毕业设计（论文）-PLC宽厚板定尺剪控制系统.doc

第1章 概述随着工业控制技术的不断发展,在钢铁行业中数字化技术和微型计算机的不断应用，数字位置随动系统中也得到相应的发展，高性能的plc在工业控制领域用得越来越广泛。今日的变频器已由压频控制发展到动态矢量控制和直接转矩控制等高性能控制，优点很多，如:转矩大。0频率时，转矩输出100%，0.5hz时，转矩输出200%。在该系统中西门子变频调速技术被引入，定尺剪处理自动化系统采用先进的西门子交流数字化调速系统相比以往的直流调速系统其突出优点为：电机制造成本底，结构简单，维护容易，可实现高压大功率驱动，适应在恶劣条件下工作，并且系统成本低，矢量控制的采用、通过适当的坐标变换，建立适当的数学模型，解决了异步电机多变量、强藕合、非线性的难点，达到了同直流他励电机相同的控制效果，精度高，速度快；以及先进的西门子s7-400可编程控制器的采用，从而使系统有可靠的钢板形状跟踪和精确的剪切位置控制，并且具有电机制造成本低，结构简单，维护容易，可实现高压大功率驱动的优点。5m宽厚板定尺剪处理自动化系统不断完善发展,它包括pcs7、西门子变频矢量控制、pmu人机界面等，并且结合自动化系统工业控制的系统设计、自动化编程、联动测试、现场调试等。自动化系统的辊道上所选用的是过程控制系统simatic pcs7，宽厚板总生产线采用联合设计，制造或国内设计制造方式。在本次设计中的定尺剪控制系统，采用了西门子变频调速控制，simovert masterdrives矢量控制的变频器是具有igbt 逆变器、全数字技术的有电压中间回路的变频器。它同西门子三相交流电动机一起为所有工业领域和所有应用场合提供高性能、最经济的解决方案。同电机侧最佳性能的闭环矢量控制相适应，simovertmasterdrives afe (active front end) 装置通过一个主动的(active)面向电网角度的矢量控制确保最佳的电能供应。1.1宽厚板定尺剪控制系统简介宽厚板总生产线分两大区域，前区轧机区域和后区精整区域。宽厚板剪切线的主要流程分为以下四个阶段：一：钢板首先经过切头分断剪，用于剪切钢板的头尾或将钢板分段;二：双边剪切除钢板两侧的毛边；三：双边剪之后布置一台剖分剪，用来将钢板纵分为二；四：钢板由辊道运输到定尺剪，将钢板剪切成所要求的定尺长度。作为剪切线流程最后一道工序 定尺剪切，其主要设备由夹送辊、定尺剪本体和剪刃构成，在对钢板进行切割时，首先由磁力横移装置靠齐侧边，将钢板前端切齐(成直角)，借助剪机前后的测长辊或剪后机械(小车)或定尺机测长，按要求剪成定尺长度，并保证钢板头尾边缘的直角度。本次设计只对第四步定尺剪切做一系统分析。以下为该系统的机构图： 图1-1 西门子变频控制下定尺剪结构图由上图一可知其控制原理 ：该系统主要是plc中数字调节器中预置长度值l2和由安装在测量辊上的光电脉冲发生器发出的长度反馈值lf的差值l(数字量)经过西门子矢量控制器中闭环控制单元cuvc下d/a转换单元和非线性放大单元送到afe控制单元中的模拟调节环节中作为系统的给定值,驱动夹送辊交流感应电机转动.上限开关a动作时，夹送辊转动，开始送料，当送料长度的给定值l2大于反馈过来的反馈值lf时,plc中数字调节环节输出正值,电机正转送料.偶然由于惯性当送料长度的给定值l2小于反馈值lf时,plc中数字调节环节输出负值,电机反转退料.直到l2=lf,即l= l2-lf=0,输出为零,电机停转,并发出剪切信号, 剪刀离合器动作, 完成一次剪切过程；当上限开关a再次动作时，定尺剪按上面的顺序开始下一次剪切过程。当下限开关b动作时，夹送棍停止转动。