西门子变频器是由德国西门子公司研发、生产、销售的知名变要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。并以其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的bico（内部功能互联）功能以及无可比拟的灵活性，在变频器市场占据着重要的地位。西门子变频器以其强，打破了以前器在中国市场上的垄断地位，据有关专业市场调研机构的统计，西门子的高低压变频器在中国市场上已位居。
西门子s7-200?smart?plc、smart?line触摸屏等产品在蓄电池短路内阻检测设备控制系统中的应用，详细描述了控制系统中的硬件配置、控制系统流程图、软件设计和实现的功能。?实践表明，该方案完全满足全自动短路内阻检测机的各项技术要求，并且工作稳定，性能良好。
1.项目简介
蓄电池是工业生产和日常生活中非常重要的电气设备，广泛应用于国防、航空、通信、能源、交通等众多领域。汽车用蓄电池一直是蓄电池市场需求产量大的品种，随着汽车行业作为国家重点发展支柱产业的飞速发展，车用铅酸蓄电池的用量也迅速增加，大约占整个铅酸蓄电池用量的80%。加之原有汽车对蓄电池的替换需求，汽车蓄电池的市场需求量还将有一个较大的增长。电动自行车作为一种新型代步工具，受到了群众的认可和欢迎，产量和社会拥有量迅速增长，其专用蓄电池的需求量也迅速扩大，产值已超过原来居第二位的固定型蓄电池。目前新能源储能也成为蓄电池新的应用市场，这些新的增长点都为蓄电池行业带来更大的发展空间，而且蓄电池行业的发展，也推动了其他众多行业的发展。
?但是，目前蓄电池生产企业众多，竞争也越来越激烈，另外随着汽车行业的逐步开放，外资汽车制造厂在国内逐步发展，导致对配套电池要求提高，这些都要求蓄电池生产企业必须提升产品品质，降低生产成本，来适应新的市场需求。
南京某公司专业生产各种蓄电池专用设备，主要生产极板设备、装配设备、后处理设备、充放电机、检测设备及环保等设备，以良好的质量和较高的性价比，在国内外中高端厂商用户中有较好口碑。
针对市场上对电池生产线检测设备越来越高的要求，该公司推出了全自动短路内阻检测机设备，采用西门子s7-200?smart?plc?作为主控系统。全自动短路内阻检测机是电池生产线中必不可少的专业质量检测设备，相比以往的设备具有更多的优势。它将以往独立的短路检测机和内阻检测机，融为一体，同时检测短路和内阻，将两个工序并为一个工序处理，缩短处理时间，提高了生产效率，也节约了设备成本。
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2.工艺流程介绍
全自动短路内阻检测机是蓄电池质量检测设备，用于将需检测的蓄电池传送到高压短路检测位置和内阻检测位置，分别接通检测电路，进行极板短路检测和焊点内阻检测，以此来检查蓄电池质量。
短路检测采用脉冲高压进行测试，用于检测蓄电池组装过程中正负极板间的安全间距，可靠的检测出极板间存在微短路的电池，快速精确的测试出不合格产品。这样就能在电池组装后，充电之前就检测出错误，获得电池更高的质量产出，大大减少因电池极板短路造成产品的不合格率。
内阻检测用于检查蓄电池穿壁焊接后的焊接质量，给穿壁焊的两个极耳之间加一个恒定的电流，根据穿壁焊两个极耳之间的电阻不同用精密毫伏表测出电压的变化，能够有效的检测电池在穿壁焊过程中出现的气孔、假焊、溅铅等缺陷，从而减小因焊接不达标造成的产品不合格。
全自动短路内阻检测机，通过光电开关检测蓄电池位置，将蓄电池传送到电路和内阻检测位置，下降并夹紧测试机头，自动完成短路检测和内阻检测，判断产品是否合格，执行相应动作。
3.方案确定及产品硬件配置
?全自动短路内阻检测机，相比以往的检测设备，工艺更加复杂，程序处理量更大，逻辑更加繁琐，且需要与多个设备进行通讯，从而对plc处理器的性能要求更高。因此，根据其要求终选择了运算处理速度更快，性价比更高的simatic?s7-200?smart?plc。
本系统使用数字量输入输出点数较多，需要24个数字量输入和22个数字量输出，总共46个数字量io，选用sr60?cpu模块，其本体集成i/o点数高达60点，充分满足了系统的需求。另外还需要1个模拟量输出，连接恒流源设备，sr60标准型cpu，可方便地扩展模拟量模块，以满足系统要求。
以往的检测设备不带触摸屏，人机交互很不方便，不能实时了解设备运行状态。全自动短路内阻检测机增加了hmi设备，选用了smart?700?ie触摸屏，使操作更加方便，随时监控设备的正常运行或故障状态。这款7寸宽屏触摸屏相对于上代产品，颜色更加丰富，且集成了以太网接口。s7-200?smart?plc通过内置以太网接口与smart?700?ie触摸屏进行通信，组网方便，且通讯快速。
在内阻测试时需使用5个毫伏表、1个电流表，采用modbus?rtu通讯。通过cpu模块集成485接口与软件集成的modbus通讯指令库，很方便地实现modbus?rtu通讯。
主要硬件配置表：
序号?名称?型号?订货号?数量?
