西門子 6ES7132-7RD22-0AB0 西門子 6ES7132-7RD22-0AB0 西門子 6ES7132-7RD22-0AB0
SIMATIC DP,電子模塊 用于 ET200iSP, 4 DO,17.4V DC/40mA “H”斷開
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1.液壓伺服系統(tǒng)簡介
液壓伺服系統(tǒng)以其響應(yīng)速度快(相對于機械系統(tǒng))、負載剛度大、控制功率大等獨特的優(yōu)點在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。而電液伺服系統(tǒng)是通過使用電液伺服閥,將小功率的電信號轉(zhuǎn)換為大功率的液壓動力,從而實現(xiàn)了一些重型機械設(shè)備的伺服控制。
1.1 液壓伺服系統(tǒng)的組成
液壓伺服系統(tǒng)主要由以下幾部分組成(如圖 1):
圖1. 液壓伺服系統(tǒng)
使用TCPU控制液壓伺服系統(tǒng)時,TCPU就是該系統(tǒng)中的控制器;TCPU可以通過脈沖或者模擬量輸出來控制比例換向閥的開度和方向從而控制液壓缸的運動方向和速度;測量反饋系統(tǒng)可以由設(shè)備編碼器或者模擬量信號通過IM174接口模板或模擬量輸入模板將信號反饋給TCPU。
1.2 液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)區(qū)別
控制電氣伺服系統(tǒng)時,執(zhí)行機構(gòu)(通常為伺服電機)能夠根據(jù)速度給定改變運行速度,響應(yīng)快,動態(tài)特性好,給定與輸出之間呈線性比例關(guān)系;而液壓伺服系統(tǒng)由其液壓油的物理特性決定了其響應(yīng)速度和動態(tài)特性都較低,而且在液壓伺服系統(tǒng)啟動、停止以及換向時都會出現(xiàn)大滯后性,這樣就導(dǎo)致輸出給定與執(zhí)行速度之間的關(guān)系并不是線形的(如圖 2),這樣,一旦我們還以控制線性電氣軸的模型來控制非線性液壓軸時,速度會非常不穩(wěn)定,而且位置閉環(huán)會不停的修正由速度不穩(wěn)定所帶來的位置偏差,這時液壓執(zhí)行機構(gòu)就會來回跳動或者抖動,造成定位誤差大甚至損壞機械設(shè)備。所以我們在控制液壓伺服系統(tǒng)時就應(yīng)該先了解該系統(tǒng)的給定與輸出之間的關(guān)系,確定補償曲線來保證執(zhí)行機構(gòu)平穩(wěn)運行。
圖 2. 給定與實際速度的關(guān)系
在 TCPU 中,補償曲線可以由多種方法來確定,例如 S7T Config 中的 Trace 工具,根據(jù)輸出不同的給定值和實際的速度值來確定差補點,將差補點的值以表格的方式添入到 Cam Disk (凸輪盤)中。
本文主要介紹使用自動獲得補償曲線功能塊 FB 520“GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”來確定差補曲線。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟硬件要求
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的給定和反饋均使用高性能ET200M帶AI/AO模板來實現(xiàn)(如圖 3):
圖 3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.2 硬件及軟件要求
名稱 | 數(shù)量 | 訂貨號 |
CPU 315T-2 DP | 1 | 6ES7315-6TG10-0AB0 Or 6ES7315-6TH13-0AB |
Firmware: V2.6 | ||
Or CPU 317T-2 DP | 1 | 6ES7317-6TJ10-0AB0 Or 6ES7317-6TK13-0AB0 |
Firmware: V2.6 | ||
Micro Memory Card 4MB | 1 | 6ES7953-8LM20-0AA0 |
Interface module IM174 | 1 | 6ES7174-0AA00-0AA0 |
Or ET200M / ET200S | 1 | 6ES7 153-2BA02-0XB0 or 6ES7 151-1BA02-0AB0 |
