西门子6ES7214-2BD23-0XB8常规现货
随着社会进步的发展,各机械产品层出不穷。控制系统的发展已经很成熟,应用范围涉及各个领域,例如:机械、汽车制造、化工、交通、军事、民用等。PLC专为工业环境应用而设计,其显著的特点之一就是可靠性高、抗干扰能力强。PLC的应用不但大大地tigao了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力,而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点,在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。
LED大屏幕移动控制系统是专为各类演艺剧场、文体中心、电视台等场所安装的LED大屏幕提供的一套全自动化移动控制系统。通过该系统可以实现基本的LED显示屏屏体供电(可定时开关屏)、显示屏屏体走行控制、显示屏屏体温度采集等功能。通过本公司自己专门为此系统研发的控制软件,可以和显示屏显示控制系统经以太网实现融合,超控人员可以在控制中心即可完成LED大屏幕的所有控制,大大减少人力资源、控制起来更方便、准确、快捷。
一、控制系统可实现功能
1.屏体供电及电量采集系统。
2.屏体温度采集及温度过高报警处理。
3.显示屏可以是在弧型轨道上或是直线轨道上行走,开启时,由慢到快,停车时由快到慢。显示屏对接时的速度很低,保证显示屏不发生碰撞(现场调整)。
4.显示屏移动的控制,可在远程(如导演室),通过PLC实现。也可在移动机构控制柜前(本地操作)通过按钮控制(应急时使用)。
5.1#显示屏和2#显示屏可以实现单独左右行走,也可实现同时并屏和开屏行走。显示屏开到大位置时有机械定位装置。设计大速度每分钟9米,可通过变频器降低行走速度。
二、控制系统架构图
三、PLC的工作原理
1.PLC的扫描
用户程序通过编程器输入并存放在PLC的用户存储器中,当PLC运行时,用户程序中有众多的操作需要去执行,但CPU是不能同时执行多个操作的,它只能按分时操作原理工作,即每一时刻只执行一个操作。由于CPU的运算处理速度很高,使得外部出现的结构从宏观上看好像是同时完成的。这种按分时原则、顺序执行程序的各种操作的过程称为CPU对程序的扫描。执行一次扫描的时间称为扫描周期。
当PLC投入运行时,它首先执行系统程序和CPU自检等工作,然后开始顺序执行用户程序。PLC的用户程序由若干条指令(语句)组成,这些指令在存储器中是按步序号的顺序排列的。用户程序的执行是按顺序扫描工作方式完成的。在没有中断或跳转控制的情况下,CPU从条指令开始,顺序逐条地执行用户程序,直到用户程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期,然后再返回条指令开始新的一轮扫描,PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描周期。
2.PLC的工作过程
PLC是在系统软件的控制和指挥下,采用循环顺序扫描的方式工作的,其工作过程就是程序的执行过程,它分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
1)输入采样阶段。在输入采样阶段,PLC用扫描方式,把所有输入端的外部输入信号的通/断状态一次写入到输入映像寄存器中,此时,输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段,在程序执行或输出阶段,输入映像寄存器与外界隔离,即使外部输入信号的状态发生了变化,输入映像寄存器的内容也不会随之改变。输入信号变化了的状态,只能在下一个扫描周期的输入采样阶段才被读入。换句话说,再输入采样阶段采样结束之后,无论输入信号如何变化,输入映像寄存器的内容保持不变,直到下一个扫描周期的输入采样阶段,才重新写入新的内容。
2)程序执行阶段。在程序执行阶段,PLC逐条解释和执行程序。若是梯形图程序,则按先上后下、先左后右的顺序进行扫描(执行)。若遇到跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。在顺序执行程序时,所需要的输入状态由输入映像寄存器读出,所需要的其他元件的状态从元件映像寄存器中读出,而将执行结果写入到元件映像寄存器中。对于每个元件来说,元件映像寄存器中所存的内容会随着程序执行的进程而变化。