1.2宽厚板剪切线定尺剪系统组成以及特点1.2.1宽厚板剪切线定尺剪系统组成a 控制部分在宽厚板剪切线定尺剪主传动装置上所选用的是西门子变频控制系统一master drives vc(矢量控制)，矢量控制的基本思想是将异步机经坐标变换等效成直流电动机仿照直流电动机的控制方法求得直流电动机的控制再经过相应的反变换控制交流电动机,以下为 图1-2 电机矢量控制框图其所处的位置为plc基础自动化(ll)的下一级，生产电机的上一级，见图1-3。其主要执行上一级控制器plc的指令，应用plc进行逻辑控制，通过对plc的数字量输人、输出操作来控制直流母排上的预充电回路，以及逆变器的合闸、准备、就绪、使能、运行、和诊断故障等。 pc操作员检测现场总线masterdrive控制装置simatics7-400生产电机图1-3 master drives vc控制系统位置图master drives vc控制系统主回路由整流单元、直流母线单元和逆变单元构成。整个系统包括外辅24 v dc电源、进线端、出线端、参数设定单元、选键板接口、操作面板接口、控制总线接口、开关量输人端口及模拟量端口。整流部分使用可调压的六脉冲三相全控桥式整流电路，由afe(主动前端)控制板进行控制;逆变部分使用电压型三相桥式逆变电路，由cuvc板进行调频控制;在整流与逆变装置之间有预充电电路，母线端还连接有制动单元与制动电阻,该系统逆变控制部分cuvc板，主要控制逆变电路的电流环、速度环，使电动机在理想状态下运行。b 功率部分西门子master drives vc控制系统功率部分采用了交一直一交变频方式。其控制框图如下所示： 图1-4 交-直-交变频下定尺剪系统控制图整流采用6脉波三相全控整流电路，将整流过的电网电压、电流直接输出到滤波电容器的直流母线上。当电能需要回馈到电网时，在直流母线和电网又连接有再生回馈装置。整流部分和再生回馈装置全部由afe控制系统控制，其特点主要是根据电网的电压变化来调整直流母排上的电压，保持母线上的电压稳定，不至于低于或高于额定电压;再根据母排上的电压调整成为标准的额定输出电压反馈回电网。整流部分的控制方式目标就是使输出线电压波形中不含有低次谐波，通过对直流母线中的电容滤波器控制，输出波形近似正弦波。1.2.2 定尺剪西门子交流调速特点1 定尺剪主要对钢板进行长度方面的剪切，由于其作为剪切主线中最后一台剪切设备，采用西门子交流调速矢量控制.因此，精度控制方面要求较高2 可与多台变频装置通信, master drives vc控制系统经rs485口以总线方式最多可连接31套变频装置3 稳定性好,抗干扰强4 西门子交流调速矢量控制中cuvc单元功能强大. cuvc控制板可以通过pmu手动单元进行参数设置，也可以与pc机相连，通过计算机进行参数设置，主控cuvc板电子箱，其内部有6个插槽，分别可以连接附件板，本机串行口sst1和sst2，扩展板1/o接口eb1和eb2。通过连接附加功能板，可以进行同步控制、串行通讯控制、网络通讯控制、测速机闭环控制。1.3 设计工艺及技术要求（一）工艺及技术参数材料：a36厚度：30-40mm宽度:5000mm线形度：35r/min切断长度：500-6000mm送料辊直径：183mm测量辊直径：91mm传动比：1/11光电编码器re-96181/1024型。（二） 技术要求1 送料最高速度 60m/rin2 精度 0.3mm3 操作方式 手动:正反向点动自动: 一次送棍剪切（三） 电机以及变频器容量的选择由于本次设计采用单独交流电机拖动，其参数设置如下：交流感应电机：额定功率：37kw ； 额定电压：380v ；额定电流：69.9a ；额定功率因数：0.87 ；额定效率0.925：额定频率：50hz；额定转速：1480r/min对于现场己使用或已选定的电动机，需要选配相应的变频器，在一台变频器驱动一台电机的情况下，变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的额定电流，或者是变频器所适配的电动机功率大于当前该电动机的功率。