西门子AI 4：模拟量输出模块6ES7531-7QD00-0AB0

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本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个的30kHz高速计数器，2路的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个的30kHz高速计数器，2路的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和通讯能力。

I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序和数据存储空间，6个的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个的30kHz高速计数器，2路的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制。

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*处理单元

3 个快速计数器 (100 kHz)，带有可参数化的使能和复位输入，可以同时用作带有单独输入的加减计数器，或用于连接增量型编码器。

安装简单方便

《S7-1200》所有的 SIMATIC 《S7-1200》 硬件都具有内置安装夹，能够方便地安装在一个标准的 35 mm DIN 导轨上。这些内置的安装夹可以咬合到某个伸出位置，以便在需要进行背板悬挂安装时提供安装孔。SIMATIC 《S7-1200》 硬件可进行竖直安装或水平安装。这些特性为用户安装 PLC 提供了的灵活性，同时也使得 SIMATIC 《S7-1200》成为众多应用场合的理想选择。

《S7-1200》可拆卸的端子   所有的 SIMATIC 《S7-1200》 硬件都配备了可拆卸的端子板。因此只需要进行一次接线即可，从而在项目的启动和调试阶段节省了宝贵的时间。除此之外，它还简化了硬件组件的更换过程。 

紧凑的结构

    《S7-1200》所有的 SIMATIC《S7-1200》 硬件在设计时都力求紧凑，以节省在控制柜中的安装占用空间。例如，《CPU 1214C》 的宽度仅有 110 mm，《CPU 1212C》 和《 CPU 1211C》 的宽度也仅有 90 mm。通讯模块和信号模块的体积也十分小巧，使得这个紧凑的模块化系统大大节省了空间，从而在安装过程中为您提供了的效率和灵活性。 

《S7-1200》通讯模块

    SIMATIC 《S7-1200》 CPU ***多可以添加三个通讯模块。RS485和 RS232 通讯模块为点到点的串行通讯提供连接。对该通讯的组态和编程采用了扩展指令或库功能、USS 驱动协议、Modbus RTU 主站和从站协议，它们都包含在 SIMATIC STEP 7 Basic 工程组态系统中。 

《S7-1200》存储器

    为用户指令和数据提供高达50 KB 的共用工作内存。同时还提供了高达 2 MB 的集成装载内存和 2 KB 的掉电保持内存。

SIMATIC 存储卡可选，通过不同的设置可用作编程卡，传送卡和硬件更新卡三种功能。通过它可以方便地将程序传输至多个《S7-1200》 CPU。该卡还可以用来存储各种文件或更新控制器系统的固件。

《S7-1200》集成 PROFINET 接口

   《S7-1200》集成的 PROFINET 接口用于编程、HMI 通讯和 PLC 间的通讯。此外它还通过开放的以太网协议支持与第三方设备的通讯。该接口带一个具有自动交叉网线（auto-cross-over）功能的 RJ45 连接器，提供 10/100Mbit/s 的数据传输速率，支持以下协议：TCP/IP native、ISO-on-TCP 和 S7 通讯。

   《S7-1200》的连接数为 15 个连接，其中：

? 3个连接用于 HMI 与 CPU 的通讯

? 1个连接用于编程设备（PG）与 CPU 的通讯

? 8个连接用于 Open IE（TCP，ISO-on-TCP）的编程通信，使用T-block 指令来实现，可用于《S7-1200》  之间的通讯，《S7-1200》  与《S7-300/400》 的通讯

? 3个连接用于 S7 通讯的服务器端连接，可以实现与 《S7-200》，《S7-300/400》 的以太网 S7 通讯

《S7-1200》集成以太网接口

   《S7-1200》 集成的以太网接口用于《S7-1200》与人机界面的连接、《S7-1200》 CPU与《S7-1200》 CPU的连接，通过开放的以太网协议与第三方设备通讯，可以使用STEP 7 T-send/ T-receive指令来配置通讯。在工程间，人机界面操作面板和控制器之间可以非常简单的组网操作。

?1、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？ 

??采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%～200%)。用工频电源直接起动时，起动电流为6～7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.2～1.5倍，起动转矩为70%～120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为以上，可以带全负载起动。 

?? 2、V/f模式是什么意思？ 

??频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答1说明。保持V/f比恒定控制是异步电机变频调速的基本的控制方式，它在控制电机的电源频率变化的同时控制变频器输出的电压，并使二者之比V/f为恒定，从而使电机的磁通保持恒定。在电机额定运行情况下，电机的定子电阻和漏抗的电压降比较小，电机的端电压和电机的感应电势近似相等。 