3)输出刷新阶段。当所有的用户程序执行完成后,集中将元件映像寄存器中的输出元件的状态转存到输出锁寄存器中,经过输出模块隔离和功率放大,转换成被控设备所能接收的电压或电流信号后,再去驱动被控制的用户输出设备。
3.腾控科技PLC特点
该系统选用腾控科技T-920PLC,PLC特点如下:①编程方法简单易学;②功能强,性能价格比高;③硬件配套齐全,使用方便,适应性强;④可靠性高,抗干扰能力强;⑤系统的设计、安装、调试工作量少。
腾控科技T-920:支持IEC61131-3标准的编程环境;18路DI,光电隔离。可兼做2路高速计数或1路差分编码器计数;12路DO,触点容量250V/5A或DC30V/5A;2路AI,10位A/D,可选输入0-5V或0-20mA;提供1个10M/100M以太网接口,支持MODBUS/TCP协议,支持IEC60870-5-104协议;2个RS232/RS485接口,支持MODBUS协议或者自由口编程;AC90~264V供电,大功耗小于12W;对外提供1路直流24V电源,大功率5W;工作温度:-40℃~85℃湿度:5%~95%RH无凝露,IP20防护。
像大多数吹塑设备原始制造商(OEMs)一样,基于多元智能的R&B塑料机械有限公司(R&B)必须jingque协调各种机械的运动。他们的机器使用过闭环液压驱动器搭配专用运动控制卡件。这套方案不仅价格昂贵,而且难于协调。近,该公司成功地用常规PLC实现了吹塑机运动控制功能,这样做既tigao了产量,又缩短了机器运转周期,还削减了生产成本。
R&B能够提供塑料机械、铸造、加工、以及切割系统的解决方案。他们提供的产品包括可编程控制器、触摸屏式操作界面、独立的型坯控制器、倾斜或水平机械、模件表面补偿压盘、机械切割机、单螺杆挤出机以及高精度的吹塑加工设备。
该公司还可以根据客户要求设计并定制设备,以满足各种生产需求。此外,他们还提供机器检验、安装/拆除、维修以及金属切割服务。
将运动控制集成到PLC程序使编程变得简单,而且tigao了R&B塑料机械公司系列
吹塑机的性能。图片来源:Siemens SEA
用PLC实现运动控制
一种特殊的R&B吹塑机器有9根伺服液压驱动轴——3根用来控制型坯(把材料挤压成空心管或半球体,这是吹塑工艺的步),6根用来控制运动。这种机器包含2个梭子,2个模具,以及2根吹管。运转时控制工程网版权所有,夹具反复打开和夹紧模具,吹管反复做上下运动,传送装置带动夹具至型坯正下方,到达吹气位置。
David Chin是NDC Technologies的技术人员,该公司是Siemens的战略合作伙伴,一同参与了R&B控制系统升级项目。Chin说:“R&B使用了标准的Siemens Simatic S7 PLC来控制这些位置运动。我们提供了一套功能模块,使R&B能运用PLC进行位置控制。其它的机器可能要使用运动控制器来控制运动,这是一种专用于伺服控制和定位的控制器。我们定制的功能模块能够达到与独立控制器相同的功能和性能。”
Chin说:“PLC通常很难做到高精度的伺服控制,这是专用运动控制器被广泛采用的原因。但是在我们的应用中,标准的Siemens S-7 PLC承担了运动控制功能,它通过液压驱动装置对各个部件进行定位。”
PLC还对30多个区域进行温度控制,这些区域包括加料斗、挤出机以及型坯顶部。其中12个区域既能加热又能冷却,另外18个只能加热。温控系统必须将机器各部分的温度误差范围控制在1度以内。型坯顶部要能够将料斗传来的冷塑料加热到415 °F。
常规PLC采用IEC-61131标准语言编写的功能模块控制所有的伺服液压系统驱动轴。它不需要特殊的运动控制环境。加入运动控制功能的PLC相对于专用PLC和独立的运动控制器而言,具有更出色的性能和更高效的处理能力。
集成型坯控制
R&B初希望通过PLC实现型坯控制。通常,吹塑机由机械控制器或基于PC的自动化设备控制。前者带有独立的型坯程序单元以及专用运动控制卡件;后者通过专用代码达到运动控制的要求。
