(即齿1前一齿)移到a相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按a，b，c，a……通电，电机就每步(每脉冲)1/3て,向右旋转。如按a，c，b，a……通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用a-ab-b-bc-c-ca-a这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。

3、力矩：电机一旦通电，在定转子间将产生磁场(磁通量ф)当转子与定子错开一定角度产生力f与(dф/dθ)成正比

其磁通量ф=br*s br为磁密，s为导磁面积 f与l*d*br成正比 l为铁芯有效长度，d为转子直径 br=n·i/rn·i为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)r为磁阻。力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比(只考虑线性状态)因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。