6ES7321-1BP00-0AA0

脉冲信号的产生
脉冲信号一般由CPU或单片机产生的，一般脉冲信号的比例为0.3-0.4左右，电机转速越高，比例则越大。
�微处理器
以四相步进电机为例，四相电机工作方式有二种，四相四步为AB-BC-CD-DA；四相八步为AB-B-BC-C-CD-D-AB。
�功率放大
功率放大是步进电机驱动系统为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于步进电机的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的驱动方式，到目前为止，步进电机驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。式中，UN1、IN1、ηN、cosφN分别为电动机额定的线电压、线电流、效率、功率因数。
 3.额定电压UN1  指电动机在额定运行状态下运行时定子绕组所加的线电压，单位为V或KV。
 4.额定电流IN1  指电动机加额定电压、输出额定功率时，流入定子绕组中的线电流，单位为A。
 5.额定转速nN   指电动机在额定运行状态下运行时转子的转速，单位为r/min。
 6.额定频率fN  我国规定工频为50HZ。
 7.额定功率因数cosφN  指电动机在额定运行状态下运行时定子边的功率因数。
 8.接法  指电动机定子三相绕组与交流电源的联接方法。两相步进电机的构成为Nr=1的情况，电机结构如下图所示。一般两相电机定子磁极数为4的倍数，至少是4。转子为N极与S 极各一个的两极转子。
定子一般用硅钢片叠压制作，定子磁极数为4极，相当于一相绕组占两个极，A相两个极在空间相差180°，B相两个极在空间也相差180°。电流在一相绕组内正负流动（此种驱动方式称为双极性驱动），A相与B相电流的相位相差90°，两相绕组中矩形波电流交替流过。

即两相电机的定子，在Nr=1时，空间相差90°,时间上电流相差90°相位差，电流与普通的同步电机相似，在定子上产生旋转磁场，转子被旋转磁场吸引，随旋转磁场同步旋转。
上图表示两相步进电机的结构（PM型）及其运行原理，从图(a)到图(b)顺时针旋转90°，依次图(c)、(d)均旋转90°，依次不断运转成为连续旋转。
以上图为例，假如A相有两个线圈，单向电流交替流过两个线圈，也可产生相反的磁通方向，此方式称为单极（uni-plar)型线圈。
如下图所示线圈内部只流过单方向电流，此线圈称为单极型线圈；另一种，线圈内流过正、反方向电流的线圈称为双极型线圈，两种线圈的优缺点将在后面的课程中详细介绍。单极型线圈可以取代上图所示双极型线圈，运行时具有相同的步距角。

上图中的两相单极型线圈在有些文献中也被称为四相步进电机，此时其转子极对数、齿数Nr，以及步距角θs均与双极型线圈相同。本课程两相电机的定义符合式θs=180°/PNr，即将转子齿数和步距角θs代入式θs=180°/PNr，如P=2，则为两相电机，如Nr相同，P=4，步距角θs只有1/2，则电机为四相电机，在此特别提请注意。
两相步进电机现在应用广泛，实际电机的构造比图（PM双极型两相步进电机结构与运行原理）复杂，定子除采用叠片外，还有爪极结构，但基本原理可参考图（PM双极型两相步进电机结构与运行原理），图中所示的转子被称为PM型(磁铁或永磁式）转子，磁性圆柱的外表面形成转子磁

6ES7315-2AH14-0AB0安装调试

西门子与AB主要的差别在于AB所使用的网络类型都是开放的网络，可以与其他公司的产品做到很好的兼容，AB控制层网络采用ControlNet网络，该网络是一种高性能的工业局域网，具有开放性、高效率、多功能、确定性和可重复性、灵活性等特点，扩展性，可共享I/O，并具有强大方便的网络组态，诊断功能及可靠性。

一、开放性

ControlNet 已成为工业自动化领域的标准网络。在国际现场总线协会所确定的8种国际网络标准中三位，仅仅次于以太网和Devicenet。网络标准为 IEC61158。这种标准化带来的好处就是使得用户可以选择不同的设备供应商来提供他们设备，而这些设备可以通过标准化的网络联系在一起，协调有序地工作。随着芯片技术、网络技术和软件技术的发展，用户对自动化的要求越来越高，现代的自控系统已经不再是传统的单机应用，在一个现代化的自控系统中，已经不再可能由某一家公司提供全部的设备，即便某家公司有这个能力，他所提供的产品也未必都是好合适的，这就不可避免的要使用到不同厂家的产品，用户在设计之初，必须选择一个具有广泛支持的标准化网络，只有这样，所有的设备才能很好地集成为系统，而ControlNet是用户选择。