然而,R&B希望将型坯程序集成到主机器控制器中。如果PLC的运算速度足够快,就能有够实现这一目标。用于型坯控制的模拟数据直接从一个位置检测器输入。所有的处理过程都和普通PLC程序一样。终,驱动型坯吹塑的液压阀由PLC输出的模拟信号控制。整个过程不需要借助任何专用设备。
该公司随后把其余的伺服液压轴控制程序也集成到PLC中。位置检测器通过SSI模块把数据传送到PLC。如有需要,可以通过Siemens的Profibus Isochrone(等时)模式将SSI模块传来的位置数据与PLC程序同步。同样,液压阀都由标准的模拟输出信号控制。
另外,R&B还把控制吹管与传送装置运行的程序集成到PLC中。当传送装置将模子带动到吹管位置时,吹管就会按程序设定向下运动。由于两者(传送装置与吹管)的转轴实现了协调控制,这个过程很少出错且不用担心会产生碰撞。
在把这项功能集成到PLC之前,由于吹管和传送装置之间无法通信,R&B无法实现两者的同步。PLC的通信协议使两者首度实现了同步。
减少空循环时间
吹塑过程中,所有机器吹制或冷却一个瓶子的时间都相差无几。但是,在循环时间,尤其是空循环时间(机器不在吹瓶的时间)方面,机器之间存在差异。循环时间是指开始吹一个瓶到准备吹另一个瓶之间的全部时间。
PLC中的运动控制功能tisheng了协调空循环动作的水平,从而减少了特定动作之间的间隔时间。它们能依据位置而不是时间协调各种动作。这样就能大大减少空循环的时间,为R&B赢得了循环时间上的优势。其结果是可以节省下大约20%的空循环时间。
事实证明控制工程网版权所有,采用基于常规PLC的自动化吹塑解决方案代替专用运动型坯控制器可以获得巨大的优势。由于所有的伺服功能都由一个功能模块控制,这意味着更好的协调性、更快的机器循环时间、更简洁高效的程序以及更精简的设备。另外,由于专用硬件都是小规模生产的,势必会产生质量控制和长期技术支持方面的问题,而且需要根据出现的问题修改设计,所有这些都会增加额外的经济投入。
事实证明,与基于PC的控制相比,基于PLC的自动化解决方案能为吹塑提供更有吸引力的成套控制设备。它们拥有更好的模块,使用了固态存储器控制工程网版权所有,不需要第三方操作系统,使用寿命更持久,长期支持更出色。与PC相比,PLC的关键优势之一是在突然关闭的情况下依然能够保存数据(如断电情况)。
R&B Plastics的Jake Losee说:“现在我们采用一个控制器控制PLC功能和运动控制功能。以前使用独立运动控制卡时的通信延迟已经不存在了。而且,我们能记录每根轴的转动。以前我们使用独立软件时,需要了解专用运动控制卡的技术人员对其进行编程。现在,用户可以通过人机界面(HMI)自行完成这些工作。”
Losee还说:“我们的一个目标是精简设备。额外的设备意味着更高的成本、更繁琐的维护以及更多的配套软件。这就要求我们对维护人员进行更多的培训。用PLC集成运动和型坯控制确实是一个高度优化的控制方案。
科学技术的飞跃发展给当前工业自动化带来了革命性的变革,传统的依靠继电器和分离的电子线路来实现的系统控制方法已经远远不能满足控制要求。因此,PLC控制技术应运而生,这使得全世界的工业控制技术得到质的飞跃。然而,其单纯的逻辑顺序控制功能以及控制过程中的不透明性在某些领域还存在缺陷。为此,本文提出了以B&R为下位机的控制系统和上位机采用组态王进行组态的新的人工模拟降雨系统设计思路,这大大tigao了控制过程中的稳定性、监控性和有效性,很好地解决了问题。
1 人工降雨器简介
本标准径流场人工模拟降雨系统建在自然坡面上,高约10m,96个X型下喷式喷头均匀分布在20m×5m的范围内,其喷头由四组不同喷嘴孔径组合而成,分为24组,分别由24个电磁阀控制其开闭;供水管道上设置一台电动liuliang调节阀和一块压力表,通过调节liuliang调节阀的开度控制管道liuliang并显示当前管道压力。
通过对人工降雨供水管道liuliang以及对人工降雨喷头的控制,实现不同强度、分布和历时的人工降雨模拟过程;并由该系统提供实时准确而有效的原始数据,对不同降雨强度、不同降雨历时和不同时期土壤含水量对土壤下渗的影响及降雨时土壤水分运动规律等进行模拟研究,这一系统的实施必将有助于径流研究的发展。
2 系统硬件构成
