西门子模块6ES7222-1HF22-0XA8物优价廉

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1 引言

程控变频钢球加工机床是我公司主导产品，产销量居国内首位，并批量出口美、德、日、韩、意大利等国。产品设计吸收了国内外多项先进技术，本文就电气传动控制部分进行阐述。

九十年代以来，变频传动技术日臻完善，其调速稳定，节能降耗，方便可靠等优点突出，已完全取代原来的滑差调速和直流调速。而可编程序控制器易于编程，易实现传统的继电器控制不能实现的许多功能。PLC与变频器的系统集成自动化已成为产品设计时的解决方案。RS485通讯只需用两根线，安全可靠且传输距离远被广泛应用在变频器和PLC上，这就使变频器与可编程序控制器通讯极为便利，低廉的成本也提高了产品的竞争力。

2 工艺过程简述

研磨机的主要动作为转动研磨盘由主减速电机经一对三角皮带轮，通过卸荷带轮内的花键幅带动主轴旋转获得，输球料盘由减速电机经过一对链轮传递蜗杆减速箱，减速后由料盘内的直齿轮啮合带动料盘旋转。两者均需要选用不同的转速来加工不同系列的钢球，为此均选用变频调速。为了安全期间，在系统中也加上了机床运转保护功能。如主轴运行监控接近开关，装在机床的主轴大皮带轮上，随时监视研磨盘的运动状态，防止皮带打滑造成研磨盘卡死，当转速低于正常值时，就停车报警；料盘除设有转速检测外，还加有堆球时快速停机，在设定时间内若恢复正常则重新自动运行的保护。

3 系统硬件设计

3.1 单自动化平台

艾默生CT的EC10系列小型PLC因其运行速度快、通讯组网能力强、编程灵活、仿真模拟运行方便、程序保密性强、抗干扰能力强、性能稳定可靠，钢球研球机成为钢球研球机PLC的自动化平台。根据工程经验，爱默生EV1000系列变频器故障率能极低，能实现高转矩、宽调速范围驱动，有优越的防跳闸性能，对恶劣电网、高温、潮湿和粉尘有较大的适应能力，能较好满足钢球专用加工设备的多样化的使用环境，可以实现单品牌同平台技术集成，也成为项目设计的。由此项目通过选用爱默生的EC10-1614BRA小型PLC及EV1000-4T0055G和EV1000－2S0007G变频器，达到了单一自动化平台技术集成，例如EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行控制。

3.2 电气原理设计

系统主电机电气原理（料盘电机控制与主电机同）如图1所示。为了用户调速及监控运行速度，电动机转速由电位器调节，其数值由线性数显表显示，不通过通讯控制。主令按钮线直接接于PLC的开关量输入点上。PLC——变频器对电机的启动、停止、点动功能采用通讯控制方式，使用双绞线通过RS485口来实现PLC对变频器的启停控制，这样极少占用PLC的输出点，也无需用接触器控制，降低了机床的成本。EV1000的RS485口直接端子连接，极为方便。但需要注意的是RS485口“+”，“—”极性不能接反，否则将无动作。因变频器本身具备过电流，过电压，欠电压，接地，过热和过载等多项保护功能，一旦异常故障发生，常开点RA，RC闭合，变频器立即停止输出，将断开所有的动作并停车报警，我们将其接入PLC的输入点来控制。变频器故障时可查看变频器屏幕上显示内容，对照变频器使用说明书异常原因及处置方法，采用相对应的措施进行处理即可。变频器多项对输出的保护功能使我们无须对电动机另加保护环节，直接接于变频器的输出端子上即可。针对变频器的输入端保护相对较为薄弱，在输入端加上无熔丝断路器QF实现反时限热保护。

图1 电气原理

4 系统软件设计

EV1000变频器具有丰富的控制功能。因为研球机的两控制电机均为减速电机，选择做静止自整定，然后对高操作频率，低操作频率， JOG点动频率，加/减速时间，频率指令来源，运转信号来源，停车方式、过载报警检出及时间等参数进行设定。针对个别机床的共振现象对载波频率，跳跃频率，电机稳定因子等参数进行设定。为实现轻压启动机床及节电等性能，对转矩提升、自动节能、AVR功能等参数设定来优化系统性能；对通讯位址，通讯送传速度，通讯资料格式等参数进行设定，以使PLC对变频器实施控制。EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行。

