6ES7288-3AM03-0AA0

ANALOG I/O EM AM03, 2AI/1AO

技術數據

		SIMATIC S7-200 SMART， 模擬 I/O EM AM03，2AI/1AO， 0..10V，0..5V，0/4..20mA，+/-5V， +/-2.5V，12 Bit 分辨率 或 4...20mA，+/-10V， 11 Bit 分辨率
一般信息
產品類型標志		SM AM03，AI 2x12 bit，AQ 1x11 bit
尺寸
寬度		45 mm
高度		100 mm
深度		81 mm
重量
重量，約		172 g

運動控制

三軸 100 kHz 高速脈沖輸出，實現精確定位

運動控制基本功能

· 標準型晶體管輸出CPU 模塊，ST40/S T60 提供3 軸100 kHz高速脈沖輸出，支持PWM（脈寬調制）和PTO 脈沖輸出

· 在PWM 方式中，輸出脈沖的周期是固定的，脈沖的寬度或占空比由程序來調節(jié)，可以調節(jié)電機速度、閥門開度等

· 在PTO 方式（運動控制）中，輸出脈沖可以組態(tài)為多種工作模式，包括自動尋找原點，可實現對步進電機或伺服電機的控制，達到調速和定位的目的

· CPU 本體上的Q0.0，Q0.1 和Q0.3 可組態(tài)為PWM 輸出或高速脈沖輸出，均可通過向導設置完成上述功能

PWM 和運動控制向導設置

為了簡化您應用程序中位控功能的使用，STEP7- Micro/WIN SMART 提供的位控向導可以幫助您在幾分鐘內全部完成PWM、PTO 的組態(tài)。該向導可以生成位控指令，您可以用這些指令在您的應用程序中對速度和位置進行動態(tài)控制。

PWM 向導設置根據用戶選擇的PWM 脈沖個數，生成相應的PWMx_R UN 子程序框架用于編輯。

運動控制向導最多提供3 軸脈沖輸出的設置，脈沖輸出速度從2 0 H z 到1 0 0 k H z 可調。

運動控制功能特點

· 提供可組態(tài)的測量系統(tǒng)，輸入數據時既可以使用工程單位（如英寸或厘米），也可以使用脈沖數

· 提供可組態(tài)的反沖補償

· 支持、相對和手動位控模式

· 支持連續(xù)操作

· 提供多達32 組運動動包絡，每組包絡最多可設置16 種速度

· 提供4 種不同的參考點尋找模式，每種模式都可對起始的尋找方向和最終的接近方向進行選擇

運動控制的監(jiān)控

為了幫助用戶開發(fā)運動控制方案，S TEP 7- Micro/WIN SMART 提供運動控制面板。其中的操作、組態(tài)和包絡組態(tài)的設置使用戶在開發(fā)過程的啟動和測試階段就能輕松監(jiān)控運動控制功能的操作。

· 使用運動控制面板可以驗證運動控制功能接線是否正確，可以調整組態(tài)數據并測試每個移動包絡

· 顯示位控操作的當前速度、當前位置和當前方向，以及輸入和輸出LED（脈沖LED 除外）的狀態(tài)

· 查看修改在CPU 模塊中存儲的位控操作的組態(tài)設置

應用案例：

套標機作為后段包裝技術含量較高的設備之一，適合各種容器瓶、罐、各種形狀及材料的收縮膜包裝 ( 如食品、飲料、制藥等行業(yè)中各式塑料瓶、玻璃瓶、PVC、鐵罐等容器 )，可與生產線全面連線作業(yè)或單機作業(yè)，對空瓶或填充后均可進行包裝。套標機的出現實現了全自動快速包裝，大幅降低了人工費用，同時提升了包裝效果。傳統(tǒng)套標機主要以單機頭為主，能夠滿足瓶身單次套一個標的需求，但在瓶口和瓶身都需要套標的情況下，就需要兩臺套標機，一方面造成安裝空間過大，另一方面與其他工藝段連接也不方便。而雙機頭套標機則可以有效的解決以上問題，減少了安裝空間，也降低了成本。雙機頭套標機的工藝需求較為復雜，涉及到 4 個軸的伺服控制 ( 兩個送標，兩個切標 ) 及 1 路高速計數 ( 螺桿轉速檢測 )。本系統(tǒng)采用兩個西門子 S7-200 SMART CPU 模塊分別去控制兩個軸，CPU 模塊之間采用Modbus RTU 通訊，并采用 SMARTLINE 觸摸屏對系統(tǒng)參數進行配置。一體化的 SMART 解決方案優(yōu)化了機器性能，生產效率達 18000 瓶 / 小時，控制精度達到 ±1mm。

雙機頭套標機的工藝主要分為瓶身套標和瓶口套標兩個部分。在分瓶螺桿將輸送帶上的待套瓶按一定間距分開后，設備就進入到瓶身套標工藝段。當瓶身待套區(qū)域檢測電眼檢測到來瓶時，瓶身切標伺服被觸發(fā)動作，切標完成后刷標電機將標簽快速刷下并套瓶，同時瓶身送標伺服啟動，將固定長度 ( 定長切 ) 或分段長度 ( 色標檢測長度 ) 送入待切區(qū)域準備下一次切標。瓶身毛刷將瓶身標簽整理齊，主輸送帶將瓶送到瓶口套標的工藝段，當瓶口待套區(qū)域檢測到來瓶時，瓶口的切標伺服開始動作，工藝流程與瓶身套標一致，當瓶口套標完成后，輸送機將套好的瓶子送入熱收縮箱進行縮緊定型。雙機頭套標機工藝流程如圖 1 所示。