2.1可编程计算机控制器(PCC)介绍。可编程计算机控制器(ProgrammableComputerController简称PCC)是奥地利贝加莱(B&R)自动化公司于1994年在工控界提出的。它将工业控制计算机(IPC)与常规可编程控制器(PLC)的特点结合起来。无论是从内部的硬件功能,还是从外部的编程、开发环境的简便而言,它都比常规可编程控制器PLC有较大进步。PCC的硬件和软件具有如下特点:
2.1.1CPU模块采用多处理器结构。
2.1.2定性的分时多任务操作系统。
2.1.3模块式结构,系统配置灵活,便于安装。
2.1.4较大的程序存储空间。
2.1.5编程语言化。
2.2系统的组成和功能。根据人工模拟降雨控制系统的特点,该控制系统采用研华工控计算机作为上位机,B&RPCC-2003系列模块作为下位机。上位机采用IPC2000安装了B&RAutomationStudioV2.40操作系统;下位机采用高性能的可编程计算机控制器B&RPCC-2003系列的CPU474,模拟量输入模块AI774,模拟量输出模块AO352,数字量混合模块DM465等;上(下)位机的通讯采用CAN总线或RS232总线。
系统硬件构成如图1所示:
图1系统硬件构成
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图1系统硬件构成
整个系统采用二级分布式上、下位机结构,上位机系统的人机界面可全线监控,具备压力状态显示、动画模拟降雨,管道泵、电磁阀、liuliang调节阀开度控制及显示等功能。下位机由B&R2003系列可编程计算机控制器构成,CPU模块与上位机进行通讯并监控现场设备;模拟量输入模块AI774与压力表和liuliang调节阀相接来显示压力和调节阀开度;模拟量输出模块AO352与liuliang调节阀相接来控制调节阀的开度;数字量混合模块DM465的输出功能用来控制管道泵和电磁阀的开启。
3 系统软件设计
根据控制系统的要求,我们编制了系统控制软件,它主要由上位机组态软件和下位机控制软件构成。
3.1上位机组态软件设计。上位机组态软件的开发平台选用北京亚控公司的组态王6.0(Kingview6.0)软件,组态王软件是随着对工业自动化的要求越来越高,以及大量控制设备和过程监控装置之间的通讯的需要,为实现监控和数据采集系统而开发,运行在bbbbbbs9X/2000/NT上的一种组态软件。
组态王6.0软件具有完备的工业图形库,如阀门、管道、模拟传统显示仪表等,使操作画面更贴切用户,装置工艺流程、设备运行状态一目了然,tigao用户操作的安全性和可靠性。
系统的监控界面主要包括:操作界面、模拟降雨大厅界面、调节阀调节界面、组合方式设定界面、电磁阀组合界面等。操作界面用来在手动方式下监控管道泵和电磁阀的开启、调节阀的开度和管道的压力;模拟降雨大厅界面用来模拟降雨并具有监视现场设备工作运行情况的功能;调节阀调节界面具有调节其开度并显示的功能;组合方式界面和电磁阀组合界面用于组合方式下,其中组合方式界面用来设定降雨时间和调节阀开度以及时间段的选择;电磁阀组合界面用来控制电磁阀的开启。
3.2下位机控制软件设计。下位机控制软件利用贝加莱工业自动化公司的AutomationStudio(AS)编程软件,AutomationStudio支持梯形图、指令表、结构文本、顺序功能图、AutomationBasic、标准C语言等6种的标准的开发语言;用户根据需要可以在同一个项目中选择一种或多种语言进行编程。同时,编程环境中包含丰富的函数库及功能块,根据需要可直接调用,大大减轻了开发人员的工作量。
下位机控制机软件设计主要包括上、下位机通讯,手动方式和组合方式等任务模块,其中手动方式和组合方式流程图分别如图2、图3所示。
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4 结语
本文研究的以PCC为核心的人工模拟降雨控制系统于2004年10月成功地用于黄河水土保持西峰治理监督局南小河沟流域湫沟试验区,运行情况表明,系统的可靠性高,运行组态灵活,具有高度的适应性和扩展性