1?s7-200?smart?plc?cpu?sr60?6es7?288-1sr60-0aa0?1?
2?模拟量模块?em?am06?6es7?288-3am06-0aa0?1?
3?触摸屏?smart?700?ie?6av6?648-0bc11-3ax0?1
4.软件开发
全自动短路内阻检测机具有手动和自动两种模式。
手动模式可执行滚道启停，高压短路测试机头上升下降，内阻测试机头上升下降，高压短路测试机头夹紧，内阻测试机头夹紧，剔除汽缸开关等手动动作。
自动模式，通过光电开关检测蓄电池位置，使用滚道将蓄电池传送到短路检测位置，自动下降高压短路测试机头并夹紧，接通高压短路测试仪器，短路检测完成后，再将蓄电池传送到内阻检测位置，自动下降内阻测试机头并夹紧，接通内阻测试电路，自动完成内阻检测，并判断电池是否合格，不合格产品通过滚道传送到剔除位置剔除，合格产品传送到下一工序。
模拟量输出连接至内阻测试用恒流源设备，用于设定恒流源大小，信号量程1-5v。通过软件设置模拟量输出通道组态，可选择电流0-20ma或电压正负0-10v，所以必须在程序中进行量程转换，对应1-5v，方可正常使用。
在内阻测试时，需要读取电流表和毫伏表的数值来计算内阻值，这5个毫伏表和1个电流表是通过modbus总线与plc进行通讯的，step?7-?micro/win?smart?提供便利的modbus指令库功能，将子程序转化成指令块，与普通指令块一样，直接拖拽到编程界面就能完成调用。通过设置好相应地址、波特率、读写模式以及数据交换区地址等参数，便可实现plc与毫伏表和电流表的数据交换。但modbus是半双工通讯的，不能同时读写多个设备，所以必须编写轮询程序实现多个设备的数据读写。
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?5.应用体会
simatic?s7-200?smart?plc集成io点数更多，性价比更高，更加符合小型oem设备的需求。plc本身集成了以太网接口，不需要使用专用编程电缆，使用网线就可以下载程序和进行程序调试，在实际使用中很方便，而且下载速度非常快。
simatic?smart?700?ie触摸屏，颜色更加丰富，显示效果比以前更好。触摸屏本体集成了以太网接口和串口，接口比以前多了，提供了用户更多的通讯连接选择。另外，通过以太网可同时连接3台plc通讯，相比上一代产品只能与1台plc通讯，有所增强，可以满足一些特殊应用的场合。
step?7-?micro/win?smart编程软件，总体上保持step?7-?micro/win软件界面和功能，改进了一些菜单和窗口，操作方便。移植老程序也很方便，只需复制过来即可。step?7-?micro/win?smart软件本身集成了modbus和uss指令库，不需要另外安装，使用起来很方便。但软件没有集成量程转换的指令库，需要自己编程或从step?7-?micro/win软件中移植过来，希望以后能够增加集成，从而使编程更加方便。
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6.意见与建议
simatic?s7-200?smart?plc只集成了一个以太网接口，在该接口已连接触摸屏，又没有路由器的情况下，想要在线监控程序状态时，需要将触摸屏网线拔下，使用中略有不便。未来是否能考虑增加集成以太网接口，使组网更加方便，也利于程序调试。s7-200?smart?plc目前没有电池模块，不能满足长时间断电保持时钟和数据的场合，希望能尽早推出电池模块。
西门子s7-400同300的区别主要在于热启动(wrst)这一部分，其他基本一样。它还有一个外部的电池电源接口，当在线更换电池时可以向ram提供后备电源。编程设备主要有pg720pg740pg760——可以理解成装有编程软件的手提电脑;也可以直接用安装有step7(siemens的编程软件)的pc来完成。而实现通讯(要编程首先要和plc的cpu通讯上)的要求主要在于接口：1.可以在pc上装cp5611卡——上面有mpi口，可用电缆直接连接。2.加个pc适配器，把mpi口转换成rs-232口后接到pc上。3.plc加cp343卡，使它具有以太网口。
制造行业中的创新系统解决方案——模块化控制器simatic?s7-1200?控制器具有模块化、结构紧凑、功能全面等特点，适用于多种应用，能够保障现有投资的长期安全。由于该控制器具有可扩展的灵活设计，符合工业通讯高标准的通讯接口，以及全面的集成工艺功能，因此它可以作为一个组件集成在完整的综合自动化解决方案中。