??V/f比恒定控制存在的主要问题是低速性能较差。其原因一是低速时异步电机定子电阻电压降所占比例变大，已不能忽略，不能再认为定子电压和电机感应电势近似相等，仍按V/f比一定控制已不能保持电机磁通恒定。电机磁通的减小必然造成电机的电磁转矩减小；另外变频器功率器件的死区时间也是影响电机低速性能的重要原因，死区时间造成电压下降同时还会引起转矩脉动，在一定条件下还会引起转速、电流的振荡。 

??V/f比恒定控制常用于通用变频器上。这类变频器主要用于风机、水泵的调速功能，以及对调速范围要求不高的场合。V/f比恒定控制的**优点是可以进行电机的开环速度控制。 

??3、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？ 

??频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而电阻不变，将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。

??因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定的起动转矩,这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。 

??4、所谓开环是什么意思？ 

??给所使用的电机装设速度传感器，将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用速度传感器运转的就叫作“开环”，通用变频器多为开环方式。 1、制动电阻的必要性

如应用中减速时及下降时所产生的再生能量过大，则有变频器内部的主电路电压上升导致损坏的可能。

因为通常变频器中内置有过电压保护功能，检测出主电路过电压（OV）后则停止，不会造成损坏。但是，因在检测出异常后电机

会停止，所以就难于进行稳定的持续运行。

有必要应用制动电阻器/制动电阻器单元/制动单元，将再生能量释放到变频器外部。

（1）再生能量

连接在电机上的负载，在旋转时有动能、在高位置时有势能。电机减速、或负载减小时，该能量会返回到变频器。这种现象称为再生，该能量即称为再生能量。

（2）制动电阻的避免方法

避制动电阻连接的方法有以下的方法。因为避免方法必定会增加减速时间，请研究确认即使减速时间延长也没有问题。

·减速时，防止失速功能生效（出货时的设定中，已设为有效）（为防止主电路过电压的发生，自动地增加减速时间）。

·将减速时间设定得更长。（每单位时间的再生能量减少）。

·选择自由旋转停止。（再生能量不会返回到变频器）。

2、制动电阻的简单选定

根据平常的动作模式中的再生能量产生的时间比率进行简单设定的方法。请按照下述的动作形式计算使用率。

（1）使用率3%ED以下的情况

请选定制动电阻器。与变频器容量相对应的制动电阻器的一览表记载在使用说明书·产品样本中。请根据所使用的变频器连接相应的制动电阻器。（如变频器的容量变大，则可在变频器的散热风扇上安装制动电阻器）。

（2）使用率10%ED以下的情况

请选定制动电阻器。与变频器容量相对应的制动电阻器的一览表记载在使用说明书·产品样本中，请根据所使用的变频器相应的制动电阻器单元。

3、制动电阻的简易选定

用前页的制动电阻的简易选定方法中，**过使用率10%ED时，或者需要非常大的制动转矩时，请按下述的选定方法先计算再生能

量再进行选定。

（1）必要的制动电阻值的计算

注意：制动转矩计算，请根据变频器容量的选定中规定的电机容量的选定进行计算。

（2）平均再生能量的计算

·再生能量在电机旋转方向与转矩方向相反时产生。1个周期的再生能量按以下公式进行计算。

注意：速度以正转方向为正，转矩也以正转方向的转矩为正。

注意：制动转矩计算，请根据变频器容量的选定中规定的电机容量的选定进行计算。

（3）制动电阻的选定

根据左侧所示的必要的制动电阻值及平均再生能量选择制动电阻器单元。

·必要的制动电阻值≥制动电阻器单元的电阻变值≥频器或制动单元的小连接电阻值

·平均再生能量≤制动电阻器单元的容许功率

注意：若连接小于变频器或制动单元的小连接电阻值的电阻，则内部的制动晶体管会发生损坏。必要的制动电阻值以下时，请增大变频器的容量，并更换未具有小于必要的制动电阻值的小连接电阻的变频器或制动单元。