PLC作为新一代的工业控制器,由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学等优点,因而广泛应用于电力、机械、纺织、电子、交通运输、石油化工等行业的自动控制系统中。PLC是专门为工业控制设计的,在设计和制造过程中采取了多层次的抗干扰措施,使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作,运行的稳定性和可靠性很高。PLC整机的平均无故障时间可达几十万小时。
随着相关技术的发展,PLC的功能也越来越强,使用越来越方便。但是,整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提,在设计和安装PLC系统的过程中还要采取相应的措施,才能保证系统可靠工作。如果PLC的工作环境过于恶劣,如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强,以及电磁干扰严重或安装使用不当等,都会直接影响PLC的正常、安全和可靠运行。如果外围电路的抗干扰措施不当,整个控制系统的可靠性就大大降低。因此,在系统设计时应予以充分的考虑,在硬件上进行适当的配置,并辅以相应的软件,以实现系统故障的防范。PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行,系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。因此,分析研究PLC应用中的可靠性和抗干扰技术是十分必要的。要tigaoPLC控制系统的可靠性,既要在硬件上采取措施,又要在软件上设计相应的保护程序。
1.PLC控制系统中的干扰源
PLC系统的干扰源根据其来源分为内部干扰源和外部干扰源两类,一般主要包括以下几个方面。
(1)来自电气控制柜设备内部的干扰
①来自PLC系统内部的干扰,主要由PLC系统内部元器件及电路间的电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,数字地、模拟地和系统地处理不当而相互影响,以及元器件间的相互不匹配使用等。这属于PLC制造商对系统内部进行电磁兼容设计的内容,作为使用者是无法改变的。
②电气控制柜中使用诸如大功率变频器和交流接触器等容易产生干扰的器件。此类干扰有电路参数和工作点选择不当而引起的震荡或波形畸变、快速上升的脉冲源以及在信号传送时阻抗的不匹配、器件的物理噪声(如元件热噪声、触点热电势等)。
③由于元器件布局不合理造成的内部信号相互串扰。如线路中存在的电容性元件引起的寄生振荡以及由于电路逻辑设计和系统电气设计不合理所产生的干扰。
(2)来自电气控制柜外部的干扰
①来自电源的干扰。由于PLC系统的正常供电电源均由电网供电,因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多,如高压断路器、隔离开关、大容量变压器等的影响,大型电力设备起停和交直流传动装置引起的谐波,各种电气设备(电动机、空气开关等)、电焊机及电力系统的短路故障等,都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源,但制造工艺等因素使其隔离性并不理想。由于分布电容的存在,隔离是不可能的。
②来自信号线引入的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号线除了传送各类有效的信息之外,还会受到空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰。这类干扰信号会引起PLC的I/O信号工作异常。
③来自接地系统的干扰。由地线侵入的静电耦合或电磁耦合可对系统产生干扰。在PLC控制系统中,由于各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,形成共模噪声,影响系统正常工作。此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。正确的接地既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰。错误的接地不仅会引入干扰信号,接地线本身还会成为天线向外辐射噪声,干扰PLC控制系统的正常工作。
④按钮、继电器等工作时触点间产生的电弧、静电产生的火花放电、外界的高频加热器、高频淬火设备、杂乱的无线电波信号等带来的干扰等。