二、高效率

控制网络要实现高速确定的传输要求，网络波特率已经不再是主要因素，网络模式成为决定网络效率的关键。ControlNet采用了全新的网络模式，即生产者 /消费者(PRODUCER/CONSUMER)模式，传统的网络模式采用的是源/目的模式，每发送一个信息就需要一个确定的源/目的地址数据包，这种模式的大弊病在于不确定性，同样的信息如果要传输到网络上多个节点，必须重复传输多次，这极大地浪费了网络带宽，降低了网络效率，而采用生产者/消费者模式，网络不需要单独的源/目的地址，代之以数据标识，因此不同的消费者（信息接收者）可以根据数据标识同时接收来自生产者（信息产生者）的信息，如果某些信息是它所不需要的，它可以忽略，而只处理那些它所需要的信息，这种全新的网络模式是对传统的网络模式的革命，它极大地提高了网络的效率。该模式同时也被 DEVICENET和FOUNDATION FIELDBUS所采用，代表了下一代网络的趋势。

三、多功能

由于ControlNet采用了全新的生产者/消费者(PRODUCER/CONSUMER)模式，使得它具有了传统网络所无法想象的高功能，具体说来，这包括：用同一个网络实现对实时性要求不同的信息的传递。传统上，在PLC处理器之间所使用的网络不能用于扩展I/O机架或从站，反之亦然，但是 ControlNet可以同时满足这两方面要求，因此在现场只需要构成一个完整的控制层网络，该功能同时也为在ControlNet上实现I/O的共享提供了可能。
在ControlNet上，用户可以根据需要，构成主从、多主和对等通讯网络，甚至可以在同一个网络上混合构成主从、多主和对等通讯网络，这为网络的应用提供了极大的灵活性。

ControlNet上的节点，可以根据每个节点的特性选择采用巡检、定时和逢变则报等多种工作方式，这极大地降低了网络上无用信息的传输，有效地利用了网络带宽，提高了网络效率。

四、确定性和可重复性

ControlNet 区别于传统网络的一个显著特点就是其确定性，由于ControlNet采用了生产者/消费者的网络模式，使得其网络速度和效率不随网络上节点数目和网络距离而变化，并且用户可以预先组态网络上节点的信息传输时间(毫秒级)，使用者无需编写通讯程序便可确保全部信息在预先设定的时间间隔内得到传输。 ControlNet采用的时间片技术从原理上杜绝了网络发生阻塞的可能。确定性和可重复性在现代控制系统中得到了越来越多的应用。

五、灵活性

ControlNet具有灵活的拓扑结构，它可以方便地构成星型、树型、总线型和环形的拓扑结构；距离可长达成30公里。ControlNet可以采用多家厂商提供的通讯介质，包括适用于各种环境的同轴，光纤电缆。
ControlNet是一个本质安全的网络，它可以应用于各种环境场合。

六、强大方便的网络组态，诊断功能及可靠性

ControlNet 具有的网络组态及诊断功能用户可以从网上任何一个PLC节点的网络编程口进入网络，对网络进行编程和组态。网络组态软件为图形化WINNT软件，用户界面相当友好。一旦某一节点发生故障可及时发现。大大提高网络诊断功能。ControlNet具有可选的冗余配置，采用不同路径的冗余网络配置， ControlLogix同时侦听两条网络上的信息，而选择其中信息质量更好的网络信息，极大地提高了网络的可靠性。

七、I/O共享

传统的控制网络无法实现I/O共享，但在ControlNet上，每个PLC处理器可以拥有它自己的I/O，也可以拥有共同的I/O，这也就是说，一个I/O机架可以同时属于多个PLC处理器。

八、扩展性能

由于ControlNet是一个标准的开放的网络，故而具有良好的可扩展性，选择ControlNet为今后集中扩展系统的构成创立了良好的基础。

九、基本指标

控制层系统使系统的重要部分，为了确保系统的可靠性，本方案采用ControlNet的网络结构为冗余网络，传输介质可选同轴电缆或者光纤

为了使plc的应用更加灵活并实现可视化， 对PLC和触摸屏组合控制系统进行了研究。分别采用S7-200 CPU224XP 和迪文触摸屏作为系统的控制器和人机界面， 采集现场的温度、压力信号， 控制现场的执行机构。详细阐述了触摸屏界面的制作方法、PLC程序的设计方法及设计过程中遇到的问题。考虑到西门子plc和迪文触摸屏之间不能进行直接通信， 在分析了迪文触摸屏的数据帧结构及数据传送方式的基础上， 设计了无源RS-485/RS-232转换电路。系统已投入运行， 其运行效果良好。

　　随着科技的飞速发展， 越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面， 而PLC 控制器强大的功能及复杂的数据处理也要求有一种功能与之匹配而操作简便的人机界面。触摸屏的出现无疑是21世纪自动化领域的一个巨大革新。触摸屏和PLC的组合使用已经成为主导形式。

　　PLC是一种结构简单、通用性好、功能较完备的新型控制元件， 其主要优点是抗干扰能力强， 可以提高系统的可靠性和稳定性以及生产效率， 特别适用于工业控制。

　　触摸屏是一种连接人和机器的人机界面， 它代替了原始的控制台和显示器， 可用于数据显示和参数设置，并且可以用动态曲线的形式描述系统的控制过程； 扩展了PLC的功能， 减少了按钮、开关、仪表等仪器的使用。

