吉林西门子S7-300代理商

随着科学技术的发展,可编程序控制器PLC在工业控制中的广泛应用,它的可靠性直接关系到工业企业的安全生产和经济运行.而PLC控制系统的抵抗干扰的能力是整个生产系统可靠运行的关键.目前,各种类型的可编程序控制器PLC一般集中安装在集控室或是生产现场,它们大都处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中.所以,要提高PLC控制系统的可靠性,一是需要PLC生产厂家提高PLC硬件的抗干扰能力,二是需要工程设计人员充分利用PLC组态软件来消除干扰,这样才能有效地增强系统的抗干扰的性能.

　　关键字:抗干扰的方法




　　引言:

　　PLC控制系统由于具有功能强、程序设计简单、扩展性好、维护方便、可靠性高、能适应比较恶劣的工业环境的特点,因此在工业企业广泛应用.但是由于工业环境条件恶劣,以及各种工业电磁,辐射干扰等,影响PLC控制系统的正常工作,因此必须重视PLC控制系统的抗干扰设计.为防止干扰,可以采用硬件和软件相结合的抗干扰方法. 防止硬件干扰的方法有:1采用性能优良的电源来抑制电网引入的干扰2电缆的选择与铺设来降低电磁干扰3完善接地系统4采用光电隔离来抑制输入输出电路引入的干扰等.而利用PLC软件来减少干扰是PLC控制系统正常、稳定工作的重要环节.下面主要分析在生产实践中应用的利用PLC组态软件来减少干扰的方法:

　　一、减少数字量输入扰动的方法

　　1、 计数器法

　　　　CON—计数器
　　　　NOT—非门
　　　　RS—复位优先触发器
　　　　IN—输入
　　　　OUT—输出
　　　　N—脉冲采样个数


　　注释：当外部有信号输入时，控制系统采集连续的N个脉冲使RS触发器输出为“1”，只有当外部输入信号由“1”变成“0”时，RS触发器的复位端为“1”，将RS触发器的输出复位成“0”。而当有瞬间干扰脉冲时，CON计数器将采集不到连续的N个脉冲，CON计数器无法输出，这就起到了减少干扰的作用。（N一般情况下取2）

　　优点：响应速度快，对周期性的瞬时干扰起到了一定的抑制作用。
　　缺点：不能消除超过CON计数器采样时间的干扰。



　　2、延迟输入法

　　　　IN—输入
　　　　OUT—输出
　　　　TIME（ET）—延时时间
　　　　TON—延时输出（其曲线如下图）

　　注释：当输入IN=1时，启动计数器直到计时时间（PT）=延时时间，OUT=1。当计数器计时时间〈延时时间，OUT=0。延时时间好取1S以内。

　　优点：消除了短时的周期干扰。
　　缺点：响应速度慢，不利于信号的快速传输。


　　二、减少模拟量输入扰动的方法

　　1、限幅法

　　　　MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
　　　　GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
　　　　LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
　　　　HL—上限设定值
　　　　LL—下限设定值
　　注释：当模拟量输入信号在HL和LL之间时，OUT=IN。当IN-AI信号超出或等于HL或LL时，GE或LE判断IN-AI信号，使OUT1或OUT2输出“1”去封锁MOVE，从而保持MOVE的输出为HL或LL的设定值。也就起到了限幅的作用。

　　优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
　　缺点：平滑度差。



　　2、延迟滤波限幅法

　　　　MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
　　　　GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
　　　　LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
　　　　HL—上限设定值
　　　　LL—下限设定值
　　　　LG—延迟滤波指令（其曲线如下图）
　　　　TIME—延迟滤波时间

　　注释：功能基本和限幅法相同，只是在输入端增加了一个延迟滤波器，对输入信号起到了延迟缓冲的滤波。

　　优点：有效地抑制了周期性的脉冲干扰。平滑度比限幅法有所改善。
　　缺点：信号响应速度减缓。



　　3、延迟滤波比较法

　　　　LG—延迟滤波器
　　　　SUB—减法指令
　　　　ABS—值指令
　　　　GE—大于等于指令
　　　　HL—大偏差值
　　　　TIME—延迟滤波时间

　　注释：正常情况输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后直接输出，OUT=IN-AI的值；当有突变信号时，输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后与含有突变信号的输入信号IN-AI相减取值（无论出现正偏差还是负偏差），与HL值比较，若大于等于HL的预设值，OUT1=1，将LG—延迟滤波器切换成跟踪状态，此时OUT就保持了输入信号IN-AI突变前的值。直到突变信号减弱，OUT1=0，OUT=IN-AI。