(3)其他干扰
①雷击造成的过电压和过电流。
②温度变化引起的接触电阻的变化。
③机械振动。
2.干扰途径
PLC控制系统受到干扰的主要途径有电源线、输入/输出线和空间传播等。电源受干扰后,PLC控制系统的供电质量变差,会引起PLC控制失灵。输入/输出线受干扰后,会出现输入/输出控制紊乱。空中干扰主要以电磁感应和静电感应形式使PLC的CPU出现误操作。
3.PLC控制系统中的抗干扰措施
PLC控制系统的可靠性设计在系统设计中占有重要地位,在实际设计中,应根据应用系统的具体特点和应用环境的具体条件,灵活地选择行之有效的可靠性设计技术和抗干扰措施,全面、合理地考虑系统的软件和硬件设计,从总体上tigao系统的抗干扰能力和可靠性。
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰,对有些干扰情况还需做具体分析。在实际开发过程中,应充分考虑到对PLC的各种不利因素,在硬件、软件的设计和安装中采取适当的保护措施,才能保证控制系统安全、可靠地运行。
要tigaoPLC控制系统的可靠性,针对干扰产生的原因,必须从设计阶段就采取相应的抑制措施,常见的措施有tigao装置和系统的抗干扰能力、抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径等,基本的抗干扰措施如表1所示。
表1 常用的抗干扰措施
工程设计人员仅仅了解抗干扰的原则,掌握抗干扰的基本措施还不够,许多情况下干扰源对系统的干扰不是那么明显,应综合考虑各方面的因素,在实践中不断总结。在实际的工程设计中通常采用的主要抗干扰措施有:
(1)选择抗干扰能力强的产品
在控制系统的设备选型阶段,考虑到各厂家PLC抗干扰性能的优劣,选型时就需选择有较高抗干扰能力的产品,其包括了电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC),尤其是抗外部干扰的能力,如采用浮地技术、隔离性能好的PLC。其次还应了解生产厂家给出的抗干扰指标,如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作等。另外好的方法是考察该型号PLC在类似工作环境中的使用情况。
(2)采用性能好的电源,抑制电网干扰
在PLC控制系统中,电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU电源、I/O电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入。PLC系统的供电电源一般都采用隔离性能较好的电源,变送器的电源及与PLC有直接电气连接的仪表的供电电源应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的产品,以减少对PLC系统的干扰。
此外,PLC电源要与整个供电系统的动力电源分开,一般在进入PLC系统时加屏蔽隔离变压器。屏蔽隔离变压器的次级侧至PLC系统间必须采用不小于2mm2的双绞线。屏蔽体一般位于一、二次侧两线圈之间并与大地连接,这样就可消除线圈间的直接耦合。另外,电源谐波比较严重时,可在隔离变压器前面加滤波器来消除电源的大部分谐波。必要时可在供电的电源线路上接入低通滤波器,以滤去高频干扰信号。滤波器应放在隔离变压器之前,即先滤波后隔离。分离供电系统,将控制器、I/O通道和其他设备的供电采用各自的隔离变压器分离开来,也有助于抗电网干扰。
(3)电缆的选择和敷设
PLC控制系统的线路中有电源线、输入/输出线、动力线和接地线,布线不当则会造成电磁感应和静电感应等干扰,因此必须按照特定的要求布线。动力电缆为高压大电流线路,PLC系统的配线靠近时会受到干扰,因此布线时要将PLC的输入/输出线与其他控制线分开,不要共用一条电缆。开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线,而且后者应采用屏蔽线,并且将屏蔽层接地。数字传送线也要采用屏蔽线,并且要将屏蔽层接地。外部布线时应将控制电缆、动力电缆、输入/输出线分开且单独布线,相互之间一般应保持30cm以上的间距。当实际情况只能允许在同一线槽布线时,就用金属板把控制电缆、动力电缆、输入/输出线间隔开来并屏蔽,金属板还必须接地。隔离变压器二次侧的电源线要采用2mm2以上的铜芯聚氯乙烯绝缘双绞软线。经过这样处理的电源线、输入/输出线与动力线就可以减少外界磁场及相互之间的干扰。
