西门子6ES7214-1BD23-0XB8现货充足

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、系统配置

    一台细纱机通常有250～400个纱锭，纺纱锭数一般用细纱机台数×40来表示。细纱机本身的纺纱能力用纱锭的转速表示。细纱机的运行模式分为高、低速两档。在启动开绕和绕满停车时，为了防止断纱而实行软启动和停车。系统中用了16台内置EMC滤波器的变频器和16台三相250W的电机。控制系统采用 PLC。所有的变频器都由PLC通过RS485串行通信口来控制。这样不仅增强了系统的控制性能，而且还减少了系统布线和调试的时间。控制系统的框图如图1所示。运行模式如图2所示。

图1 系统框图

图2 系统运行模式

    纺纱过程中由电机来带动纱锭（线轴）工作。电机在变频器的控制下运转而带动纱锭进行纺纱。纺纱的质量取决于变频器能否在负载变化时保持稳定的运行。系统中采用欧姆龙3G3JV变频器来控制纱锭电机的运行，3G3JV变频器具有很高的动态性能容许负载快速变化，其FCC控制功能可以提供非常平稳的运行速度，从而减少了断纱，tigao了纺纱的质量。3G3JV变频器具有快速的捕捉再启动功能，当电网故障时可以快速地再同步纱锭速度，以避免断纱的产生。 3G3JV变频器可以控制电机在负载变化时从静止到输出650Hz平稳地运行。所有的变频器和电机的参数，如电机的实际速度、电机电流、电机的输出力矩以及变频器和电机的运行状态都可以通过串行口来访问。

    细纱机的运行模式分为高速和低速两档。在系统开绕到低速以及由低速到高速的加速过渡过程中，电机带动纱锭在变频器的控制下在设定的时间内均匀加速。在由高速到低速以及由低速到绕满停车的减速过渡过程中，电机在变频器的控制下在设定的时间内均匀减速，如系统的运行模式图所示。在启动开绕和绕满停车时，变频器实行软启动和停车，以避免断纱的出现。低速和高速的持续时间由PLC控制，而具体的运行速度是通过对变频器的设定来确定的。

    接通电源后，吸风电动机开始工作。同时，钢领板升降电动机正转，钢领板上升。当钢领板升到了始纺位置时，其复位开关动作，电动机停止。按下低速起动按钮，主机开始低速运行，进行细纱接头。按下高速起动按钮，转换为高速运转，全机进入正常纺纱阶段。

    纺纱满管后，钢领板复位开关动作，满管信号灯亮。进入工作位置，主机停止开关接通，此时，主机高速接触器释放，钢领板升降中间继电器吸合，主机断电保持惯性回转。随后，钢领板升降电动机反转，钢领板开始下降，降到极限位置时，钢领板下降限位开关动作，停止下降。撑爪电磁铁吸合时，将撑爪打开，主轴制动电磁铁吸合，主轴制动刹车。经过一段延时后，切断控制电源，落纱完毕。

    需要中途停车时，按下中途停车按钮，主机即可停车，并自行制动。需要提前落纱时，按下中途落纱按钮即可。当机器发生意外时，按下紧急停车择钮，可使全机立即停车。

    在程序中设置了各个过程、设备之间的联锁保护，使生产过程更加安全、合理。

    5、结束语

    系统中采用的3G3JV变频器的防护等级为IP20，为了保证变频器长期可靠地运行，在系统工作过程中需要注意以下几个方面：

    （1）由于纺织生产本身的工艺要求，要保持车间一定的温度和湿度，在炎热的夏季一定要注意变频器柜体的温度不要超限，要确保柜体的通风。

    （2）由于纺纱车间的粉尘较多，如果变频器的柜体设计密封程度不够，粉尘进入变频器内堆积，吸附在电力、电子元件上，将会导致绝缘降低，引起变频器故障。因此在设计柜体时要注意防尘，并定期清理柜子的过滤器。