　　优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用。平滑度高。
　　缺点：灵敏度取决于TIME—延迟滤波时间的大小。


　　4、积分消抖滤波法

　　　　LG—延迟滤波器
　　　　SUB—减法指令
　　　　GE—大于等于指令
　　　　LE—小于等于指令
　　　　OR—或门（自做的DFB功能块）
　　　　NOT—非门
　　　　TON—延时输出
　　　　EOR—异或门
　　　　MOV—移动保持指令
　　　　PI—比例积分调节器
　　　　HL—大正向偏差值
　　　　LL—大负向偏差值
　　　　TIME—延迟滤波时间
　　　　TIME1—延迟输出时间
　　　　TIME2—延迟滤波时间
　　注释：参数设置：LG（TIME=1S），TON（TIME1=10S），LG1（TIME=30S），HL=0.2，LL=-0.2 ，PI（TI=10S，将P放开封锁成为纯积分调节器）


　　一、 小信号在变化幅度中变化时

　　1、 终状态：此时为稳态，输入与输出相近。OR输出为“0”，NOT=1，TON时间已超出10S，EOR=0，MOV不保持，PI不积分，SUB=0，信号走PI的跟踪回路，LG1滤波后输出。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1（滤波30S）→输出

　　2、 小信号的暂态变化：（在TON=10S之前）OR=0，NOT=1，TON未到10S，EOR=1，MOV保持，PI积分作用，LG1未起作用，输出跨越LG1（TIME=30S），直接到输出端，此时为线性跟踪滤波状态。



　　二、 信号大幅度变化时（≥HL，≤LL）

　　OR=1，NOT=0，TON不起作用，EOR=0，所以LG1（TIME=30S）不起作用，PI不起作用走跟踪。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1的跟踪→输出



　　三、 总结：

　　1、 小信号在10秒之内，经过LG（TIME=1S），PI的积分作用，跳过LG1（TIME=30S），直接输出，实现输入信号的滤波和跟踪状态。

　　2、 小信号在10秒之后，经过LG（TIME=1S），PI的跟踪和LG1（TIME=30S）跟踪输入。

　　3、 大信号变化时，LG（TIME=1S）作用，LG1（TIME=30S）不起作用，此时为输出快速跟踪。


　　优点： 对于被测参数有较好的滤波效果， 对周期性干扰具有良好的抑制作用，平滑度高。

　　缺点： 对于变化缓慢的输入信号响应慢。



　　结束语

　　上述所分析的方法，均在生产实际中得到检验，取得了一定的效果，并随着生产实际的需要和经验的积累，不断完善其对干扰的软件处理方法。

　　参考文献：Modicon Quantum系列PLC，Concept2.6中文手册

　　另付：积分消抖滤波法利用Concept2.6的编程。并且本论文涉及的功能指令块各管脚的用法均参考下图及Concept2.6中文手册。

本文介绍了采用气动元件的物料搬运系统的结构、气动系统及其PLC控制系统。物料的搬运方式具有可抓可吸的多用途功能；气动系统电磁换向阀采用汇流板集装方式，减少了占用空间；PLC控制具有单步、自动等多种工作方式。

    由于气压传动具有气源使用方便、不污染环境、动作灵活迅速、工作安全可靠、操作维修简便以及适于在恶劣环境下工作等特点，因而在冲压加工、注塑及压铸等有毒或高温环境下作业，机床上、下料，仪表及轻工行业中小零件的输送和自动装配等作业，食品包装及输送，电子产品输送、自动插接，弹药生产自动化等过程中被广泛应用。所以气压传动是一种易于推广普及的实现工业自动化的应用技术。气动系统的应用，引起了产业界的普遍重视，气动行业已成为工业国家发展速度快的行业之一。