(4)安装中的抗干扰措施
PLC控制系统所处的环境对其自身的抗干扰也有一定的关系,因此在安装时应注意以下几个方面。
①滤波器、隔离稳压器应设在PLC控制柜的电源进线口处,不让干扰进入控制柜内,或尽量缩短进线距离。
②PLC控制柜应尽可能远离高压柜、大动力设备和高频设备。
③PLC要尽可能远离继电器之类的电磁线圈和容易产生电弧的触点。
④PLC要远离发热的电气设备或其他热源,并放在通风良好的位置上。
⑤PLC的外部要有可靠的防水措施,以防止雨水进入,造成机器损坏。
(5)正确选择接地点,完善接地系统
接地的目的通常有两个,一是为了安全,二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
系统接地方式有浮地方式、直接接地方式和电容接地3种。PLC控制系统属于高速低电平控制装置,应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响,装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz,所以PLC控制系统的接地线一般采用一点接地和串联一点接地的方式,好单独接地,也可以与其他设备公共接地,但严禁与其他设备串连接地。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式,各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大,应采用串联一点接地的方式,即用一根大截面铜母线(或绝缘电缆)连接各装置的柜体中心接地点,然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于20mm2的铜导线,总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻应小于2Ω,接地极好埋在距建筑物10~15m远处,而且PLC系统的接地点必须与强电设备的接地点相距10m以上。
信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地,不接地时应在PLC侧接地。信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地。多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理。连接接地线时,应注意以下几点:
①PLC控制系统单独接地。
②PLC系统的接地端是抗干扰的中性端子,正确接地可以有效消除电源系统的共模干扰。
③PLC系统的接地线至少用20mm2的专用接地线,以防止感应电的产生。
④输入/输出信号电缆的屏蔽线应与接地端子连接,且接地良好。
(6)外围设备干扰的抑制
①PLC输入/输出端子的保护
当输入信号源为感性元件,输出驱动的负载为感性元件时,对于直流电路应在其两端并联续流二极管。对于交流电路,应在其两端并联阻容吸收电路。其作用是为了防止在感性输入或输出电路断开时产生很高的感应电势或浪涌电流对PLC输入/输出端和内部电源的冲击,若PLC的驱动元件主要是电磁阀和交流接触器线圈,应在PLC输出端与驱动元件之间增加光电隔离的过零型固态继电器。
②输入/输出信号的防错
当输出元件为双向晶闸管或晶体管而外部负载又很小时,因为这类输出元件在关断时有较大的漏电流,使输入电路和外部负载电路不易关断,导致输入/输出信号的错误,为此应在这类输入/输出端并联旁路电阻,以减小PLC的输入电流和外部负载上的电流。
③漏电流
当采用接近开关、光电开关等直流两线式传感器输入信号时,若漏电流较大,应考虑由此而产生的误动作,使PLC输入信号不能关断。一般在PLC的输入端子上接一旁路电阻,以减少输入阻抗。同样用双向晶闸管输出时,为避免漏电流等原因引起的输出元件关断不了,也可以在输出端并联一旁路电阻。
④浪涌电压