注意：制动单元的情况下，可进行2台以上的并联运行。2台以上运行时的制动电阻值按照以下公式计算。

制动电阻值（Ω）＝ （上述计算的必要的制动电阻值）× （使用台数）

同时，机器人技术在自动化与物流领域获得了非常重要的应用。由于认识到机器人技术的重要性，亚马逊于2012年花费7亿美元建立的Kiva系统已成为仓储自动化的较佳应用实例。此外，由于亚洲的外包项目不再具有价格优势，苹果和联想都将其外包项目转为内包。2011年，特斯拉汽车公司在加利福尼亚开设了自动化程度较高的工厂，进行替代燃料汽车的生产，使其所有的制造业部门都位于美国境内。

　　制造业的增长领域

　　美国联邦商务部与竞争力**分析了大量的公司数据以统计其综合年增长率。各主要工业部门分类的数据如表1所示。

　　美国制造业目前的增长领域包括物流、物料搬运以及机器人技术。鉴于制造业的重要性，考虑如何利用机器人等技术增强美国制造业的实力势在必行。

　　机器人技术的“消费化”

　　许多先进技术都已证明，一旦技术被引入广阔的消费市场，必定会引起创新的增加与成本的降低。较显着的例子就是个人计算机与移动通讯的出现，这两种技术较初都是由于企业的需要而进行研发的。一旦这些技术被引入消费市场，企业投入的研发金额便成倍增加，引发技术的高速发展与成本的显着降低。同时，也将促进大量新兴行业与公司的建立。目前，这些行业内的公司贡献了很大的GDP并且正主宰着美国股市。

　　对机器人以及机器人相关技术市场的培育也会造成类似影响。一个简单的例子就是微软为家庭电脑游戏市场开发的Kinect接口。它在语音与手势互动方面具有优势，使其在数量众多的商业应用中较具卖点。机器人技术“消费化”的另一个好处就是使工人对机器人更加熟悉。当人们习惯于在生活中与机器人进行互动时，才能更加适应与机器人一起工作而不会将其视作威胁。比如，iRobot公司生产的自动真空吸尘器的用户中，有三分之二为他们的吸尘器取了名字，并且有三分之一的消费者承认，他们会带上吸尘器去拜访朋友。

　　制造业的前景

　　今天的美国制造业就像是60年代的数据库技术，只是一个拼凑起来的解决方案，缺乏严格的方法论指导，无法进行科学地创新。1970年，IBM公司的数学家Ted Codd发明了关联代数——一个优雅的数学数据库模型。这项技术得到了美国**的资助，并较终成长为如今140亿美元的数据库产业。如果能够发展出类似的模型，制造业将较大地受益。就像将两个数字相加的方法并不依赖于你所使用的铅笔一样，制造业的抽象模型也与产品是被单独地制造出来还是由生产线组装生产完全无关。

　　由阿兰·图灵于20世纪30年代发明的一个优雅的抽象模型，确立了如今高科技产业的数学与科学基础。与图灵机相比，制造业的抽象模型也将为制造业带来巨大回报。目前，计算机技术与信息科学的发展将使物理制造过程模型化、使研究人员“将图灵机带进制造业”成为可能。其较终的结果会像数据库及计算机一样，使美国制造业所生产的产品具有更高质量、更好的可靠性，更低的成本，并可更快交付。

　　研究流程

　　美国制造业技术路线图描述了制造业通过发展一系列机器人的基础性技术使其关键能力得到发展的前景。每一项关键能力都由一个或多个在制造业中广泛应用的技术发展而来(如图1)。

　　具有前景的研究方向

　　要实现上一段中描述并列举的影响制造业的关键能力，需要图1中左边**列所给出的一系列基础技术的研发。上述技术将在下文中与具有前景的研究方向一起简单的描述。需要注意的是，一项基础技术能够对不止一项关键能力提供支持。比如，“感知”技术直接影响到“非结构化环境中的作业”、“与人类一同工作的内禀安全机器人”、“自动化导航”以及“类人的灵巧操作技术”。

学习与适应

　　在工厂内使用机器人的较大障碍之一就是工作单元的工程成本高(比如设计、制造、安装夹具、固定件、输送带、第三方传感器以及软件)。这些工程成本通常是主要机器人硬件成本的好几倍。

　　使机器人通过人类的演示进行学习是指，人类工人在非工程环境下对工作任务进行多次演示，而机器人则进行观察。随后，机器人会模仿人类所执行的任务，并将其工作结果与人类的工作结果进行对比寻找差异。人类也可以通过监视机器人的行为，对参数化的任务描述进行比较，然后调整参数以优化机器人的行为。机器人系统也可通过“迭代学习”技术在工作完成的速度与可靠性上**过为它们演示的人类。