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通讯模块集成工艺
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10/100?mbit/s?的数据传输速率，它支持多?16?个以太网连接以及下列协议：tcp/ipnative、iso-on-tcp?和?s7?通讯。
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?simaticstep?7?basic?工程组态系统中。
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高速输入
simatic?s7-1200?控制器带有多达6个高速计数器。其中3个输入为100khz，3个输入为30khz，用于计数和测量。
高速输出
simatic?s7-1200?控制器集成了两个100khz的高速脉冲输出，用于步进电机或控制伺服驱动器的速度和位置。这两个输出都可以输出脉宽调制信号来控制电机速度、阀位置或加热元件的占空比。
存储器
用户程序和用户数据之间的可变边界可提供多50kb容量的集成工作内存。同时还提供了多2mb?的集成装载内存和?2?kb?的掉电保持内存。simatic?存储卡可选，通过它可以方便地将程序传输至多个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。
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可扩展的灵活设计
信号模块
多达8个信号模块可连接到扩展能力高的cpu，以支持更多的数字和模拟量输入/输出信号。
信号板
一块信号板就可连接至所有的cpu，由此您可以通过向控制器添加数字或模拟量输入/输出信号来量身定做cpu，而不必改变其体积。simatic?s7-1200控制器的模块化设计允许您按照自己的需要准确地设计控制器系统。
simatic?s7-1200?i/o模块
信号模块和通讯模块具有大量可供选择的信号板，可量身定做控制器系统以满足需求，而不必增加其体积。
多达8个信号模块可连接到扩展能力高的cpu。一块信号板就可连接至所有的?cpu，由此您可以通过向控制器添加数字或模拟量输入/输出信号来量身定做?cpu，而不必改变其体积。
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simatic?s7-1200?cpu
信号板、信号模块、通讯模块
simatic?s7-1200?系统的?cpu?有三种不同型号：cpu?1211c、cpu?1212c?和?cpu1214c。每一种都可以根据您机器的需要进行扩展。任何一种?cpu?的前面都可以增加一块信号板，以扩展数字或模拟?i/o，而不必改变控制器的体积。信号模块可以连接到?cpu?的右侧，以进一步扩展其数字或模拟?i/o?容量。cpu?1212c?可连接?2?个信号模块，cpu?1214c?则可连接?8?个。所有的?simatic?s7-1200?cpu?都可以配备多3?个通讯模块（连接到控制器的左侧）以进行点到点的串行通讯。
安装简单方便
所有的?simatic?s7-1200?硬件都具有内置夹，能够方便地安装在一个标准的?35?mmdin?导轨上。这些内置的夹子可以咬合到某个伸出位置，以便在需要进行面板安装时提供安装孔。simatic?s7-1200?硬件可进行竖直安装或水平安装。这些集成功能在安装过程中为用户提供了大的灵活性，同时也使得?simatic?s7-1200?成为众多应用场合的理想选择。
紧凑的结构
所有的?simatic?s7-1200?硬件在设计时都力求紧凑，以节省控制面板中的空间。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高的效率和灵活性。
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快速、简单、灵活的工业通讯
集成?profinet?接口
新型的?simatic?s7-1200?配备了集成profinet?接口，提供与下列组件的无缝通讯：集成?simatic?step?7?basic?工程组态系统（用于编程）；simatic?hmi?精简系列面板（用于可视化）；其它控制器（用于?plc?间的通讯）；第三方设备（用于可选的高级集成）。