定尺剪工艺需要电机连续恒负载运转，其所需的变频器容量(kva)的计算式如下: (1-1) (1-2) (1-3)式中： 负载所要求的电动机的轴输出功率；电动机的效率；电动机的功率因数；电动机电压(v)；电动机电流(a)，工频电源时的电流； 电流波形的修正系数； 变频器的额定容量(kva)；变频器的额定电流(a)；将以上电动机参数带入式1-2，1-3中可得变频器容量： =50.4kw由于要考虑到一定的余量：所以选择60kw。 =76.9所以选变频器额定电流为：80a第2章 定尺剪交-直-交变频工作方式在宽厚板控制系统中功率部分才用的是西门子master drives vc控制系统功率部分采用了交一直一交变频工作方式方式。交-直-交变频器由整流环节、直流环节和逆变环节3部分构成。在该系统中交-直-交变频器的结构图如下：控制频率控制电压cvcfacdcac(vv)可控整流器(vf)逆变器图2-1 定尺剪交直交变频器的结构图从上图可以看出其控制电压是对整流器的控制，并非从直流环节上通过对直流斩波器的控制来对电压控制，也并不是从逆变器上通过pwm脉宽调制来控制电压。在定尺剪变频控制装置中，整流电路采用三相全控整流电路，然后直流电源再经过逆变器变为电压频率可调的直流电源。其中整流、再生反馈和逆变部分的控制系统afe和cuvc控制板又分别由基础自动化级simatic-plc来进行控制，plc根据生产的需要，编写好程序，设定整流和逆变控制系统的目标值。由于在此变频矢量控制系统中变频器由模块化及高性能系统元件组成，因此simovert masterdrives可设计成将三相交流电网上的变频器接到直流母线的逆变器，采用整流单元或整流/回馈单元向直流母线供电。2.1 整流环节 由于在宽厚板定尺剪控制系统中采用的是模块化设计，即就是将来自电网的工频50hz的交流电源通过整流/回馈单元（active front end）部分的整流器转换成直流电源。其工作电路如下图： 图2-2 三相6脉动晶闸管桥整流电路整流环节6个晶闸管构成三相桥式可控整流电路，采用自然换相这六个晶闸管的导通顺序是：(vt1 ， vt2)， (vt2， vt3) ， (vt3 ， vt4) ， (vt4， vt5) ， （vt5 ， vt6） ， (vt6 vt1)；整流电路的作用是:将三相交流电整流成幅值可调的直流电压即中间回路电压 ，其中，中间电压的幅值的调节是通过调节晶闸管的控制角的大小来实现的，角越小，中间回路电压就越大，两者的关系用公式表示三相桥式可控整流电路接电感型负载： =2.34u2cos （2-1）它将三相交流电源变成可调直流电压，这个直流电压调节给三相交流电源侧叠加一个快速矢量控制，这个矢量控制发送给电网一个近似正弦波的电流。因而，在电网净化滤波器的帮助下，电网保持一个很小的扰动。2.2 直流环节在定尺剪控制系统中，当电机启动后开始送料，即经过整流器的直流电压稳定，该电压称作中间回路电压，由于此电压不受交流电网电压的影响，保持定值，同时，在此直流环节上有电容模块，在宽厚板送料过程中，如果突然出现短时电源故障，电容模块能够短时进行能量缓冲，其产生的能量可以使定尺剪切过程缓慢停车，从而避免损坏设备。其缓冲能量可用以下公式计算： w=1/2*c（ -） （2-2） 电容模块的有效电容为5.1mf 缓冲开始时的中间回路电压; 缓冲结束时的中间回路电压；对于定尺剪控制系统，采用的是6se70系列变频器，其功率由第一章，1-2式得60kw ，也就是用此能量可缓冲约2000ms。同时，为了要求宽厚板在辊道上平稳运行，既要保证电网电压干扰少，所以直流环节cf为直流侧采用大电容，能够滤除高频谐波，可使直流电压vd的波形更为平直。因为直流环节中并接大电容，所以这种变频器属于电压源型变频器。同时在直流环节应加一个保护装置，过电流保护装置，保护整流/回馈单元。