　　1 系统的组成

　　本系统采用Siemens S7-200和迪文触摸屏组成的系统控制现场的电动阀、电磁阀、电动机和温度控制器等执行机构。S7-200通过模拟量输入模块和温度、压力传感器采集现场的温度和压力信号， 信号通过PLC上的A /D转换、数值变换传送到触摸屏上， 触摸屏显示实时的温度值、压力值、温度曲线、压力曲线和PID曲线； 且PID参数可以通过触摸屏进行设置， 触摸屏给PLC发送指令， 以控制现场的执行机构。由于PLC接口为RS-485,触摸屏接口为RS-232, 因此， 需要增加一个RS-485 /RS-232转换线。控制系统的组成如图1所示。

图1 控制系统组成框图

　　2 PLC和触摸屏的通信

　　计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通信和并行通信2种方式。S7-200系列PLC的通信分3种工作方式： PPI通信方式、自由口通信方式和Profibus-DP通信方式， 本系统采用的是自由口通信方式。

　　2.1 PLC 的自由口通信

　　当S7??200系列PLC使用自由口通信时， 数据传输协议完全由用户程序决定， 所有的通信任务都要由用户编程完成。通过自由口方式， S7-200可以与串行打印机、条码阅读器、触摸屏进行通信， 其波特率范围为1 200~ 115 200 bit / s（可调整）。自由口通信的核心是XMT（发送）和RCV （接收）这2条指令以及相应的特殊寄存器控制。本系统的自由口通信使用的是自由口0,S7-200 CPU使用SMB30定义自由口0的工作模式。通过特殊寄存器SMB30, 可以对校验的选择、每个字符的数据位、自由口的波特率和协议选择进行设置。S7-200 CPU 上的自由口接口为RS-485, 触摸屏的接口为RS??232, 设计时需要制做一个RS-485 /RS-232的通信线。而S7-200 CPU的通信口RS-485为半双工通信口，发送和接收指令不能同时处于激活状态， 此时，可以通过控制特殊寄存器SMB87来控制RCV （接收） , 当在指定时间内PLC没有收到信息时， RCV指令将停止接收。

　　2. 2 触摸屏的数据传送方式

　　迪文触摸屏的串口数据帧结构由帧头、指令、数据以及帧尾结束符这4 个数据块组成。帧头固定为0XAA, 而指令参考迪文指令集， 数据多为249 B, 帧尾结束符固定为0XCC、0X33、0XC3、0X3C.其中， 0X代表16进制数。迪文触摸屏所有指令或数据都是16进制（HEX）格式， 对于字型（ 2字节）数据， 字节传送顺序采用高字节先传送（MSB）的方式。传送方向为下行（Tx）时， PLC 发送数据给触摸屏， 数据从触摸屏串行接口的"Din引脚"输入； 传送方向为上行（Rx）时，触摸屏发送数据给PLC, 数据从触摸屏串行接口的"Dout引脚"输出。触摸屏与PLC 串口数据交换交换过程如图2所示。

图2 数据交换过程示意图

　　3 典型的PLC程序

　　3. 1 模拟量的采集及发送

　　在模拟量输入及其转换成实际值的过程中（以温度为例），温度传感器采集到的模拟信号通过PLC模拟量输入模块变成数字信号传到PLC 的存储器， 再根据传感器的量程等实际情况把数字信号换算成实际的温度值（模拟量比例换算是指由于A /D、D /A 转换之间的对应关系， S7-200 CPU内部用数值表示外部的模拟量信号， 两者之间有一定的数学关系， 即模拟量/数值量的换算关系）。

　　系统从模拟量模块中地址为AIW10的通道输入模拟量。为了增强输入模拟量的稳定性， 模拟量采集程序采用求多次采样值的平均值方法； 而为了减少CPU 的扫描时间， 程序中的除法采用移位除法（用采样次数的2的次方表示， 如128次为2的8次方）。

　　3.2 触摸屏的触控功能

　　当触摸屏上的按钮被按下时， 触摸屏会给PLC发送按钮位置坐标（触摸屏中表示位置坐标的数据块为"AA 73按钮的坐标CC 33 C3 3C"）， PLC收到数据后判断按钮的位置坐标是否正确，如果正确，则执行显示曲线、显示实时参数、控制执行机构等指令。

　　3. 3 通信的相关程序

　　PLC 的编程方法因程序设计人员的思维习惯不同而有很大差异， 常用的编程方法有梯形图编程和语句表编程2种。梯形图接近继电器控制的表达形式， 语句表则类似于计算机汇编语言， 这2种编程方式均实时反映出继电器控制的思想。本文采用语句表的编程方法编写了触摸屏和PLC通信及触摸屏触控（触摸屏给PLC发送指令， 通过PLC控制执行机构）的程序，其程序如下。

　　①主程序编程。

　　网络1: 程序初始化。

　　网络2: 接收触摸屏发来的指令。

　　②中断程序。

　　网络1: 如果按下“启动”按钮， 则发给PLC控制指令控制执行机构。

　　网络2: 如果按下“返回”按钮， 界面切到首页。

　　③数据块。