SMART 解決方案雙機頭套標機要求 4 個伺服定位過程，而且對定位的精度要求較高。目前面向經濟型 OEM市場的 PLC 基本上只集成 2 路 100KHz的 PTO 功能，無法通過 1 臺 PLC 滿足工藝要求。另外，該設備的 I/O 點數較多，為 23DI，38DO。為了降低成本，選型時希望通過 CPU 模塊標配集成的I/O 滿足要求，而不使用擴展模塊。因此選用 2 臺西門子 S7-200 SMART PLC作為主控單元，每臺 PLC 本體集成 3路 100KHz 的 PTO 輸出，滿足設備中 4路 100KHz 的 PTO 輸出要求，PLC 之間通過 Modbus RTU 通訊的方式實現瓶身和瓶口套標過程的配合。

SMART LINE 觸摸屏本體集成以太網接口，可連接3 臺 S7-200 SMART 控制器。在本項目中，SMART LINE使用普通的網線與兩臺 S7-200 SMART 相連，可直接操作兩臺 PLC。硬件配置如附表所示。系統(tǒng)架構如圖 2 所示。附表 電控系統(tǒng)方案配置

4 編程設計根據雙機頭套標機的工藝流程及使用到的PLC功能，PLC 程序開發(fā)分為三個部分：螺桿速度采集，切、送標的伺服控制以及 PLC 之間的通訊。4.1 螺桿速度采集通過一路高速計數器測量螺桿的轉速脈沖，利用系統(tǒng)的定時中斷，每隔 50ms 采樣一次當前計數器的值，算出兩次脈沖的差值，折算成螺桿轉速 ( 轉 / 分鐘 )。螺桿轉速 =(S2-S1)×1000×60/50(S1：上次脈沖數；S2：本次脈沖數 )，生產速度 = 螺桿轉速 /20( 瓶 / 分鐘 )。4.2 切標伺服控制切標控制時，伺服信號的給定采用脈沖 + 方向的方式。由于伺服驅動器選擇了 1000 脈沖轉一圈，并且伺服電機速度是 4500 轉 / 分鐘，可以計算得出速度=4500×1000/60=75000 脈沖 /s。根據多次的測試，加減時間設置成 0.2s。由于切刀的性能要求是速度快，對位置

要求不高，所以采用速度模式。通過刀盤電眼檢測刀盤進入凹槽區(qū)，確認切標完成，同時觸發(fā)送標啟動。4.3 送標伺服控制送標控制可采用定長切和分段切兩種模式。(1) 定長切。即每次切的標簽長度固定，只需走固定距離就可以，因此采樣相對定位。通過向導生成運動控制子程序，在主程序中調用 GOTO 子程序，將 MODE 設置成 1 即為相對定位。(2) 分段切。通過色標傳感器檢測標簽的透明段進行區(qū)分每段的距離。因為每次標簽的實際長度不是固定的，所以采用速度模式，檢測到透明短時停送標，GOTO 子程序，將 MODE 設置成 2，即為速度模式。4.4 通訊功能由于主輸送帶和螺桿由一臺 PLC(ST60) 控制，另一臺 PLC(ST40) 需要獲取其狀態(tài)，所以兩臺 PLC 采用Modbus RTU 協(xié)議進行通信，本系統(tǒng)中采用 ST60 做主站，ST40 做從站。ST60 調 用 MODBUS 主 站 庫， 初 始 化 波 特 率 為9600，偶校驗，選擇口 0，超時檢測設為 1s。然后分時調用 MBUS_MSG，作為讀和寫，讀寫周期為 300ms。通訊模塊編程分別如圖 3~7 所示。

4.5 HMI 畫面設計觸摸屏主要由主界面、瓶身操作界面、瓶身參數界面、瓶口操作界面、瓶口參數界面組成。(1) 主界面：顯示廠家的基本信息，如廠家名稱，地址，電話；(2) 瓶身操作界面：機頭升降 ( 調試功能 )、分瓶啟停、帶瓶啟停、主輸送帶啟停、刷標啟停、毛刷啟停、主機啟動、主機停止。(3) 瓶身參數界面：送標位置與速度設置，切標位置與速度設置。瓶口操作界面和參數界面與瓶身相同。除上述界面之外，還有高級設置登錄界面和高級參數設置界面，部分操作畫面如圖 8 所示。

西門子小型 PLC S7-200 SMART集成了強大的運動控制功能，同時提供了簡單易用的向導，設置完畢后可自動生成相應子程序，自動、手動、點動、運行、相對運動、速度模式、尋零、走包絡等等。本案例中，調用 GOTO 子程序，只需要修改 MODE 的值就可以切換運動模式。在通訊方面，PLC 軟件中自帶的 MODBUS 主從站庫，直接調用，分配存儲區(qū)，實現 MODBUS RTU 的通訊非常便利。由于 RS485 是半雙工的，所以需要分時進行讀寫操作。