在电网换向整流器，当在回馈工作时，如出现电网低电压或电网电压瞬时跌落时导致电流过大，熔断器烧断。也许造成设备较长的停车时间。为了避免出现这种情况，用一个过电流保护装置同整流/回馈单元相连接。它通过二极管和一个三极管组成的保护电路使中间回路电流下降来避免烧坏熔断器。2.3 逆变器环节 由于在该西门子变频控制系统中采用模块化设计，其闭环控制单元cuvc主要是对频率的控制以及对逆变器的控制，逆变环节vt1vt6构成三相桥式逆变电路，其电路图如下:图2-3 三相桥式逆变电路逆变电路的作用是：将直流电逆变成频率可调的三相交流电。vd1vd6：构成续流二极管。在分析逆变器的工作时，通常要分析他的2种工作状态，即稳定工作状态和换相过程，两者相比，稳定工作状态持续的时间很长。在换相过程中，希望逆变管vt1vt6能够顺利快速的换向，而不出什么差错。每个周期共有6个工作状态，采用180导电型。每个工作状态都有3个晶闸管同时导通，持 续时间为60。这6个工作状态分别是：（vt1，vt2，vt3）、（vt2，vt3，vt 4）、（vt3，vt4，vt5）、（vt4，vt5，vt6）、（vt5，vt6,vt1），（vt6，vt1，vt2）当整流管vt1vt6的控制角不变时，的大小就不变。2.4 中间回路环节在宽厚板定尺剪控制中，当设定长度等于测量长度时，输出为零,电机停转，在此过程中为了保证电机迅速制动，通过带熔断器的刀熔开关，预充电电阻和耦合接触器，将逆变器接到直流母线上，耦合接触器由逆变器的电子板控制。因而，逆变器能在直流母线有电压时，能够接入或脱开。在配置时应当确保，在运行时耦合接触器不能打开，即确保给接触器线圈供电的控制电源不能出故障。 图 2-4 中间回路原理图整体电路评价，在宽厚板定尺剪交-直-交变频控制系统中,由于电容模块的存在,所以电路采用电压型变频方式，其整流回馈单元afe板完成对整流器的控制以及对电网电压的预充电功能,闭环控制单元cuvc板 完成对逆变器的控制,以及中间回路电源完成直流母线和逆变器的连接.第3章 宽厚板定尺剪控制系统模拟调节环节在宽厚板矢量控制中，三相交流感应电机外加电压由可控硅装置供电，交流数字测速机测得电机转速通过速度反馈给速度调节器，在与给定值比较，经过转矩调节送入pi调解器，输出电压信号在与从变频器中间回路过来得电压比较和校正，输出的信号驱动触发装置，由触发装置改变绝缘栅双极晶体管（igbt）导通状态，完成对电机速度调节，从而完成对电机的闭环控制。由于三相感应电机数学模型是一个高阶，非线性，强耦合的多变量模型，之所以采用转矩调节，是因为其有助于解耦，为了少受磁链变化的影响，抑制磁链的扰动。3.1 定尺剪矢量控制下的模拟调节环节 系统中采用西门子交流调速控制系统 ,由于模拟调节环节采用模块化设计，所以准确度相比直流调速系统要高，同时定尺剪夹送辊采用上辊电气控制，下辊机械联动的方式，使控制精度进一步提高。在夹送辊送料过程中,通过闭环测速机测得三相交流感应电机转速/位置信号,以及从逆变器中的d/a转换器出来的电流/电压信号同时与给定值比较,然后送入比例积分调节器进行调节，调节后达到给定值。对于宽厚板定尺剪得速度以及电流调节方式中，其主要是对夹送棍速度的电气控制，其中位于定尺剪人口的夹送辊装置，夹送辊包括移动和固定，位于辊道两侧。两个移动夹送辊可根据钢板宽度进行调整，其中下辊通过连接轴实现机械同步，上辊则由电气控制实现同步。上辊驱动电机是1台5 kw交流感应电机。以下是其模拟调节的控制原理图： 图3- 1 宽厚板定尺剪模拟调节控制原理图该定尺剪控制中，矢量控制仅可用于异步电动机的单独传动。使用这种型式的闭环控制可达到同直流传动相媲美的动态特性。它能够精确地确定并控制转矩和磁通的电流分量，利用矢量控制能够维持参考转矩并能进行有效的限制。带测速机的v/ f特性具有速度闭环控制的频率控制，用于驱动单独传动的异步电动机。