西门子模块6ES7212-1AF40-0XB0安装调试

1  引言
    rockwell controllogix作为allen-bradley 下一代的控制系统之一，不仅具有**的通讯和输入/输出能力，而且能同时提供顺序控制、过程控制、传动控制和运动控制。controllogix模块化的系统，使得用户可以更有效地设计、建立和更改其应用平台，极大地节省时间和费用，保证控制系统的稳定运行。

2  rockwell controllogix的特点
    (1)controllogix平台通过背板提供高速数据传输，提供了一种模块化的控制方法；
    (2)可以带电插拔系统中的任何模块，而不会对模块造成损坏。因此可以在维持系统运行时更换故障模块；
    (3)可通过ethernet、controlnet、 devicenet等多种方式实现控制器分布式处理；
    (4)可根据需要，增加或减少控制器和通讯模块的个数，可在一个机架内同时使用多个控制器；
    (5)能适用于机械振动大、环境温度高以及电气干扰繁杂等各种恶劣的作业环境；
    (6)结构紧凑，适用于控制高度分散并且配电盘空间有限的应用场合。

3  系统设计
3.1 连铸机控制系统概述
    连铸机自动化控制系统设计采用“三电”一体化的设计原则。公用系统与各分流之间互相独立，其中任系统发生故障，不影响其它各流的生产。整个自动化控制系统采用基础级自动化控制系统，采用了两层控制结构：一层由plc组成控制站，进行过程回路控制、电气设备的顺序与联锁控制，并进行生产工艺过程的数据采集等；另一层由计算机组成操作站，将plc控制站收集的信息集中，使操作人员能实时监视控制生产工艺过程和设备运行状态，构成一个集中管理、分散控制的自动化系统。
3.2 硬件构成
    公用系统及各分流的控制器选用rockwell controllogix55m12，plc主机架还包括ethernet、devicenet通讯模块、数字量i/o模块、模拟量i/o模块。为减少线路敷设，本系统还采用远程i/o站，远程i/o站采用1794 flex i/o，与plc主站之间采用了devicenet网络通讯。每个远程i/o站包含一个适配器、若干基座和若干i/o模块，每一个适配器多可以支持8个基座，并且可以用一个flex电源或者任何其它兼容性电源为该远程i/o站供电。上位操作站、公用系统plc与各分流plc及触摸屏之间用以太网环网连接在一起。火切系统和出坯系统的操作采用panelview触摸屏。信号正常情况下，火切系统和出坯系统自动控制，无需人员操作。信号异常时，台下操作工可通过panelview触摸屏介入进行手动操作，完成铸坯切割及出坯操作。振动台、拉矫机等需要调速设备的传动采用rockwell变频器1336plus-ii, 可以很方便地采用devicenet网络方式与plc之间相连，而无需通过硬线将它们与i/o模块连接。通过网络更有利于采集这些设备的运行信号，及时监控设备的运行。另外该型号变频器采用了新igbt(绝缘栅双极型三极管)功率模块和的控制算法，在工作要求的任意速度下，均能提供平稳的性能和超常的转矩，使电动机低噪声、高效率地运行。采用面板式人机接口模块，只需几个按键，就能提供非常简单的参数设定和操作，可以实现1336 plus ii变频器的编程和运行控制，满足连铸机的应用需求

1  引言
    本文主要设计了基于tms320 f2812dsp的小型直流电机的驱动控制模块，要求平稳可靠地实现小车前行、退行、左转、右转、调速、自由停和急停等动作。该模块可以制作无线遥控小车，即以dsp为下位机，接收上位机控制指令，执行要求的动作。也可以作为独立完整的移动小车，通过安装各种传感器，实现对外界信息的感知，由dsp直接完成控制策略。小车采用三支点式结构，左右两边是驱动轮，车尾有一个360°活动轮，三点构成平稳结构。驱动轮采用小型直流电机驱动。