STEP 7 | 1 | 6ES7810-4CC08-0YA7 Version: V5.4 以上 |
S7 Technology | 1 | 6ES7864-1CC41-0YX0 Version: V4.1 以上 |
表 1. 硬件及軟件要求
3.項目配置過程:
3.1 硬件組態(tài)
在 SIMATIC 管理器中創(chuàng)建新的項目并添加一個 SIMATIC 300 站點。根據(jù)實際硬件配置硬件組態(tài),本例中使用模擬量輸入輸出作為給定和反饋信號。組態(tài)模擬量輸入輸出并分配 I/O 地址(圖 4);
圖 4. 硬件組態(tài)
3.2 在 S7T Config 中配置液壓軸
在 S7T Config 的瀏覽器中,雙擊“插入軸”(Insert axis)(圖 5)
圖 5. 插入液壓軸
在“常規(guī)”(General) 選項卡中,選擇“速度控制”(Speed control) 和“定位”(Positioning) 控制然后打開軸向?qū)В?br /> 在軸類型話框中,選擇“液壓”(Hydraulic) 軸類型。 將閥類型定義為“Q 閥”(Q valve)(圖 6)。
圖 6. 選擇軸的類型
配置完液壓軸的物理單位及模度后,進入到輸入輸出的配置界面,并選擇其輸出方式模擬量輸出模板(圖7 );
圖 7. 選擇輸出方式
選擇輸出設(shè)備為模擬量輸出模塊,填入相應(yīng)參數(shù):
點擊繼續(xù)進入到位置反饋參數(shù)界面,填入使用的模擬量輸入的地址(圖 8):
圖 8. 選擇反饋方式
點擊繼續(xù),進入到位置反饋參數(shù)分配界面(圖 9):
圖 9. 反饋參數(shù)分配
相關(guān)輸入?yún)?shù):
分配完所有參數(shù),單擊“完成”(Finish) 退出軸組態(tài)對話框。
3.3 建立補償曲線凸輪盤
根據(jù)前文所提到的,液壓伺服系統(tǒng)需要確定一條補償曲線來線性化輸出變量與液壓軸速度之間的關(guān)系。在 TCPU 中通過使用凸輪盤(Cam Disk)工藝對象來確定補償曲線,液壓伺服軸的補償曲線反映了液壓比例閥輸出給定與液壓軸速度之間的對應(yīng)關(guān)系。由于本文使用功能塊 FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData” 來自動獲得補償曲線,所以需要建立兩個凸輪盤(Cam Disk)來確定補償曲線。其中第一個凸輪盤是用來測量、尋找補償點,而測量后的結(jié)果會寫入到另外一個凸輪盤,這個被寫入的凸輪盤也就是當(dāng)前液壓伺服系統(tǒng)的最終補償曲線。
在 CAMS 下面建立兩個凸輪盤,分別取名為:Cam_Profile 與 Cam_Reference,并填入兩個差補點描繪一條輸出給定與執(zhí)行速度間的參考關(guān)系曲線,如圖 10:
圖 10. 建立補償曲線凸輪盤
做好以上工作后,將 S7T-Config 存盤編譯,并將組態(tài)好的軸和凸輪盤等工藝對象生成相應(yīng)的工藝對象數(shù)據(jù)塊,并下載到 TCPU。本例中工藝對象數(shù)據(jù)塊對應(yīng)為:
4.編寫用戶程序
4.1 使用 FB 520 和 FB 521 自動獲得補償曲線
FB 520 “GetCharacteristics” 和 FB 521“WriteCamData”兩個功能塊并沒有在 S7-Tech 庫中提供,所以需要到以下鏈接下載例子項目,并將項目中的FB520和FB521復(fù)制到自己的項目中來。
下載鏈接:27731588
4.2 FB 520 和 FB 521 的功能介紹
4.2.1 FB 520 “GetCharacteristics”
通過該功能塊,系統(tǒng)能夠執(zhí)行測量并得到當(dāng)前液壓系統(tǒng)的補償曲線,并將相應(yīng)的Cam Disk激活為當(dāng)前液壓系統(tǒng)的Profile。其內(nèi)部調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖 11:
圖 11. FB 520 結(jié)構(gòu)
4.2.2 FB 521 “WriteCamData”
該功能塊能夠?qū)y量的補償曲線寫入到相應(yīng)的Cam Disk中。其內(nèi)部調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖 12:
圖 12. FB 521 結(jié)構(gòu)
由這兩個功能塊的結(jié)構(gòu)圖可以看出,其內(nèi)部調(diào)用了很多S7-Tech里面的功能塊,所以需要將這些功能塊復(fù)制到當(dāng)前的項目中來。而且,可以看到在FB520功能塊內(nèi)部已經(jīng)調(diào)用了FB521,所以只要保證FB 521在項目中存在就可以了,不需要在程序中單獨調(diào)用。表 2 為FB520,FB521所使用到的S7-Tech功能塊:
PLC-Open FB | 功能 |
FB 402 “MC_Reset” | 復(fù)位可能出現(xiàn)的錯誤 |
FB 405 “MC_Halt” | 停止軸運動 |
FB 407 “MC_WriteParameter” | 寫系統(tǒng)參數(shù) |
FB 414 “MC_MoveVelocity” | 使軸運動,并可改變其運行速度 |
FB 434 “MC_CamClear” | 刪除一個凸輪盤中的所有插補點 |
FB 435 “MC_CamSectorAdd” | 插入一個新的插補點到凸輪盤中 |
FB 436 “MC_CamInterpolate” | 修改凸輪盤的插補點 |
FB 439 “MC_SetCharacteristics” | 激活一個凸輪曲線作為液壓閥的特性曲線 |
表 2. 使用的 S7-Tech 功能塊
4.2.3 FB520的管腳及其定義(圖 13 及表 3):
圖 13. FB 520 管腳定義
名稱 | 含義 |
輸入?yún)?shù) | |
Axis | 液壓軸工藝DB號 |
CamReference | 執(zhí)行測試時的參考凸輪盤的工藝DB號 |
CamProfil | 最終要寫入的凸輪盤的工藝DB號 |
Enable | 使能 |
Mode | 執(zhí)行模式 |
maxDistance | 執(zhí)行測試時的最大移動距離 |
JogPos | 正向點動 |
JogNeg | 負向點動 |
JogVelocity | 點動速度 |
輸出參數(shù) | |
Done | 測量完成 |
Busy | 忙 |
Error | 有錯誤 |
ErrorID | 錯誤代碼 |
ErrorSource | 錯誤源 |
State | 當(dāng)前狀態(tài) |
ActiveCam | 當(dāng)前執(zhí)行的凸輪盤的工藝DB號 |
表 3. FB 520 管腳定義
4.3 在OB1中調(diào)用FB520(圖 14)
圖 14. 在 OB1 中調(diào)用 FB 520
使用步驟:
4.4 FB 520 “GetCharacteristics” 的測量原理(圖 15)
圖 15. FB 520 的測量原理
4.5 FB 520 “GetCharacteristics” 補償曲線的寫入過程(圖 16):
圖 16. 補償曲線的寫入過程
4.6 FB 520 “GetCharacteristics” 執(zhí)行時的基本步驟
4.7 FB 520 “GetCharacteristics” 的 42 種執(zhí)行狀態(tài)(圖 17):
圖 17:FB 520 的42種執(zhí)行狀態(tài)(State)
5.執(zhí)行結(jié)果
在FB520執(zhí)行自動檢測之后,可以通過在線的方式察看測量出來的補償曲線,如圖 18:
圖 18. 在線察看測量出來的補償曲線
到這里為止,液壓伺服軸的補償曲線已經(jīng)建立,在 TCPU 中就可以使用其定位功能塊對液壓軸進行控制了,控制器會自動使用補償曲線中的速度對應(yīng)關(guān)系調(diào)節(jié)輸出。有關(guān)更多液壓軸的使用請參考 TCPU 手冊s7_technology_manual_zh-CHS_zh-CHS.pdf 。手冊下載鏈接:
30119663
關(guān)鍵詞
TCPU, 液壓軸,液壓伺服系統(tǒng),補償曲線
第一部分:ET200S工藝模塊1Count24V/100kHz
1.概述
ET200S工藝模塊主要包括四種類型:模塊1Count24V/100kHz,1Count5V/500kHz,1SSI,2PULSE。本文通過一個簡單的調(diào)試?yán)?,描述怎樣按照工藝要求設(shè)置ET200S工藝模塊1Count24V/100kHz的功能應(yīng)用,以及應(yīng)用、操作和測試相應(yīng)的軟硬件。