来自模拟测速发电机的转速实际值通过模拟量输入口而一个2通道增量式编码器通过增量式编码器的输入口来检测。根据编码器反馈的电机实际数值，使用转速、磁通和转矩调节器进行调节，由给定值与实际值的差值，通过pi控制器进行放大和积分，调节之后达到给定值，满足生产的要求。3.2 主电路参数计算整流电压的计算3.2.1本系统采用的是可控硅三相桥式整流电路本系统采用可控硅三相整流电路,当电流断续时,其中间回路直流电源的电动势为: （3-1）其中是三相交流相电压有效值.e是电动机反电动势,它等于,是转速.是触发角,是导通角, 小于一般讲是,的复杂函数.再一定范围内只与有关,与或几乎无关.在动态过程中若忽略给定信号改变时微量变化对值得影响,则可以是被认为常数.在此条件下上式可改写成: （3-2） 其中 或 （3-3） （3-4） 或 （3-5） （3-6） 事实上是周期内可控硅不导通时反电动势e对的贡献;周期内可控硅导通时三相交流电压对的贡献.而且只有导通时的值能影响,使大于小与或等于,是负载力矩对应德电流.这里r是电枢回路真实电阻, 不允许大幅度变化 .3.2.2交流感应电机参数计算1 定子边绕组漏阻抗： （3-7）其中是电机定子边漏电阻，是电机定子边漏电抗2 转子边绕组漏阻抗的折合值： ， （3-8）其中是电机转子边漏电阻的折合值，是电机转子边漏电抗的折合值3 电机励磁阻抗:， （3-9）其中是电机励磁电阻，是电机励磁电抗以上三组参数计算方法如下：其中，为转子绕组短路定子边阻抗，一般从0.4上升，为定子电流，定子输入功率为，为转子绕组短路定子边电阻。为电机空载时阻抗，为电动机的端电压，为空载电流，为空载功率，为机械损耗，为空载时的电阻，为空载时的电抗=6.6 （3-10）=0.94 （3-11） (3-12) =3.29 (3-13)=6.58-0.5=6.08 (3-14) (3-15) (3-16) (3-17)由于 (3-18) 3.2.3 交流感应电机的动态数学模型感应电机的数学模型可由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成：a.电压方程式三相定子绕组电压方程式为 (3-19)三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程式为 (3-20)上式若以微分算子p代替，且用矩阵形式，则可以表示为： (3-21)b.磁链方程式每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其他绕组对它的互感磁链之和，可表达为: (3-22)c 转矩方程式 (3-23)d.运动方程式 (3-24)e.三相异步电机的数学模型将前述式归纳在一起，便构成了恒转矩负载下三相异步电机多变量数学模型: (3-25) (3-26) (3-27)坐标变换的思路是将交流电机的物理模型等效地变换成类似的直流电机的模型，然后在模仿直流电机进行控制，问题就可以大大地简化了。在这里，不同的电机模型的等效原则是:在不同坐标系下产生的磁动势相同。交流电机的三相对称的静止绕组a.b.c.通过三相平衡的正弦电流, 时所产生的合成磁动势是旋转磁动势f，它在空间呈正弦分布，并以同步转速,沿着a-b-c相序旋转，物理模型如图3-4a所示： 图3-4 等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型从三相静止到两相静止的坐标变换(clarke变换),根据产生相同磁动势的原则，可用简单的三角函数关系推出三相静止坐标系a. b. c到二相静止坐标系a,的坐标变换，变换时假设a轴和a轴重合，并且服从于功率不变的约束条件。图3-5 从三相静止到两相静止的坐标变换图 clarke变换示意图如图3-5所示，由图2-.3根据数学关系可以推出: (3-28) 其中三相/两相变换阵为 (3-29) 这个变换使系统方程由三相系统变为两相正交系统，但两相电流仍为时变量。