西门子模块6ES7516-3FN02-0AB0详细说明
1 引言
随着国家能源法律的颁布与实施，节能成为国家发展经济的一项长远战略方针。而变频器作为一种调速节能的产品，在石油、化工、建材、电力、矿山、塑料、冶金、水利等工业生产中发挥着越来越重要的作用，成为工业生产以及日常生活中不可或缺的工具。而PLC、HMI、单片机等作为高压变频器中的电气控制核心，这些产品的功能与性能关系着整个高压变频器系统的稳定运行。本文以山东某高压变频器制造商生产的高压变频器为例，介绍了台达AE系列触摸屏在高压变频器上的应用，以供大家参考。
2 高压变频器系统
高压变频器的电柜结构由多个并列单柜组成，每个单柜担负完全不同的系统功能，外形如图1所示，系统结构如图2所示。
图110KV高压变频器
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图2高压变频调速系统结构图
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系统在控制系统中采用台达AE系列触摸屏，通过COM3实现与西门子S7-200系列PLC的通讯，同时，通过COM1与COM2特有的宏指令功能实现与单片机的通讯。实现对高压变频器的启动/停止、运行频率、上升下降时间、工作曲线、V/F曲线、死区补偿、低频补偿等参数的设定以及输出频率、输出电压、输出电流、运行状态等参数的读取，如图3所示。
图3电气控制方案简图
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3 触摸屏通讯设计
3.1COM1通讯口编程设计
通过AE系列触摸屏的COM1通讯口特有的宏指令功能实现与高压变频器主板显示单片机的通讯，主板显示单片机通讯协议分述如下。
（1）物理接口：异步传输方式，1个起始位，1个停止位，无校验，电气接口为RS232C，传输速率为19200bit/s。
（2）传输数据帧格式：
启动字符(68H) 报文长度L(07H) 命令代码(C) 链路用户数据(两个字节) 帧校验和(CS) 结束字符(16H)
其中：
报文长度L(07H)为发送的总字节数；帧校验和（CS）为启动字符至校验和前的数据单字节算术累加和的低字节；命令代码（C）定义如下：
名称设定频率上升时间下降时间上限频率下限频率工作模态V/F曲线代码02H03H04H05H06H07H08H名称电流系数额定频率低频补偿过流保护值额定电压死区补偿启动频率代码09H0AH0BH0CH0DH0EH13H名称高压掉点降频时间频率到达信号死区补偿上限频率额定电流频率稳定度运行参数与状态内控开停机代码11H10H12H14H15H01H1DH在设定的参数中：用两个字节，低字节在前，高字节在后；命令发送后，如果接收正确就返回字节A0H代码，如果接收不正确就不返回任何代码。
（3）读运行参数与状态：发送命令为：68H07H01H01H00H71H16H，返回14个字节定义如下：
字节数1234567名称68H运行频率输出电压输出电流字节数89名称运行状态外设频率00H校验码16H
其中：
返回的字节中，低位在前，高位在后，全是十进制数。
运行状态：16位，低位在前（第8字节），高位在后（第9字节），组成一个字：
位0：1——开机，0——停机
位1：硬件过流保护，1——保护，0——无保护
位2：PDP保护，1——保护，0——无保护
位3：外部异常保护，1——保护，0——无保护
位4：备用
位5：软件过流保护，1——过流，0——无过流（过流1分钟）
位6：1.8倍过流，1——过流，0——无过流
位7：1——外控状态，0——内控状态
高8位：01——硬件保护，02——PDP保护，03——外部异常，04——备用，05——过流，06——1.8倍过流。
校验码为从第2字节到第12字节的算术累加和的低字节：链路用户数据(两个字节)：低位在前，高位在后；帧校验和(CS)：启动字符至校验和前的数据单字节算术累加和的低字节；结束字符：16H。
3.2COM2通讯口编程设计
通过AE系列触摸屏的COM2通讯口特有的宏指令功能实现与高压变频器单元故障检测单片机的通讯，单元故障检测单片机通讯协议分述如下。
（2）请求数据宏指令：E9。E9返回数据格式如下：
（3）E9返回数据内容定义：第2、3、4、5、6、7字节：每2位表示一个单元：00——正常，01——温度，10——过压，11——过流，每字节四个单元，由高到低顺序排列。