通讯协议采用MODBUS模式，EVFWD为正转，1为COM1通道(EC10只支持通道1)，1为通讯地址，其值必须预先设定，与变频器通讯地址一致，“唯一”且不可覆盖。EVREV为反转指令，EVDFWD为正向点动指令，EVSTOP为停止指令。

5 结束语

该系统应用变频器调速实现无级调速，满足用户工艺多样化的需求。使用RS485通讯口，不占用PLC的输出点，接线少，提高了产品的可靠性。所选艾默生CT变频器具有较强的自诊断功能，便于维护。该系统自投入使用以来，运行稳定，工作可靠，尚未出现故障，具有很高的性价比。(end)

1 引言

PLC（Programmable Logic Controller）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动化控制技术和通讯技术的一种工业自动控制装置。PLC作为新一代工业控制计算机，因其具有体积小、功能强、通用性好、实用性强、硬件配套齐全、程序设计简单易学及维护方便等优点而被广泛应用于工业领域。由于PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但如果环境过于恶劣，如强磁场、强腐蚀、高粉尘、强辐射、剧烈的冲击和震动，都不能保证PLC正常、安全地运行。因此，研究PLC控制系统的抗干扰设计具有十分重要的现实意义[1]。

2 影响PLC控制系统可靠性的主要因素

PLC控制系统的可靠性通常用平均故障间隔时间（Mean Time Between Failure，简称WIBF）来衡量。它表示系统从发生故障进行修理到下一次发生故障的时间间隔的平均值。PLC装置本身是非常可靠的，而PLC控制系统的干扰主要是外部环节和硬件配置不当引起的。一是电源侧的工频干扰，它由电源进入PLC装置，造成系统工作不正常;二是线路传输中的静电或磁场耦合干扰，以及周围高频电源的辐射干扰，静电耦合是通过信号线与电源线之间的寄生电容，磁场耦合发生在长布线中线间的寄生互感上，高频辐射是通过高频交变磁场与信号间的寄生电容;三是PLC控制系统的接地系统不当引起的干扰。因此，在实际设计中往往从以下几个方面考虑[1]：1）对程序和数据的保护;2）对工业生产环境的适应性;3）故障安全原则，系统间独立性原则与冗余及容错结构;4）运行时的实时性和连续性。

3 PLC控制系统的抗干扰设计

根据影响PLC控制系统可靠性的主要因素，在PLC控制系统开发设计时，应该从系统软件和硬件两方面考虑，以提高PLC控制制系统的可靠性和抗干扰能力。而在生产实际应用中，主要考虑控制系统的硬件抗干扰设计。

3MZ203D机床是轴承套圈内圆磨床，根据生产实际要求和多年的实践经验，对该3MZ203D内圆磨床的PLC控制系统硬件抗干扰设计及应用采取了相关措施，下面对此进行介绍。

3.1 抑制电源系统引入的干扰

为了抑制电网大容量设备起停引起的电网电压波动及工频干扰，这方面可采用隔离变压器，并进行滤波，所有屏蔽层进行良好接地。如图1所示。

3．2安装与布线额的抗干扰设计应用

在大地电位变化较大的场所，PLC系统受到共模干扰，而且很容易转变为串模干扰，因此控制系统的接地系统设计就尤为重要。控制系统的接地方式采用独立接地方，如图2所示。接地时应注意：接地线应尽量短且截面积应大于2mm ； 接地点尽量靠近控制器；接地线应避开强电回路和主回路的电线，无法避开时应垂直交叉；接地电阻应小于2Ω。

