西门子6ES7223-1BM22-0XA8技术介绍

: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tigaoPLC控制系统的可靠性,一是需要PLC生产厂家tigaoPLC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。

 系统介绍：

　　确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气liuliang等是空压站自动控制的基本任务。空压机设备自带的单片机控制器已经能很好的控制单台空压机，但不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，系统的整体联控具有更重要的意义。

　　联控系统主要的功能是可以实现空压机机组（包括每台空压机的后处理设备）的联锁控制，能根据总管压力和空压机的运行状态智能地加卸载对应的空压机等以保证管网的供气稳定。

　　联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，具体工作模式参考《顺序控制与通讯协议手册》，而固定模式的启动顺序是保持不变的。

　　空压机联控系统图：

　　工控机选用研华工控机，监控软件为组态王。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。

　　1#EC20PLC和2#EC20 PLC分别为两个空压机站的控制中心完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；

　　由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台PLC，改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。

二 设备工艺

　　PLC控制部分是系统的核心部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。

　　就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。所以在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。

　　一个正常的供气流程如下：

　　把确定在网机组数与机组中间运行状态结合起来就构成了控制思路的基本环节。即通过压力报警确定机组数目需要增加或减少，如果已经在中间状态了加载、满载、卸载任意一个，就按增气或减气的方向移动中间状态直到运行到边界状态；当到达边界状态时按增气或减气的方向移动到下一台。当然如要稳定下来必须是在中间状态，边界状态是不能稳定的。

三 控制程序

　　空压机联控系统主要是PLC与单片机交换数据并确定每台空压机的运行方式。

程序的编写主体上分两大部分：读数据部分和写数据部分，流程图如下，

（一）读取单片机的信息

　　根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。

　　在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

　　Modbus指令只需要一次上升沿作为发送使能，周期sm124没有开合的状态变化即没有上升沿，所以周期过后靠sm1的常闭上升沿作为Modbus指令的发送使能。每次发送的同时靠发送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136与通讯程序没有任何直接关系，只是贯穿程序所必须的标志位。

　　（二）向单片机中写入相关信息

　　整个写信息部分分下面三块：

　　a.逻辑判断运算部分
　　供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。

　　按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。

　　 为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，然后需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作。

　　由于我们对故障进行了分类，所以可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：
　　1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）
　　2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）
　　没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）

　　对故障分类的控制策略是很有价值的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。

　　b.数据帧结构部分
　　在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。

　　c.Modbus通讯指令发送部分

　　指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。
客户还要求机组顺序可以任意打乱，但是顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱所以只能把机器号放到依照固定顺序排列的机器号寄存器里面去，打乱这些机器号寄存器里面存放着的机器号的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，然后根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组机器号寄存器的后面机器号寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退先进。
　　
四 总结

　　空压机系统联控可以根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。有效保持了系统内空气压力稳定。调整了整体的负载平衡，减少了排气放空，节约了更多的能源，tigao了监控系统的全面有效性，真正实现了无人自动化操作。