2  控制系统硬件设计
2.1 tms320f2812dsp的pwm控制
    目前，pwm调速控制是运动控制领域普遍也是有效的方法，多种控制器都可以实现pwm控制。单片机也可以实施pwm控制，但比较麻烦，需要设计外围的pwm发生器电路和时间延迟电路；并且单片机位数有限，运算速度并不高。
    tms320f2812是ti公司主推的工业界首批32位控制专用，内含闪存以及高达150mips的数字信号处理器，是专为数字电机控制(dmc)而设计的，兼有dsp的高运算速度和单片机的强控制能力。它集成了pwm控制信号发生器，可以通过设定事件管理器中的特定寄存器来设定pwm的工作方式、频率和占空比以及设定死区时间，通过专用的pwm输出口输出占空比可调的带死区的pwm控制信号，从而省去了一般单片机所用的外围pwm波发生器电路和时间延迟电路。另外，由于采用高性能的静态cmos技术，该dsp具有低功耗和高速度的特点，工作电压仅需3.3v，单指令周期短为25 ns，高运算速度可达40 mips，非常适用于直流电机的全数字实时控制以及运行诸如模糊控制、神经网络等一些复杂的控制算法。因此，本文采用tms320f2812这款dsp作为移动小车的控制器。
    tms320f2812有两个事件管理器eva和evb。每个事件管理器可以有5个独立的pwm输出，3个由比较单元生成，2个由通用定时器生成。由比较单元生成的pwm输出死区可编程，适用于控制三相电机。本文的应用需通过pwm生成一个可调电压，通过驱动芯片实现直流电机的调速，所以选用事件管理器a的2个通用定时器生成两列独立的pwm波。
2.2 集成驱动芯片l298
    目前，直流电机驱动电路使用广泛的就是h型桥式驱动电路，这种驱动电路可以很方便的实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。但经多次搭建的h桥效果都不尽理想，所以直接选用电机驱动芯片lm298。l298配上散热片后控制性能稳定。
    一片l298可以同时驱动两个电机。每个电机有三个输入控制脚，分别是：in1、in2、ena和in3、in4、enb。功能如附表所示。

附表  l298电机控制真值表

    四个输出口out1、out2、 out3和out4分别外接简单的外围电路，再接到直流电机的两端。如图1所示。

图1  l298输出端的外接电路

4  软件实现
4.1 开发环境
    编译器采用ccstudio3.1(code composer studio 3.1)。dsp的软件设计有其固有的模板，各个外设都有相应的子函数模版。如下文的initgpio()为设置通用i/o的子函数；initsystem()是初始化系统的子函数。各种设置可以在模版中修改或注示掉相应的代码。控制方法在main()函数中编写。
4.2 gpio输出电平控制电机转向
    l298的in1、in2、in3、in4脚输入不同的逻辑电平组合可以实现电机的不同转向。这里利用tms320 f2812dsp的通用i/o口可以简洁的给出所需要的逻辑电平。tms320 f2812dsp有6组通用i/o，但绝大部分是多功能复用引脚，使用前要将脚设置为i/o功能。我们选用a组引脚，在函数initgpio()中将其设置为通用i/o：
    gpiomuxregs.gpamux.all= 0x0000；//a组gpio口设置为i/o模式
    gpiomuxregs.gpadir.all=0xffff；     //a组的gpio口设置为数字量输出
    因为我们会用到事件管理器a的通用定时器的txpwm输出脚，而这两个脚和a组通用i/o里的第6、7两脚复用了，所以单独将这两个脚设置为pwm模式。如下：
    gpiomuxregs.gpamux.bit.t1pwm_gpioa6=1；//设置为pwm模式
    gpiomuxregs.gpamux.bit.t2pwm_gpioa7=1；//设置为pwm模式
    通用i/o口选用a组的2、3、4、5脚。
4.3 事件管理器调速
    l298的ena和enb两脚输入的pwm波，由事件管理器a的通用目的定时器产生。每一个通用定时器都有一个比较寄存器和一个pwm输出引脚txpwm，通用定时器的值会一直与对应的比较器的值比较，当计数器的值与比较寄存器的值相等时，就会产生匹配，即输出发生高低的跳变。将通用定时器设置为连续递增/递减模式时，txpwm高电平有效时，pwm输出原理如图2所示。

图2   通用定时器输出pwm波形原理图

    首先，在系统初始化函数initsystem(void)中使能需要的外设时钟：
    sysctrlregs.pclkcr.bit.evaenclk=1；//事件管理器a的时钟使能
然后，通过设置定时器的周期寄存器，比较寄存器，计数器等就可以得到所需的pwm波。各寄存器值在main()函数中设置如下：
    //eva配置t1pwm，t2pwm
    //初始化eva定时器1
    evaregs.t1pr=0xffff；                  //设置定时器1周期
    evaregs.t1cmpr=evaregs.t1pr/2；//设置定时器1的比较器，即调节t1占空比
    evaregs.t1cnt=0x0000；       //设置定时器1的计数器
    evaregs.t1con.all=0x0f02； //连续递增/递减计数，定时器使能，比较器使能
    //初始化eva定时器2；
    evaregs.t2pr=0xffff；        //设置定时器2周期
    evaregs.t2cmpr= evaregs.t1pr/2； //设置定时器2的比较器，即调节t2占空比
    evaregs.t2cnt=0x0000；       //设置定时器2的计数器
    evaregs.t2con.all=0x0f02； //连续递增/递减计数，定时器使能，比较器使能
    //设置t1pwm和t2pwm
    //比较逻辑驱动t1/t2 pwm
    evaregs.gptcona.bit.tcompoe=1； //各自触发
    evaregs.gptcona.bit.t1pin=2；  //定时器1比较器极性设置为高有效
    evaregs.gptcona.bit.t2pin=2；      //定时器2比较器极性设置为高有效 
    以上将比较器预设为1/2个周期长，即此时pwm波占空比为1/2。电机的调速就通过改变这个比较器的值就可以实现，改变比较器的值后的下一个周期就会采用新的比较器值来输出pwm波了。
4.4 综合实现各种运动控制
    根据l298的真值表就可以通过以下的语句很简单的实现小车的各种动作了。例如，根据电机在小车上安装的机械结构，当一个电机正转一个电机反转时，小车会前进，