    （3）由于供电质量低以及同一电网连接多台变频器，故需考虑在每台变频器的输入端加进线电抗器，以保护变频器长久地正常运行。

4 接地系统引入的干扰

    良好的接地可抑制内部噪声耦合，防止外部干扰侵入，是PLC控制系统抗干扰的有效手段之一。

    (1)“一点接地”可以有效地避开地环路电流的干扰。

    如图3所示，以屏蔽线的接地为例加以分析。其中ES为信号源，RS为信号源内阻，RL为负载电阻。

图3 屏蔽线的接地方法

    单端接地时，假设信号电流i1从芯线流入屏蔽线，流过负载电阻RL之后，再通过屏蔽层返回信号源。因i1与i2大小相等方向相反，故产生的磁场干扰相互抵消，抑制磁场干扰同时抵制磁场耦合干扰。两端接地时，由于屏蔽层上流过的电流是i2与地环电流iG的叠加，抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地差。

    (2)并联接地可有效地克服公共地线阻抗的耦合干扰。

    并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关，互相之间不会造成耦合干扰。

    (3)正确处理不同信号的接地。

    当PLC、DCS、仪表等设备需要建立统一的基准电位时，应进行信号回路接地；当PLC、DCS等控制系统与模拟仪表联用时，应对模拟系统与数字系统两者提供一个公共的信号回路接地点。如果系统直流地悬浮运行，那么它的模拟地、数字地仍然要用低阻抗导线短接，不接大地，用户简单的应用就是浮地运行。

5 软件抗干扰

    硬件抗干扰措施是尽可能阻止干扰进入控制系统，但在很难将各种干扰完全拒之门外，这时，可以采用软件与硬件相结合的抗干扰措施来tigao系统的抗干扰能力。

    ①用内部计时器对运动状态进行监控。如，PLC控制某运动部件动作时，在发出该部件动作指令的同时启动一计时器，该计时器的设定值，为运动部件执行该动作所需的大可能时间；若运动部件在规定时间内完成了此动作，反馈一个信号，使计时器清零，则说明监控对象工作正常；否则，说明工作不正常，应停止控制。对按钮或行程开关的输入信号，可通过内部计时器延时，消除因脉冲干扰或因抖动而产生的误动作信号。

    ②用软件数字滤波可tigao输入信号的信噪比。在信号的采集过程中，可采用软件数字滤波方法减少随机干扰而可能使被测信号的随机误差。常用方法是平均值算法。对有大幅度随机干扰的系统，采用防脉冲干扰平均滤波法；对liuliang、液面等频繁波动的参数，用算术平均滤波法。

6 结束语

    工业现场环境恶劣，PLC在工业应用中的抗干扰设计是一个复杂的系统工程，应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰，使PIE控制系统可靠工作。

3 信号线引入的干扰

    由信号线引入的干扰会引起I／O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时会将I／O模块损坏，造成系统故障。抑制信号线引入的干扰可采取如下措施：

    (1)抑制输入信号干扰。

    输入信号的线间干扰(差模干扰)通过输入模块的滤波可以使其衰减，而输入信号线与大地间的共模干扰在PLC内部回路产生较大的电位差，是引起PLC误动作的主要原因，可通过良好的接地加以抑制。在输入端有感性负载时，为了防止电路信号突变而产生感应电动势损坏模块，对交流输入，可在负载两端并联电容C和电阻R，对直流输入，可并联续流二极管V。见图1。

图1 感性负载时输入端抗干扰措施

    其中R、C的选择，负载容量小于10 VA时，R可选120 Ω，C可选0.1 μF；负载容量在10 VA以上时，R宜选47 Ω，C宜选0.47 μF。

    (2)抑制输入感应电动势。

    由于输入信号线间、输入信号线和其他线之间存在寄生电容，通过电耦合会产生感应电动势。为抑制感应电动势，一般尽量采用直流输入。对于交流输入，可在输入端并联浪涌吸收器。如果配线距离长、电流大，也可用继电器加以转换。