工藝模塊1Count24V/100kHz主要包括以下幾種操作模式:
(1)計數(shù)模式:包括連續(xù)計數(shù),周期計數(shù)和單次計數(shù)
(2)測量模式:包括頻率測量,周期測量和轉(zhuǎn)速測量
(3)位置檢測:這個模式是連續(xù)計數(shù)功能的一部分,用來在等時模式作為一個純輸入模塊使用。
本文主要描述該模塊在計數(shù)模式下的使用,測量模式等請參考計數(shù)功能使用。
2.系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)
圖 1 系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)
本示例為一套S7-300 PLC通過ET200S 1Count24V/100kHz模塊從24V增量型編碼器讀取計數(shù)數(shù)據(jù),監(jiān)控旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
圖1為示例系統(tǒng)的配置圖,圖中包含如下的硬件:
?一臺筆記本電腦或PG/PC
?一塊CP5512
?一套S7-300 PLC
?一套ET200S系統(tǒng)
3.硬件和軟件需求
表3-1硬件訂貨信息
名稱 |
數(shù)量 |
訂貨號 |
IM151-1 STANDARD interface module and terminating module |
1 |
6ES7151-1AA03-0AB0 |
TM-P15S23-A0 (screw-type terminal) |
1 |
6ES7193-4CD20-0AA0 |
TM-E15S26-A1 (screw-type terminal) |
1 |
6ES7193-4CA40-0AA0 |
PM-E 24–48 VDC/24–230 VAC |
1 |
6ES7138-4CB10-0AB0 |
1 SSI, 1 unit |
1 |
6ES7 138-4DB01-0AB0 |
1Count 24V/100kHz, 1 unit |
1 |
6ES7 138-4DB01-0AB0 |
PROFIBUS FC Standard Cable |
|
6XV1 830-0EH10 |
PROFIBUS FastConnect bus connector RS 485 with 90° cable outlet (with PG interface) |
2 |
6ES7 972-0BB50-0XA0 |
CP 5512 communications processor |
1 |
6GK1 551-2AA00 |
MPI cable For connecting SIMATIC S7 and the PG through MPI; length 5 m |
1 |
6ES7 901-0BF00-0AA0 |
CPU 315-2 DP |
1 |
6ES7315-2AG10-0AB0 |
表3-2軟件訂貨信息
名稱 |
訂貨號 |
STEP 7 Professional Edition 2004 |
6ES7 810-5CC08-0YA5 |
4.硬件安裝與接線
連接的編碼器類型:
(1)24V脈沖發(fā)生器(不帶方向信號)
(2)24V脈沖發(fā)生器(帶方向信號)
(3)24V增量型編碼器
圖2 編碼器連接
5.系統(tǒng)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置
(1)硬件配置
按照圖1硬件配置圖進行連接,一套S7-300 PLC作為DP主站連接ET200S
從站系統(tǒng),24V增量型編碼器按圖2接線圖依次接入
ET200S 1Count24V/100kHz模塊。
(2)系統(tǒng)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置
在STEP7管理器中新建一個名為Latch_ET200S_1COUNT的項目,插入一個SIMATIC 300 STATION,命名為1COUNT,然后在硬件組態(tài)中按訂貨號和硬件安裝次序依次插入機架、CPU、ET200S標(biāo)準(zhǔn)從站模塊和ET200S 1COUNT計數(shù)模塊(從硬件列表中選擇模塊1COUNT 24V/100kHz C)。