在PLC触点(开关量)输出的场合,不管PLC本身有无抗干扰措施,都应采用RC吸收回路(交流负载)或并接续流二级管(直流负载),以吸收感性负载产生的浪涌电压。
⑤冲击电流
用晶体管或双向晶闸管输出模块驱动白炽灯之类的负载时,为保护输出模块,应在PLC输出端并接旁路电阻或与负载串联限流电阻。
(7)电磁干扰的抑制
根据干扰模式的不同,PLC控制系统的电磁干扰分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射等在信号线上感应的电压叠加所形成。共模电压有时较大,特别是采用隔离性能差的配电器供电时,变送器输出信号的共模电压普遍较高,有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这是PLC系统I/O模块损坏率较高的主要原因)。这种共模干扰可为直流,也可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间的感应以及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压。这种电压叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。为了保证PLC控制系统在工业环境中免受或减少电磁干扰,一般采用隔离和屏蔽的方法。
(8)软件抗干扰措施
由于电磁干扰的复杂性,要根本消除干扰的影响是不可能的,因此在PLC控制系统的软件设计和组态时,还应在软件方面进行抗干扰处理,进一步tigao系统的可靠性。
由于噪声、开关的误动作、模拟信号误差等因素的影响,PLC的外部开关量和模拟量输入信号会出现错误,引起程序判断失误,造成事故。当按钮、开关作为输入信号时,则不可避免产生抖动。如果输入信号是继电器/接触器触点,有时会产生瞬间跳动,引起系统误动作。在这种情况下,可采用定时器延时来去掉抖动,定时时间根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定,这样可保证触点确实稳定闭合(或断开)后才执行特定的任务处理。
对于模拟信号可采用多种软件滤波方法来tigao数据的可靠性。连续采样多次,采样间隔根据A/D转换时间和信号的变化频率而定。采样数据先后存放在不同的数据寄存器中,经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。常用的数字滤波方法有程序判断滤波、中值滤波、滑动平均值滤波、防脉冲干扰平均值滤波、算术平均值滤波、去极值平均滤波等。
①程序判断滤波适用于对采样信号因受到随机干扰或传感器不稳定而引起的失真进行滤波。设计时根据经验确定两次采样允许的大偏差,若先后两次采样的信号差值大于偏差,表明输入是干扰信号,应去掉,用上次采样值作为本次采样值。若差值不大于偏差,则本次采样值有效。
②中值滤波是连续输入3个采样信号,从中选择中间值作为有效采样信号。
③滑动平均值滤波是将数据存储器的一个区域(20个单元左右)作为循环队列,每次数据采集时先去掉队首的一个数据,再把新数据放入队尾,然后求平均值。
④去极值平均滤波是连续采样n次,求数据的累加和,同时找出其中的大值和小值,从累加和中减去大值和小值,再求(n-2)个数据的平均值作为有效的采样值。
⑤算术平均值滤波是求连续输入的n个采样数据的算术平均值作为有效的信号。它不能消除明显的脉冲干扰,只是削弱其影响。要tigao效果可采用去极值平均滤波。
⑥防脉冲干扰平均值滤波是连续进行4次采样,去掉其中的大值和小值,再求剩下的两个数据的平均值。它实际上是去极值平均滤波的特例。
在设计中还可以用线性插值法、二次抛物线插值法或分段曲线拟合等方法对数据进行非线性补偿,tigao数据的线性度。也可采用零位补偿或自动零跟踪补偿等方法来处理零漂,修正误差,tigao采样数据的精度。
另外还可进行信号相容性检查,包括开关信号之间的状态是否矛盾,模拟信号值的变化范围是否正常,开关量信号与模拟量信号之间是否一致,以及各信号的时序关系是否正确等。定时校正参考点电位,并采用动态零点,可有效防止电位漂移。采用信息冗余技术,设计相应的软件标志位,并通过设置软件陷阱等方法来tigao软件结构的可靠性。