感应电机在两相静止坐标系(，）下的数学模型将三相异步电机的数学模型公式经clarke变换后，设坐标轴相对于定子的转速为。则(，)坐标系下的数学模型为: 1 电压方程 (3-30)2 磁链方程 (3-31)3 转矩方程 (3-32)4 运动方程 (3-33)将三相异步电机的数学模型转化为两相静止的数学模型，即等效地变换成类似的直流电动机的模型，分析可大大简化。3.3交流感应电机的起制动要实现交流感应电机的快速启动，必须使夹送辊感应矢量控制得当，即就是希望电流波形填充系数高，既在整个启动过程中电机外加电压和电机反电动势e之差保持恒定，既要控制随e的增加而按比例增加。在=0是，加到电极的外加电压应能提供启动所需的初始电流，既=r（其中r为电枢电路总电阻）对于非恒流起制动（限幅变化 ）摩擦力矩与n成正比， 模拟调节环节内部结构图如下所示:模拟调节器包括误差放大和电流模拟运算两部分功能组成，误差放大由，,完成，其输出对应与。由于本装置工作在电流脉动状态。-采用前馈电流控制，为pi调节器，工作过程分析如下表：表3-1 电机正反转状态表转向正向00反向0上表中电机正转时二极管导通，关断,电机反转时二极管关断，导通。图3-6 模拟调节环节结构正向起动时 0 0 ,值为，二极管导通关断。正向制动时 0 0 0 0 0，值为，二极管导通关断。反向制动时0 0 ，值为，二极管导通关断。1 表中反映摩擦力矩，启动时0，制动时02 电网电压不大，影响电路不大，是非线形的 ，3 由于电路中测速反馈器是反向端，所以当电机正向转动时，0，电机反向时，0。第4章 数字调节环节数字调节环节是对钢带的位置进行调节，是定尺剪控制系统位置控制单元，它主要是保证钢带定位的精度，我们采用的是s7-300,s7-300可以与simatic组态工具配套使用，从而可以进行高效率的配置和编程,尤其是应用于工程量较大的广泛的自动化解决方案中。例如：高级语言scl和用于顺序控制、状态图和面向工艺的图形组态工具等。4.1 系统硬件及软件组成 钢带定尺剪西门子矢量控制系统如下图一所示，当系统启动时，交流电机带动传动系统装置启动。当到达定长长度时，电机停转，进行剪切，剪切完毕后，送料辊再次送料，这个过程反复进行。钢带的送料速度由活套控制，s7-400系列中计数器板用来接受光电编码器发出的脉冲信息。 增量式旋转编码器是一个速度检测装置，其一端与电机转轴直接机械连接，另一端输出脉冲信号连接至西门子变频调速的cuvc单元和plc。模拟量输入单元接收操作台按钮，剪机位置信号，料坑信息等输入量，模拟输出单元用来控制剪机动作。数字量输入单元与变频调速系统中的cuvc数字量接口相连，用来设定经常变化的带钢长，数字量输出单元外接数码显示管，用来显示设定值。光电编码器是利用光电转换原理，将代表钢带长度的位移量转化为脉冲量，由计数器记录。这些脉冲数就代表长度值，光电编码器每转一转就发送1024个脉冲。光电编码器共有三种输入方式：1)相位脉冲输入2)脉冲+方向输入3)加减脉冲输入本系统采用相位脉冲（x4）输入，既光电编码器每转一圈输出4096个脉冲下图为plc系统整体组成图:图4-1 plc系统下定尺剪整体组成图为了达到宽厚板可靠的形状跟踪，以及其剪切精度的要求，同时为了实现工厂可靠的分布式控制和大范围的各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务 ，本次设计主要采用西门子交流调速系统和s7-400系列可编程控制器两部分控制。4.1.1 西门子交流调速系统硬件结构1)afe整流/回馈单元(电源换向)向逆变器的直流母线供电，它不仅由三相交流电源取得电动状态的能量，而且能将直流母线上的发电状态能量送回电网，故能完成最佳的能量转换，因为afe 系统使电网没有谐波，故网侧电流比较小，因而网侧元件的尺寸也比通常系统的所用元件尺寸小，这也是采用afe整流回馈单元的目的之一。