圖3主站硬件組態(tài)
ET200S 1COUNT模塊參數(shù)配置如圖4所示。
圖4參數(shù)設(shè)置
參數(shù)Signal evaluation A* B *和Sensor A* B * DI 根據(jù)連接的編碼器類型進行選擇,此處選擇PNP類型24V增量型編碼器;
參數(shù)Direction input B *可設(shè)置成正方向或反方向;
參數(shù)Type of counting mode可設(shè)置三種計數(shù)模式:連續(xù)計數(shù),周期計數(shù)和單次計數(shù);
其他參數(shù)設(shè)置選擇默認值即可。
(3)例程
循環(huán)程序OB1:
//預(yù)設(shè)
L 0 //刪除控制位
T DB1.DBD 0
T DB1.DBD 4
SET
S DB1.DBX4.0 //打開軟件門
//寫控制接口
L DB1.DBD 0 //寫8字節(jié)到 1SSI模塊
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //輸出起始地址
T PQD 268
//讀反饋接口
L PID 264 //從 1SSI模塊讀8字節(jié)
T DB1.DBD 8
L PID 268 //輸入起始地址
T DB1.DBD 12
控制接口的參數(shù)分配如圖5,在硬件組態(tài)里,對應(yīng)計數(shù)模塊的輸出區(qū)8個字節(jié)(PQB264 ~ PQB271)。在上面例程中,DB1中8個字節(jié)(DB1.DBB0~DB1.DBB7)用來存放控制接口的參數(shù)。
圖5 控制接口參數(shù)分配
反饋接口的參數(shù)分配如圖6,在硬件組態(tài)里,對應(yīng)計數(shù)模塊的輸入?yún)^(qū)8個字節(jié)(PIB264 ~PIB271)。在上面例程中,DB1中8個字節(jié)(DB1.DBB8 ~ DB1.DBB15)用來存放反饋接口的參數(shù)。
圖6 反饋接口參數(shù)分配
6.測試、監(jiān)控與診斷
圖7 變量表監(jiān)控
在STEP7管理器Blocks中建立變量表,在變量DB1.DBD 8(反饋接口Bytes 0~3)中監(jiān)控測量的編碼器值,通過變量DB1.DBX 13.6 (STS_C_UP)和DB1.DBX 13.7(STS_C_DN)監(jiān)控編碼器值的變化方向。
7.功能
7.1計數(shù)輸入的控制:
通過軟件門控制
軟件門與硬件門(“與”邏輯操作)
7.2門控功能
軟件門:通過用戶程序控制
當(dāng)使能軟件門控制位時,在參數(shù)配置里采用“interrupt counting
procedure”,從裝載值開始計數(shù),當(dāng)軟件門停止后再使能,計數(shù)從停止時的
計數(shù)值開始繼續(xù)計數(shù);
在參數(shù)配置里采用“terminate counting procedure”,從裝載值開始計
數(shù),當(dāng)軟件門停止后再使能,計數(shù)從裝載值開始重新計數(shù);
圖8 硬件門使用
硬件門:在硬件門使能后,通過數(shù)字量輸入控制,功能和軟件門控制一樣。前提是如圖8所示,在參數(shù)“Function DI”里設(shè)置成“hardware gate”。
7.3鎖存功能
鎖存與重新觸發(fā):
在硬件組態(tài)中參數(shù)配置“Function DI”使能“鎖存與重新觸發(fā)”后,在用戶程序中把軟件門使能,當(dāng)數(shù)字量輸入端有上升沿脈沖時,把當(dāng)前計數(shù)值鎖存。計數(shù)功能繼續(xù)進行,直到數(shù)字量輸入端有下一個上升沿脈沖,鎖存當(dāng)前計數(shù)值并開始從裝載值重新計數(shù)。
如果你在這個過程中直接裝入裝載值,不會改變在反饋字中的鎖存值。如果關(guān)閉軟件門,只是中斷計數(shù),而數(shù)字量輸入中鎖存和重新觸發(fā)功能仍然有效。
注意在軟件門使能后,當(dāng)數(shù)字量輸入端有第一個上升沿時,計數(shù)模式開始進行,參考圖9鎖存和重新觸發(fā)功能時序圖。
圖9 鎖存和重新觸發(fā)功能時序圖
鎖存:
在硬件組態(tài)參數(shù)配置“Function DI”中使能“鎖存”后,在用戶程序中把軟件門使能,當(dāng)數(shù)字量輸入端有上升沿脈沖時,鎖存計數(shù)值。計數(shù)功能繼續(xù)進行,直到數(shù)字量輸入端有下一個上升沿脈沖,鎖存新計數(shù)值。
注意如果你在這個過程中直接裝入裝載值,不會改變在反饋字中的鎖存值。如果關(guān)閉軟件門,只是中斷計數(shù),而數(shù)字量輸入中鎖存功能仍然有效。
圖10 鎖存功能時序圖
7.4同步功能
同步功能只能在單次計數(shù)和周期計數(shù)模式下使用。可以使用旋轉(zhuǎn)編碼器的零標(biāo)志位做為參考信號。先使能軟件門,然后使能同步控制位,在單次計數(shù)同步中,數(shù)字量輸入中從第一個上升沿脈沖開始從裝載值進行同步計數(shù)。而在周期計數(shù)同步中,數(shù)字量輸入中第一個上升沿脈沖和后續(xù)的每個上升沿脈沖使計數(shù)器從裝載值開始同步計數(shù)。在完成同步后,狀態(tài)位“STS_SYN”被置位。
圖11 同步功能時序圖
7.5在計數(shù)模式里對輸出的控制
計數(shù)模板有一個數(shù)字量輸出和一個虛擬的數(shù)字量輸出(存在于反饋接口的狀態(tài)位上),可以存儲兩個比較值,依靠計數(shù)值和比較值的關(guān)系可以對輸出進行控制:
(1) 直接對輸出進行控制
使能控制位CTRL_DO1和CTRL_DO2,通過控制位SET_DO1和SET_DO2直接對輸出進行控制。狀態(tài)位STS_CMP1和STS_CMP2顯示了相應(yīng)的輸出狀態(tài)。直到這些狀態(tài)位被確認,他們一直保持現(xiàn)有狀態(tài);如果沒有使能DO1和DO2,通過控制位SET_DO1和SET_DO2直接影響這些狀態(tài)位。
下面四種輸出形式的使用情況和直接控制輸出類似,需要先裝載比較值,根據(jù)設(shè)定的比較條件對輸出進行控制。
(2) 計數(shù)值>=比較值
舉例:設(shè)定一個比較值2000,當(dāng)計數(shù)值大于等于2000時,使能DO1輸出。
硬件組態(tài):
圖12 比較值輸出
計數(shù)模塊的參數(shù)設(shè)置如圖12所示,只需設(shè)置參數(shù)“Function DI”為“Counter>=comparison value”模式,其他參數(shù)設(shè)置參照圖4普通計數(shù)模式。
主程序:
//預(yù)設(shè)
SET
S DB1.DBX 4.0 //置位軟件門
S DB1.DBX 4.4 //使能DO1
//裝入比較值
A M 100.0 //觸發(fā)位
S DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268
L 2000
T DB1.DBD 0
T PQD 264
AN M 100.0
R DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268
//寫控制接口
L DB1.DBD 0 //寫8字節(jié)到 1SSI模塊
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //輸出起始地址
T PQD 268
//讀反饋接口
L PID 264 //從 1SSI模塊讀8字節(jié)
T DB1.DBD 8
L PID 268 //輸入起始地址
T DB1.DBD 12
監(jiān)控與測試:通過使能M100.0,裝入比較值1(2000),當(dāng)編碼器計數(shù)值大于等于2000時,使能輸出DO1,同時置位狀態(tài)位STS_CMP1(DB1.DBX14.3)和STS_DO1(DB1.DBX13.3)。
圖13 比較值<2000
圖14 比較值>=2000
(3) 計數(shù)值<=比較值
(4) 到達比較值時輸出脈沖
(5) 到達比較值時開關(guān)輸出(僅限DO1)
第二部分:ET200S工藝模塊1Count5V/500kHz
工藝模塊1Count5V/500kHz的使用可參考第一部分的描述,其不同點主要體現(xiàn)在硬件接線和硬件組態(tài)的參數(shù)配置上。
1.硬件接線圖
模塊只能連接5V增量型編碼器。
圖15 硬件接線圖
2.硬件組態(tài)和參數(shù)配置
西門子 6ES7132-7RD22-0AB0 西門子 6ES7132-7RD22-0AB0 西門子 6ES7132-7RD22-0AB0