    (3)抑制输出信号干扰。

    PLC系统的开关量输出有继电器、晶体管、晶闸管3种输出形式。具体选择要根据负载要求来决定。如对于交流负载，在开关时产生干扰较大的场合，可使用双向晶闸管输出。对于直流负载，通常是在线圈两端并联二极管V，二极管应尽可能靠近负载，其反向耐压应是负载电压的4倍以上。二极管的动作有一定的延时，如果需要快速断开，则采用建议并联稳压管。对于交流负载，应在线圈两端并联RC浪涌吸收电路，且RC愈靠近负载，抗干扰效果愈好。见图2。

图2 感性负载时输出端抗干扰措施

    (4)线缆选型与敷设的抗干扰。

    开关量信号一般对电缆无特殊要求，可选用一般的电缆；当数字脉冲信号频率较高时，应选用屏蔽电缆传输；模拟量信号是连续变化的信号，容易受干扰，要选用屏蔽线或带防护的双绞线。当模拟量信号离PLC距离较远时，应尽量采用电流传输方式；通信电缆的信号频率很高，应选择PLC生产厂家提供的专用电缆。交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的电缆；PLC的输入、输出线要与动力线分开，距离在200 mm以上，应减小动力线与信号线平行敷设的长度，特别是变频器到电动机的电缆一定要远离信号电缆。在变频器到电动机之间应增加交流电抗器，电抗器应装在距离变频器近的地方

   可编程控制器(PLC)是专为工业控制设计的，具有可靠性高、功能全、价格便宜的优点；但在实际应用中，因工业现场情况复杂，PLC常常受到恶劣的电磁干扰。为了有效地tigaoPLC控制系统的抗干扰性能力，对常见的干扰提出以下解决措施和方法。

1 空间辐射干扰

    主要指雷电、雷达、周围的高频感应加热设备等产生的空间辐射电干扰。对此类干扰，一般无法对于扰源进行抑制，只能切断或减弱电磁干扰的传播途径。在室外应用PLC或有传输线经过室外时，由雷击引起的浪涌使PLC或其他自动化设备损坏的情况比较常见。在实践中，可以采用等电位联结、屏蔽、保护隔离、合理布线和装设防雷装置等措施，进行全方位的防雷保护。其中简便、经济的措施是装设防雷装置。防雷装置能处理雷电浪涌电流的承受和泄放能力，同时限制被保护设备雷电过电压幅值，有效地对PLC及其相关设备起到保护作用。防雷装置应依据分级保护原则，根据不同的电源制式及现场情况进行选型，使过电压降低到对设备无害的量值。其工作电压以安装在此电路中所有部件的额定电压为准，剩余电压则根据此电路中所有部件的耐压强度确定。

2 电源的干扰

    由电源引入的干扰在工业现场较为常见。控制系统一般由电网电源供电，电网的波动、大功率用电设备启停、交直流传动装置引起的谐波等，都通过输电线路传到电源原边。电源干扰主要来自两个方面：一是通过PLC系统的供电电源直接串入，如CPU电源、I／O模块电源等；二是通过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的。

    抑制电源干扰一般可采取如下措施：

    ①PLC电源通常采用隔离电源。但因其结构及制造工艺等因素使其隔离效果并不理想，故在PLC电源输入端使用隔离变压器，其初级绕组和次级绕组分别加屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，对抑制电网干扰信号有较好效果。同时，二次侧接线使用双绞线，能有效减少电源线问干扰。

    ②使用滤波器。滤波器具有较强的抗干扰能力，同时可防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。在干扰严重场合，常常同时使用隔离变压器和滤波器。需要注意的是，应先把滤波器接入电源，然后再使用隔离变压器。

    ③采用分离供电方式。将PLC、I／O设备及其他装置分别由各自的具有隔离功能的变压器供电，并与主回路电源分开。需要注意的是，如果系统中含有扩展单元，则其通电与断电必须与基本单元同时进行；如做不到，应确保MOS电源先通电后断电。

    ④对于变送器和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电，应选择分布电容小、隔离效果好的配电器，以减小对PLC系统的干扰。