PLC电源线、I／O电源线、输入信号线、输出信号线、交流线、直流线分别使用各自的电缆， 且尽量分开布线。开关量信号线和模拟量信号线也尽量分开布线。而且，模拟量信号线应需要屏蔽电缆，并将电缆的屏蔽层接地；数字传输线也要采用屏蔽电缆，并将电缆的屏蔽层接地； 当交流与直流的输入和输出信号线不得不问时使用同一配线管时，直流输入、输出信号线要使用屏蔽电缆，并将屏蔽层接地。

3.3 输入信号的抗干扰设计与应用

输入设备的输入信号的线间干扰(差模干扰)用输入模块的滤波器可以使其衰减，然而，输入信号线与地问的共模十扰在控制器内部回路产生的电位差仍会引起控制器误动作。因此， 为了抗共模 F扰，控制器要良好接地。

当输入信号源为感性元件，输出负载的负载特性为感性元件时，为了防止反冲感应电势或浪涌电流损坏模块，对于交流输入信号在负载俩端并联电容C和电阻R， 对于直流输入信号并联续流二极管VD，如图3所示。在图3 (a) 中R、C参数一般选择为120Ω+0．1μF(当负荷容量<10V·A时)或47Ω+0.471μF (当负荷容量>10V·A时)。在图3 (b)中，二极管的额定电流选为1A，额定电压要大于电源电压的3倍。对于感应电压的干扰，采用输入电压直流化或输入端并接浪涌吸收器的方法抑制[1]。

3．4输出信号的抗干扰设计

交流感性负载场合下，在负载两端并接浪涌吸收器；直流负载场合下，在负载两端并接续流二极管VD， 以抑制输出信号的干扰， 如图4所示。在图4 (a)中，RC越靠近负载，抗干扰效果越好。当PLC的输出驱动的负载为电磁阀这类元件时，可在输出端和电磁阀之间加固态继电器(SSR)进行隔离。另外，从抗干扰的角度出发，适当选择I／0模块也是很重要的。在干扰多的场合，可选用绝缘型的I／O模块和装有浪涌吸收器的模块，可以有效地抑制输入输出信号地干扰。

3．5输入输出信号漏电流地处理

当输入信号源为晶体管，或是光电开关输出类型时，当输出元件为双向，或是晶体管输出而外部负载又很小时会因为这类输出元件在关断时有较大地漏电流，使输入电路和外部负载电路不能关断，导致输入与输出信号地错误。为此，在这类输入、输出端要并联旁路电阻，以减小PLC输入电流和外部负载上的电流，如图5所示。

图5中旁路电阻可按以下方式计算：

R<um／(l1-0．25ln)
式中：Um为输入信号源或外部负载电压的大值；
l1为输入信号源或输出晶闸管大漏电流；
ln为输入点或外部负载的额定电流。

3.6 输入输出信号采用光电隔离措施的抗干扰设计

利用光电耦合器的开关特性实现输入和输出信号的完全隔离，是抑制干扰的有效措施之一。光电耦合器如图6所示。光电耦合器把各种模拟负载和数字信号源隔离开来， 也就是把“模拟地” 和“数字地” 断开。由于光电耦合器具有很高的输入／输出绝缘电阻和较高地输出阻抗，被测信号可通过光电耦合器获得通路，而共模干扰信号由于不成回路而得到有效抑制， 因此，在PLC控制系统现场I／O信号经光电耦合器隔离，与PLC系统本体分开，切断了干扰噪声的通道，解决了输入输出回路的抗干扰问题， 是系统调试方便，运行可靠。

在3MZ203D专用磨床的PLC控制系统中，采用了以上几种方式的抗干扰措施，取得了良好的系统抗干扰能力，该系统经过了一段时间的使用，未出现由于干扰而引起的误动作，整个PLC系统的故障率也下降了，系统运行正常。

4 结束语

要提高PLC控制系统的抗干扰的措施还有很多，本文仅探讨和应用了常用的硬件抗干扰和保护措施。在实际应用当中，又充分考虑对PLC的各种不利因素，在硬件设计中采取适当的保护措施，就完全可以使控制系统安全可靠地运行。