    作为气动系统的控制装置目前多数采用可编程控制器（PLC）。可编程序控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，其可靠性好，操作简便。在实际应用中，控制系统很容易实现。一般是由受控设备的动作顺序和工艺要求，构成工步状态表，形成梯形图，再编制PLC指令。

    一、物料搬运系统结构设计

    物料搬运系统原理图如图1所示。该系统由左右移动气缸1、复位进退气缸2、升降气缸3、夹手或真空吸盘4、物料块5、传感器6、圆柱导轨7、支架8、底座9、微动开关10等组成。夹手或真空吸盘4可以夹住或吸住物料块5，抓取物料的部分采用夹持式和吸附式两种形式，选用不同的形式，可分别完成工件的抓取和吸附，以适应不同种类的物料搬运。夹手采用电磁铁吸合与断开方式夹持物料。夹手或吸盘在升降气缸3的作用下可以上下移动；夹手或真空吸盘连同升降气缸在左右移动气缸1的作用下沿着圆柱导轨可以左右移动；在复位进退气缸2的作用下将物料块送回原始位置，为下一个工作周期准备，以实现循环。此系统能够实现物料在一个平面内的搬运。左右移动行程为300mm，上下移动行程为80mm，根据行程选择不同的气缸，气缸1、2行程为300mm，气缸3行程为80mm。气缸选用法兰式安装。为了防止工件偏移，在左右移动气缸1运动路径两边安置导向圆柱导轨7，将圆柱导轨用螺钉固定在支架8上；支架用螺栓固定在底座9上。

图1 物料搬运系统原理图

    在左右移动气缸1的缸体上安装了两个磁性开关6用于左右极限位置检测；在底座上安装了一个微动开关10用于物料块下限位置检测。

    操作面板安装在电控箱上，与实验装置主体是分离的。PLC可编程序控制器，电磁阀，真空发生器等均放置在电控箱里。

    二、气动系统设计

    气动原理图如图2所示。

图2 气动原理图

    气源出来的气体经过二联件处理后进入到汇流板。通过相应的电磁换向阀可进入气动执行元件，分别驱动气缸1的左右移动、气缸2的推料动作、气缸3的上升下降运动、吸盘4的抓料和松料动作。整个气动系统的3个气缸全部采用出气节流调速；电磁阀采用3个二位五通阀和1个二位二通阀。选用集装式电磁换向阀，将所有电磁换向阀由汇流板集装在一起，以减小占用空间。

    三、程序流程图及软件设计

    实现功能。物料搬运系统具有左右移动、上下移动及对物料的夹紧和放松、推料进退功能，在PLC控制下可实现单步、自动等多种工作方式。另外，物料被夹手搬运完成以后，为满足连续动作需要，还必须将此物料运送回原点位置，以供下次搬运需要。系统可完成的各种工作方式如下。

    单步：可实现“上升”，“下降”，“左移”，“右移”，“夹紧”，“放松”，“推料进”，“推料退”等八种点动操作；

    连续：按下“启动”按钮后，夹手从原点位置开始连续不断地执行搬运物料的个步。

    根据上述任务，先设计主程序框图，如图3所示。

图3 主程序框图

    物料搬运系统实现的动作：下降→抓料→上升→右移→再下降→松料→再上升→左移→推料进→推料退。

    在这个系统中，我们只实现一个物料的循环动作，故在机械手回原点后，需将物料推回原来位置。

    在PLC控制下可实现单动、连续动作工作方式。

    系统上电后，通过旋转按扭选择是单动还是连动，如果是单动则执行单动程序，否则执行连动程序。

    单动工作方式：利用按钮对夹手每一动作单独进行控制。

    连续：按下启动按钮，夹手从原点开始，按工序自动循环工作，直到按下停止按钮，夹手在完成后一个周期的工作后，返回原点，自动停机。如图4所示

图4 连续动作顺序流程图

    四、结论

    基于PLC控制的物料搬运系统能够实现物料的自动循环搬运。此系统既可以使用夹手夹持物料，又可以使用真空吸盘吸附物料，具有多种用途功能；气动系统的电磁换向阀采用汇流板集装，减少了占用空间；在PLC的控制下可以实现单动和连动两种执行方式，完成物料的搬运。