    ⑤有条件的情况下或重要的PLC控制系统中，应配置在线UPS供电，UPS供电既可tigao电源的供电可靠性，还具有较强的隔离性能。

 一、引言

    在水泥粉磨控制系统中，由于控制点比较多，所以一般都采用DCS或中型PLC来构建控制系统，系统的整体成本比较高，基于Haiwell（海为）国产PLC的优异性能和强大易用的通信功能，以极低的成本实现了对中型磨机（年产30万吨水泥）的控制。下面就对这一应用作一介绍。

    二、控制规模

    1、DI：112

    2、DO：40

    3、AI：24

    4、AO：4

    5、配料计量秤5台（每台秤的控制信号量：2xDI，1xDO，3xAI，1xAO）

    三、使用设备型号

    海为PLC部分：

    1、CPU主机：HW-S32ZS220T        1台

    2、DI扩展模块：HW-S24DI024N     4块

    3、DO扩展模块：HW-S24DO024T     1块

    4、AI扩展模块：HW-S04AI024N     4块

    5、AO扩展模块：HW-S04AO024N     1块

    6、通讯扩展模块：HW-S01RS        2块

    仪表部分：

    1、多路巡检仪：AI-704M           3台

    2、计量秤控制器                  5台

    四、解决方案

    在一般情况下，单台小型PLC无法实现这样规模的控制，海为PLC能够实现这一控制是基于以下特性：

    1、足够大的程序空间：16K

    2、可以扩展7个扩展模块

    3、支持5个通讯口，5个端口可以并行工作

    4、海为PLC的AI/AO模拟量扩展模块支持并行总线和串行总线二种扩展方式，采用串行总线扩展时不受AI/AO点数限制

    5、通讯效率高，通讯程序与扫描周期无关，无须人工控制时序来避免通讯端口的冲突，能完全满足实时性和可靠性要求

    在本控制系统中PLC的CPU主机通过并行总线扩展了7个模块：4个DI扩展模块+1个DO扩展模块+2个通讯扩展模块，这样PLC共有4个通讯口：CPU自带2个+2个扩展的通讯口，系统网络图如下：

图1

    如上图所示，COM1用于与上位机通讯，实现对这个控制系统的实时监控；COM2用于与4个AI模块和1个AO模块通讯，实现对标准模拟量信号的采集和控制；COM3用于与3台多路巡检仪表通讯，实现对热电阻温度信号的采集；COM4用于与5台计量秤控制器通讯，实现对计量秤的综合控制。

    由于将需要通讯的设备按高低速进行了合理的分配组网，把通讯量分散到不同的通讯口，充分满足了系统对实时性的要求。

、引言

    工业无线遥控系统可以将操作者或者机器的控制指令进行数字化处理后，由发射系统传给远方的接收系统，再经jiema转换为控制指令实现对各种机械设备的控制，同时要求在强磁场，强电场及无线电信号复杂环境下的工业环境抗干扰能力。工业无线电技术是现代数字通信技术与传统无线电通信相结合的综合技术系统。

    在实际工业现场中尤其是移动型设备与成套装备，如果采用无线遥控系统，操作人员只需要携带轻巧的发射系统，自由走动并选择佳(安全)视觉位置进行操作，消除了以往由于视线不清，环境恶劣或指挥不当等因素造成的事故隐患，保证了安全操作，各项操作可由一个人承担，无需他人指挥，节省了人力资源，操作人员独立判断，操作的准确性，连贯性比以往得到显著tigao，从而大幅度tigao了生产效率。

    2、系统设计

    无线遥控系统构成可分成发射系统和接受系统，我们把发射系统做成发射端，接收系统做成接收端，通过无线数传模块进行数据的传输通信。

    把现场控制的各种按钮和摇杆设计在遥控系统的发射端上，这样远程操作发射端就可以控制现场设备的运行，按下发射端控制面板上的操作按钮，单片机检测到后就启动相应串口发射程序，由无线数传模块发射数据，接收端控制现场设备运行，由无线数传模块，plc和现场设备组成，当无线数传模块接收到发射端传来的数据后，使用自由端口方式通信，就可以启动相应的plc控制程序，控制现场设备的运行动作。