1  引言
　　天然气发电机组是顺应国家节约能源的号召及当前能源紧张的局势下发展起来的。以往的小型发电机组大都以柴油机为动力，当前柴油供应紧张而且价格大幅提升，而大部分煤矿产生的天然气又仅仅通过燃烧的方式处理掉，无法有效的利用。针对以上情况国内某柴油机厂开发了以天然气为原料的天然气发电机组。本文介绍基于和利时公司LM系列PLC的天然气发电机组应用实例。

2  天然气发电机组自动化控制系统的组成
　　天然气发电机组监控系统主要有上位PC机、触摸屏、PLC组件（数据采集与控制部分）、现场仪表等组成，如图1所示。

　　该天然气发电机组监控系统要求上位机通过串口通讯的方式采集现场的温度、压力、速度、天然气浓度、蓄电池电压等数据，要求现场控制设备对以上参数作出判断产生相应的报警信号或是停机信号，对于各个参数报警值要求能通过上位机或是触摸屏修改并保存。该天然气发电机组控制系统以前采用单片机进行数据采集与控制，单片机程序的可读性差，系统不易维护，程序更改复杂。而且由于单片机控制系统的可靠性和抗干扰能力较差，在现场恶劣的环境下，该控制系统经常出现故障。对运行环境进行了现场考察和反复研究，在可靠性、稳定性、方便性等方面做了大量工作，提出了基于和利时公司LM系列PLC的解决方案，采用先进、实用、可靠的PLC组件进行数据采集与控制。
该系统需要与上位机、触摸屏通讯，而且现场共有31路温度信号，6路压力信号，2路4-20mA电流信号，1路高速输入信号，9开关量信号，由于1个CPU大只能扩展7个模块，故采用两个CPU分别采集，数据共享进行控制并且将相关数据通过串口通讯的方式送到上位机以及触摸屏。
　　如图1天然气发电机组控制系统图所示，PLC模块分为两组，上面为组PLC，下面为第二组PLC，共采用2个LM3109 CPU，6个LM3311模拟量输入模块，4个LM3312模拟量输入模块，1个LM3310模拟量输入模块。系统的I/O点分配如表1及表2所示。

3  PLC系统介绍
　　上位机组态王监控软件与组PLC通过RS232口采用ModBus协议通讯，可以方便的监控和修改PLC的位状态和数据区数据，方便了客户管理层，提高了设备的可靠性。
　　触摸屏与第二组PLC通过RS232口采用ModBus协议通讯。
　　两PLC之间通过RS485口采用无协议通讯，实现了两PLC之间数据的共享，间接扩展了和利时公司LM系列PLC的扩展能力。
　　为客户订制了压力传感器专用模拟量输入模块，方便了客户。
　　热电偶、热电阻模拟量输入模块具有断线、短路等检测，提高了设备的可靠性。

4  PLC控制系统的优点
　　天然气发电机组自动化控制系统选用和利时公司的PLC取代了原系统中的单片机，较大程度地提高了系统的配置，增加了系统的灵活性，能够更好地满足用户的需求。本系统有以下优点。
　　（1）采集精度、分辨率高
　　和利时公司HOLLiAS-LEC G3PLC模拟量模块误差在0.2%以内，采用16位精度的数据寄存器。
　　（2）采集速度快
　　和利时公司LM系列PLC模拟量模块采集周期小于500毫秒。
　　（3）可靠性高
　　本系统的控制核心是和利时公司LM系列PLC，能够在恶劣的环境中长期、可靠、无故障地运行，接线简单，维护方便，隔离性好，抗腐蚀能力强，能够适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔（MTBF）大于15年。
　　（4）功能强大
　　和利时公司LM系列PLC的编程语言遵从IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。除了具有传统的指令表、梯形图和功能块图等编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图等编程功能。和利时公司的PLC系统提供了多种应用功能模块，包括各种通讯功能模块、可以具体到年月日和时刻的多种定时器和超长时间继电器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。

5  结论
　　天然气发电机组监控系统的实际运行结果表明，基于和利时公司LM系列PLC自动化控制系统达到了预期的效果，实现了对天然气发电机组工作参数的采集与控制，具有先进、可靠、经济、灵活等显著特色。