组网简单
simatic?s7-1200?通讯接口由一个抗干扰的?rj45?连接器组成。该连接器具有自动交叉网线（auto-cross-over）功能，支持多?16?个以太网连接，数据传输速率达10/100?mbit/s。为了使布线少并提供大的组网灵活性，可以将紧凑型交换机模块?csm?1277?和?simatic?s7-1200?一起使用，以便轻松组建一个统一或混合的网络（具有线型、树型或星型的拓扑结构）。csm?1277?是一个?4?端口的非托管交换机，用户可以通过它将?simatic?s7-1200连接到多?3?个附加设备。除此之外，如果将?simatic?s7-1200?和?simatic?net?工业无线局域网组件一起使用，您还可以获得一个全新的组网规模。
与其它控制器和?hmi?设备进行通讯
为了保证与其它控制器和?hmi?设备之间的通讯，simatic?s7-1200?可以连接到多个s7?控制器和?hmi?设备，使用成熟的?s7?通讯协议进行通讯。
与第三方设备进行通讯
simatic?s7-1200?上的集成接口不仅可以与其它厂商的设备进行无缝集成，还可以通过开放式以太网协议?tcp/ip?native?和iso?on?tcp?与多个第三方设备进行连接和通讯。集成的工程组态系统?simatic?step7?basic?还为?simatic?s7-1200?提供了标准?t-send/t-receive?指令，因此用户在设计自动化解决方案时能够获得更高的灵活性。
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将强大的工艺功能集于一身
用于计数和测量的高速输入
集成了多达6个高速计数器（3个100khz，3个30khz），用于精确监视增量编码器、频率计数或对过程事件进行高速计数。
用于速度、定位或占空比控制的高速输出
simatic?s7-1200?控制器中集成了?2?个高速输出，可用作高速脉冲输出或脉宽调制输出。当组态成?pto?时，它们将提供高频率为?100khz?的?50%?占空比高速脉冲输出，以便对步进电机或伺服驱动器进行开环速度控制和定位控制。通过?2?个高速计数器对高速脉冲输出进行内部反馈。当组态成?pwm?输出时，将生成一个具有可变占空比的固定周期输出来控制电机速度、阀位置或加热元件的占空比。
plcopen?运动功能块
simatic?s7-1200?支持对步进电机和伺服驱动器进行开环速度控制和位置控制。对该功能的组态十分简单：通过一个轴工艺对象和通用的?plcopen?运行功能块（包含在工程组态系统?simatic?step?7?basic中）即可实现。除了返回（home）和点动（jog）功能以外，还支持、相对和速度运动。
驱动调试控制面板
工程组态系统?simatic?step?7?basic?中的驱动调试控制面板简化了步进电机和伺服驱动器的启动和调试过程。它为单个运动轴提供了自动和手动控制，以及在线诊断信息。
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用于闭环控制的?pid?功能
在简单过程控制应用中，simatic?s7-1200支持多达?16?个?pid?控制回路。这些控制回路可以通过一个?pid?控制器工艺对象和simatic?step?7?basic?中的编辑器轻松进行组态。除此之外，simatic?s7-1200?还支持pid?自动调节功能，可以自动计算增益、积分时间和微分时间的优秀调节值。
pid?调试控制面板
simatic?step?7?basic?中包含的?pid?调试控制面板简化了控制回路的调节过程。对于单个控制回路，它除了提供了自动调节和手动控制方式之外，还提供调节过程的图形化趋势图。
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滤波电容中间电路滤波电容：又称电解电容，该电容的作用：滤除整流后的电压纹波，还在整流与逆变器之间起去耦作用，以相互干扰，还为电动机提供必要的无功功率，要承受极大的脉冲电流，所以使用寿命短，因其要在工作中储能，所以必须长期通电，它连续工作产生的热量加上变频器本身产生的热量都会加速其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。