第8，9字节定义如下：
字节数内容68H开始字符A1-4单元A5-8单元B1-4单元B5-8单元C1-4单元C4-8单元三相故障单元数2-9字节校验码16H结束字符09第8字节第9字节B相单元故障数C相单元故障数A相单元故障数三相故障单元总数00（3）在每相的变流单元故障数中，如果单元数超过7时，均为111，即大为7，后位0和位1配合主板通信中的01H命令代码使用：
命令格式：68H，07H，01H，第9字节：OR01H；第8字节校验和：16H；校验码：第10字节，为字节2-字节9累加和的低字节数。
对于一相10个功率单元的10KV变频器时，返回数据比原来多2个字节，在第7个字节和8个字节间加入2个字节，整个数据长度变为13个字节，其他数据结构定义不变，校验码为字节2到字节11累加和的低字节数。其中新加第8字节和第9字节定义如下：
4 结束语
本系统采用了台达AE系列触摸屏解决方案，通过AE系列触摸屏特有的宏指令功能实现与两块单片机的通讯，即有效降低了成本，也使自由通讯的方式变得简单易用。完善的故障检测功能，保证设备运行可靠。人性化的编程软件，给客户编程工作带来了极大的方便，新的控制系统不仅给客户带来了成本的极大优化，并且能更好的根据工艺的要求进行修改设计，进一步提高了客户在行业中的竞争力，依靠台达大陆子公司中达电通强大的销售与售后支持网络，使客户的设备在任何地方均可享受快捷、便利、优质的售后服务
送标与切标
送标及切标之伺服脱离上层控制系统PLC，由机台传感器通过DI触发伺服控制器内部程序实现伺服的运动控制。减少不必要的时间损失，以满足高速套标的要求。伺服控制模式：Pr模式(内部寄存器命令模式)
（1）送标：采用PR模式，开起COMPARE，CAPTURE功能块。送标起动：当感测到瓶子
时，采用事件触发EV1（sensor3）触发送标伺服动作，开始送标，EV2触发PR参数写入COMPARE和CAPTURE控制参数，开起CAPTURE功能进行色标抓取，由抓标sensor1来控制标长。送标停止：当sensor1感测到mark时，PR采用CAP定位命令插断前路径。
（2）切标：采用PR命令，事件触发。当送标完成后，利用送标伺服的目标位置到达信号DO直接触发切标伺服动作。
3.3工艺难点分析
（1）PLC程序所占内存，延长程序的循环扫描时间，延误切标与下标的动作时间。
（2）由于高速的要求，至少0.1s就要完成一次套标动作，要求下标与切标电机必须频繁起停，定位。
（3）标签的变形，感测器误动作等原因造成送标长度的不准。
3.4A2伺服套标性能优势
（1）1KHz频宽响应。
（2）Mark抓取采用伺服内部compare+capture功能模块。在capture功能下，抓标DI信号(响应时间仅为1um)直接与伺服控制器硬体连接触发，以提高伺服的动作时间。compare模块的开起可有效避免抓标sensor的误动作。
（3）控制参数写入，无需与上位机通讯，可由外部事件触发A2驱动与pr程序，进行参数写入，响应及时性大大提高。 4 套标伺服系统调试
4.1送标伺服速度
送标伺服采用两段速度：以缩短减速时间。段=1700r/min；第二段速度=1000r/min(频宽=130，JL=4)。一周期所走脉冲约为10000（1转），假定送标滚轮直径D=40mm。
则对应实际标长=3.14*40*1=125mm(转速比1：1)，如图4所示。
图4送标伺服速度
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4.2切标伺服速度
Speed=650r/min(频宽=150，JL=4)。一周期所走距离为1/4转(转速比1：1)如图5所示。
图5切标伺服速度
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4.3送标切标系统
综合送标和切标伺服的波形图，得出送/切标系统图如图6所示。
图6送/切标系统速度
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5 结束语
本方案采用台达高性能A2伺服内部编程功能及特殊智能模块后，整个送标、切标过程完全脱离上位机的控制，简化PLC程序，使伺服对抓标、送标、切标信号的处理更加迅速，提高了整机的响应速度，经测试，应用台达A2高性能伺服，送标和切标的整个周期为80ms，可使套标速度达到750瓶/min。