同时通过afe系统的加强的控制能力获得最佳的系统利用，因为中间回路电压与电网电压无关而保持恒定，因而系统逆变器和电机电流额定值也比较小。对低电压的有效性：在短时间，如1m,250mv/1m,0-20ma /50 电压输入时容许的最大输入电压18v，电流输入时容许的最大输入电流40 ma，传感器信号连接时用于电流测量可以用- 2 线变送器或-4线变送器用于电阻测量可以用- 2 端连接也可以用- 3 端连接也可以用- 4 端连接用于simatic s7-400 的模拟量输入，用于连接电压和电流传感器、热电偶、电阻器和热电阻， 分辨率为13 到16 位，模拟量输入模板将从过程来的模拟量信号转换成s7-400内部处理用的数字量信号。电压和电流传感器、热电偶、电阻器和热电阻可作为传感器连接到s7-200。2） 模拟量输出模板表4-5 模拟量输出模板规格型号表名称型号规范6se7432sm模拟量输出模板6se7432sm-1hf00-0ab0用于电压和电流测量的输出点数8个，用于电阻测量的输入点数4个。额定电压24vdc。电压输出范围：10v，0-10v，1-5v，电流输出范围：20ma，0-20 ma ,4-20 ma , 电压输出最小负载阻抗：1k，电流输出最大负载阻抗： 500，有电容负载最大负载阻抗：1，有电流输出短路保护，短路电流约为25 ma ,电压输出开路电压最大18v。分辨率13bits,每通道的最大转换时间：420。基本误差限制：电压：0.2%，电流0.3%，功率最大损失：9w。 用于simatic s7-400 的模拟量输出，用于连接模拟量执行器，模拟量输出模板将从s7-400来的数字量转换为过程用的模拟量信号。d 计数器模板表4-6 计数器模板规格型号表名称型号 规范计数器模板fm450-1计数范围：32位或31位，可连接的增量型编码器，5v-rs422，对称的2脉冲序列，24v不对称，24v方向传感器，24v起始器。5v-rs422最大计数频率：500k，24v编码器最大200k，数字量输入，每通道点数：为1，数字量输出，每通道点数为2。允许的电位差75dc，60vac。编码器供电最大5.2v和24v时电流为300ma , 用于简单计数任务的双通道智能计数模板，直接连接到增量型编码器，可定义两个值的比较功能，达到比较值时，模板上的数字量输出点输出相应的信号，fm 450-1 是智能的、单通道计数器模板，用于简单的计数任务。它可用simatics7-400 中。模板减轻了cpu 的负担，由于：每通道直接连接一个增量型编码器，通过集成的数字量输入模块直接连接门信号（光栅栏等），通过集成的数字量输出模块实现比较功能和输出响应信号。e 定位模板表4-7 定位模板规格型号表名称型号规范定位模板fm451供电电压为24vdc，电流消耗为550ma ，位置编码器的最大电流消耗为300ma ，位置编码器的供电电压为5v或24v，根据din 40050 的保护等级 ip 20，重量，约 1.3 kg，增量型位置编码器可连接的编码器有ttl 正交信号的编码器，有不对称输入的编码器，输入电压 24 v，输入最大频率：50 khz，25 m；25 khz，100m，同步串行位置编码器可连接的编码器ssi的单圈或多圈编码器。三通道定位模板用于快速移动/爬行速度驱动，用于电机控制，每通道为4 数字量输出，增量型或同步序列的位置编码，三通道fm 451 定位模板处理快速移动/爬行速度驱动的机械轴的调节。该模板设计用于调节轴和设置轴的定位。最好是通过接触器或变频器来控制标准电动机。定位功能为：1 设置通过按钮操作快速移动/爬行速度轴的移动（微动模式）；2 绝对增量模式，将轴移动到一个绝对值的目标位置。