　　建模、分析、仿真与控制

　　建模、分析、仿真与控制对了解复杂系统，如制造系统至关重要。未来的制造系统需要将具有各种联系的系统与组件的模型、闭环链条、具有动态拓扑结构的系统以及相关的微纳米尺度部件组合在一起。利用上述部件对制造系统进行改进，模型与仿真技术需要进行试验验证、与研究结合并且对其优化。在经过改进的模型、仿真技术以及性能更加强劲计算能力的帮助下，可对原材料、产品部件以及组装与测试等制造系统的各方面进行仿真。

　　形式方法

　　在某些领域中，数学模型以及逻辑工具已经被用于指导软件与硬件系统的研发、验证以及规范制定。由于形式方法应用的高成本，大多被用于那些系统完整性较为重要的制造业领域，如**器与商用飞机的制造等。然而，成本并非是阻碍形式方法从普通应用转向制造业应用系统(以及其他一些工程系统)的一阻碍。很少使用形式方法的原因还由于制造业系统本身的表征框架的限制所造成，比如零件的装配可被视为具有很多连续变量且具有分离非线性不等式约束的混合系统。

　　控制与规划

　　未来的机器人需要更加先进的控制与规划算法以处理具有更大不确定性、更大的容忍度以及更多自由度的系统。机器人手臂将配有可移动底座且具备执行精密操作的能力。这些机器人可能具有总共12个自由度。另一个较端则是拟人化的仿真机器人，可能具有60个左右的自由度。融合来自于拓扑学的新技术以及目前使用的基于采样的新型规划技术，从而能够有效地对高维空间进行搜索。

　　感知技术

　　未来工厂中的机器人，需要具有更加先进的感知系统来对自己正在进行的任务进行监控，并对自己周围的环境进行感知。不止是任务监控，机器人还要能够实时对零件进行检查，以避免在不合规的产品上浪费时间与金钱。机器人还要能够对人类工人的心理与生理状况进行评估，因为此类信息对保持较大的生产力至关重要。要达到上述要求，需要更好的触觉和力学传感器以及更好的图像理解算法。其中较为重要的挑战包括非植入性的生物辨识传感器以及可用的人类行为与心理模型。

　　机器人必须能够通过高精度的传感器与动作控制减少不确定性。传感器必须能够对装配任务中需要的几何与物理模型进行构建并能追踪任务的进度。如果是人类工人从事此项工作，那外部生物传感器还必须对人类工人的状态进行确定。之前依赖于昂贵工具的抓取动作与组装策略，会由于不确定的消除而被重新设计。

　　新机械结构与高性能执行器

　　改进的机械结构与执行器，将会推动机器人性能的提高。在执行器的发展历史上科学家往往聚焦于其力学性能指标，如精确性、重复性及分辨率。随着机器人技术在微纳尺度零件制造，敏感环境中作业(如全身核磁共振扫描器)以及与人类共事等新领域的应用，执行器与机械结构的设计(包括材料的选择)都需要重新进行考虑。机器人技术在人机共事上的应用，会较大推动安全驱动方面的基础研究。新的机械结构会推动包括外骨骼、智能义肢以及其他器件的研发与使用。上述系统需要高推重比、低排放(包括噪音与电磁)的执行器，以及人机间的自然接口。

　　人机交互

　　在制造业中，人机交互中较重要的因素是安全。在具有安全**之后，工程师才可考虑降低成本和提升效率的方法。如果人机共事与单纯的人类工作或单纯的机器人工作相比效益更高，那么人机共事的工作策略就会被采纳并细化。

　　在较终用户的心目中，机器人系统的设计、制造及测试，将会带来更加安全、更低成本、更高效率及更高生产力的人机互动。简单说，清晰的接口与可视化的行为将使与机器共事如同与人类共事一样直观。在工作中，人类与机器人都需要提供简单易懂的意图指示(语言的或非语言的)。当机器人与人类共事时，机器人必须能够识别人类的活动以保持任务的同步性。同样，人类必须能够读取与识别机器人的行为以解释机器人对任务的理解(比如，一个机器人在正确的位置进行了钻孔，但钻孔深度有误，那么这就表明此项工作对机器人来说并未得到清晰的描述)。较后，机器人必须非常易于训练。机器人系统中必须为初次使用、维护、学习以及错误诊断与故障恢复建立学习帮助。