    2.1 单片机发射端设计

    发射端总体设计我们采用如图1所示的结构。

图1 发射端硬件构成图

    单片机模块采用的是xc164单片机，xc164单片机是英飞凌16位微控制器产品，其优异的结构，高效的指令集，以及不断扩充更新的产品线，使其广泛应用于qiche电子，工业控制和信息技术领域，该系列单片机具有丰富的接口模式，如14通道10位ad变换器，同步/异步串行通道usart，高速同步串行通道spi，can模块，79个io引脚等，并可与各种设备组成通讯网络。同时，该系列单片机适应于恶劣的工业环境，工业温度可在-40～125℃。针对我们的发射器的功能，同时，使该遥控器具有工作性能稳定和易于进行功能扩展的优点。考虑到工业应用的现场环境。

    项目设计是采用如下方式：例如，当按下开关按钮(如启动，停止等，不同的控制系统有不同的功能按钮)时，单片机检测到其端口电位变化后，启动其相应的程序，然后通过串口向无线数传模块发送相应的数据。如单片机按钮输入程序处理编程可采用图2所示程序流程图。

图2 无线发射程序流程图

    2.2 plc自由口接收端设计

    接收端总体设计采用如下图3所示结构。

图3 接收端硬件构成图

    现场运行设备采用plc控制，编写plc程序可以控制设备的各种运行方式，采用西门子的s7-200具有一个或两个rs-485标准接口，因此可以直接采用无线数传模块与plc的rs-485接口连接，接收端模块接收到数据后，plc启动相应的中断程序，开始进行运行相应的控制程序。

    s7-200系列plc的通讯端口支持多种通讯协议，此处可以采用的有两种。一种是西门子的ppi主-从协议，利用这种协议主站可以直接对从站，即控制系统中的plc， 发出指令，控制从站的各端口及功能。这种方式plc的编程简单，不需要对原有从站程序进行修改。但是ppi协议不是一个公开的协议，在文献4中提到了一种通过串口侦听获取ppi协议从而利用主站编程控制从站的方式。另外一种通讯模式是自由口模式，利用自定义的plc程序控制s7-200 cpu的通讯端口，使用用户自己定义的通讯协议来实现与外界的通讯。这种模式支持ascii和二进制协议。自由口模式使用简单、灵活，但需要对plc进行专门的编程。因为无线遥控所需数据量不大，通过比较，选择了自由口通讯模式，以ascii码的形式在手持操作器和plc之间传递命令和反馈信息。在plc内编写了专门的无线控制程序，实现无线控制状态下的数据通信及对机械手的控制。我们采用s7-200的自由口通信，使用自由口通信用户可以自定义的通信协议与所用的智能设备通信。

    采用自由口通信协议后，接收端接收到数据，通过无线数传模块传送到plc中，启动相应程序，其程序编制采用图4所示流程图。

图4 plc接收流程图

    2.3 无线数传模块

    (1) zf02系列无线数传模块：发射端和接收端使用无线数传模块进行数据通信，市场上的无线数传模块的种类很多，根据实际需要，我们直接采用上海兆富通信技术有限公司生产的zf02系列无线数传模块，其主要特点：载波频率：433mhz，450mhz，470mhz，868mhz；多种可选的通讯接口：rs-232，ttl，rs-485；传输速率：1200，2400，4800，9600，19200，38400bps；收发一体，半双工工作模式。zf02非常适用于项目设计的无线遥控系统。其外形如图5所示。

图5 接口与尺寸

    (2) 无线数传模块三种通信接口模式：ttl电平的串行通信接口，可以直接与单片机芯片串行管脚相连；标准的rs232接口和标准的rs485接口，其中标准的rs232接口和标准的rs485接口通过跳线进行切换，西门子s7-200系列有一个或两个rs485标准接口，可以直接与无线数传模块的485接口连接。

    3、结束语

    本系统设计是通用性设计，针对具体设备可以具体设计，修改发射端相应的输入功能按钮或者摇杆，同时修改单片机系统和plc系统的软件程序，使其达到了符合现场设备的操作功能要求。