所需的数值存储在fm 451 的表中；3 相对增量模式，以指定的位移来移动轴 ；4 基准点的趋近；当使用增量型编码器时，使plc 的切换同步。特殊功能为设定实际值；设定基准点；删除要移动的距离值。4.1.3 uss协议及step7系统s7-400 控制 micro master 变频器的标准 uss 协议指令uss 协议指令是 step7- v5.3软件工具包一个组成部分，step 7-v5.3 软件工具包通过专为 uss 协议通信而设计的预配置子程序和中断程序使 micro master 变频器的控制更为方便这些程序在step 7-micro/win 指令树的库文件夹中作为指令出现的使用这些新指令可控制变频器和读/写变频器参数，当你选择 uss 协议指令时会自动添加一个或几个有关的子程序 (uss 1 至 uss 7) 而不需编程者的参与。uss 协议指令应用以下资源:l a)端口 0: 当端口 0 用于 uss 协议通信时它不能再用于其它目的包括与 step 7-micro/win 的通信uss_init 指令控制端口 0 分配给uss 协议或 ppi 一旦端口 0分配给 uss 使用只有通过其它 uss_init 指令的程序再分配或将mode开关置于在 stop 才能重新用于 step 7-micro/win 通信停止与变频器的通信会导致变频器停止工作建议在 uss 协议应用程序的程序开发过程中开发者应用一个cpu或em 277 profibus dp与 pc 中的一个 profibus cp 卡一起使用当uss协议运行时这样做能提供第二个通信端口用于监视 step 7-micro/win 应用程序。l b)在端口0上与自由端口通信有关的所有sm位置都会受uss协议指令的影响。l c)用户程序空间除了被每个指令占用的空间外尚有由uss协议程序所占用的最多为1750字节的用户程序空间开销。l d)v存储器一个从用户分配的存储单元开始的v存储器的400字节程序块是为uss变量保存的一个从用户分配的存储单元开始的16字节通信缓冲区是某些指令所需要的建议为uss协议指令的每个实例分配一个唯一的缓冲区.l e) 9个子例行程序和3个中断都取自uss协议硬件组态编程语言simatic 管理器通讯组态硬件诊断符号编辑器图4-7 step 7 标准软件包4.2 s7-400plc与变频器的通信4.2.1 变频器设置由于该定尺剪控制中使用的是三相交流感应电机，针对电机参数变频器在通讯时必须对参数设置步骤如下：将变频器连接到 plc 之前必须确认变频器已有以下的系统参数使用变频器小键盘设定参数1. 将变频器复位到工厂设定值可选的按 p944=1。2. 允许读/写所有参数按 p009=33. 检查变频器的电动机设定值按 p 键输入参数:p081=电动机的额定频率50hzp082=电动机的额定速度1480r/minp083=电动机的额定电流69.9ap084=电动机的额定电压380vp085=电动机的额定功率37kw4. 设定就地/远程控制方式按 p910=1远程控制方式5. 设定 rs-485 串行接口的波特率按 p 键按向上或向下箭头键直到显示出p092按 p 键输入参数按向上或向下箭头键直到显示器显示出与你的 rs-485 串行接口相对应的波特率数字为止按 p 键输入参数,p092 3 为1200波特；4 为2400波特；5 为4800波特；6 为9600波特缺省值；7 为19200波特。6. 输入从站地址每个变频器最大31 按 p 键输入，p091=17. 增速时间可选的这是以秒表示的电动机加速到最大频率所需的时间按 p002=0-650.008. 斜坡减速时间任选这是以秒表示的电动机减速到完全停止的需要的时间按p003=0-650.009. 串行链路超时这是二个输入数据报文之间的最大允许时间间隔这一特性用于通信发生故障时断开变频器收到了有效