1 引言
　　船舶自动化领域的一个重要组成部分是主机遥控系统。目前主机遥控系统技术方案多种多样，本文采用PLC工业控制网络来实现主机遥控系统的功能，具有经济性能好、硬件电路结构简单、工作安全可靠的特点。
在多PLC控制网络实现主机遥控系统设计的基础上，研讨主要设计整个PLC网络的总体结构和通讯方案，并通过通讯网络实现对主机的起停部分的自动控制及安保系统设计。
　　
2 主机遥控PLC网络控制总体结构设计及通讯方式的实现
　2.1 主机遥控PLC网络控制总体结构设计
　　PLC控制网络用于主机遥控系统的控制，包括两台S7-200PLC。其中一台用于主机起停和转速调节控制，安装在机控室;另一台用于完成电子调速器的任务，安装在机舱。另设计算机作为监视平台，用来监视整个系统的重要信号。
　　 整个网络的主要设备为:两台S7-200PLC、一台微型机、网络连接器、PC/PPI电缆、RS-485电缆。
　　根据总体通讯设计思路，我们的总体结构图设计如图1。

　　如图，主站PLC通讯口出来地总线分别通过网络连接器和PC/PPI电缆和从站PLC以及计算机通讯。主从站之间通过RS-485总线进行PPI协议通讯，主站和计算机终端通过PC/PPI电缆进行自由口通讯。从主站PLC通讯口出来连接上网络连接器，是为了隔离，以免计算机RS-232口损坏。通过网络连接器出来地线以及RS-485信号A和B通过比较高低电平与从站进行通讯。同时通过PC/PPI电缆的连接口引出5针通过RS-485和RS- 232转换成3条线分别为接收、发送和地线，与计算机进行通讯。S7-200PLC通讯口的引脚分配见附表。
　　附表 通讯口引脚分配

　　按照以上方案所进行的系统设计完成之后，实际的通讯效果达到设计要求，从站PLC和计算机终端基本上能在20ms内获取主站送来的信息。

3 主机遥控系统的设计
　　3.1 起停部分的设计
　 作者在设计过程中选择的对象是常见的B&M低速机，起停控制主要包括5个部分:起动控制，慢转控制，停车控制，重复起动控制。以正车起动为例，系统须针对两种情况:停车情况下的起动和正常反向起动，都能确保正车起动电磁阀的通断，同时还须判断重复起动的状态，正车起动的程序流程如图5 所示。

　　慢转控制所要考虑的情况分别是主机停车时间超过30min和电源断电后恢复供电两种情况。在主机转过一圈或有紧急操纵信号的情况下，可以撤消慢转控制。停车控制所要考虑的情况共分4种:停车指令,故障停车信号,车令与运转方向不一致以及起动电磁阀工作期间。重复起动控制又分为4个子程序:起动时间监视子程序，换向时间监视子程序，起动间歇延时子程序和重复起动次数计数子程序。以上程序流程图由于篇幅所限，在此不一一赘述。
　　3.2 转速控制部分的设计
　 本设计是用模拟量输入模块EM235来读取车钟指令和转速反馈。PLC主站首先读入模拟量，通过三次移位，可以得到12位的数字信号，然后通过定时中断程序对输入量进行数字滤波，滤波后的数据将与由外电路所确定的正常信号电压范围比较，可判断车令电位器的三个接线端有无断线故障，在确保信号的正常之后，再经过各种限制处理，限制环节主要包括临界转速限制，加速度限制和负荷程序限制，限制处理后的结果后通过PPI通信协议发送给从站PLC电子调速器进而控制主机的转速。转速限制处理程序流程图6所示。

　　本设计的另一个任务是读取转速反馈值并对其进行处理，经过处理后得到主机的各种运行状态，包括主机正反转的换向转速，发火转速以及加速转换点，一方面得到起停控制所需要的主机状态信息，另一方面使监测平台能实时监视，直观地反映出目前主机的状态，同时能显示出整个转速变化过程。