6ES7223-1PH22-0XA8产品特点

6ES7223-1PH22-0XA8产品特点

一、 概述：

　　D电路频率自动微调是专门为加速器高频D电路设计的，完成自动调谐的装置。

　　D电路由一个高频腔体构成，这个腔体是加速器的重要组成部分之一，加速器运行时，高频电压加在这个D电路上，用来实现对粒子的加速。D电路的示意图如图1所示，D电路的调谐是靠改变短路片的位置（粗调），细调是靠改变微调电容对D型盒的距离来实现。在正常运行中，只要高频机的频率固定，短路片的位置就固定了，但是由于各种因素的影响（包括热变型、机械震动等），D电路的参数是不稳定的。因此D电路就不能保持在谐振状态，且D电路的Q值很高（5.5Mhz时，可达8800），因此D电压将不稳定。所以要靠频率微调系统来实现D电路的自动调谐，以实现频率稳定。从而改善束流品质，满足实验对束流的要求。

　　具体参数要求为：频率稳定度为1×10-6。（有自动和手动两种模式）。

　　随着科学技术的不断进步，原有的分离元件的频调系统，器件老化，技术落后，已满足不了物理实验的要求。我们在原有系统积累大量经验的基础上，设计了新的自动微调系统。该系统由四部分组成，即360度电子移相器、鉴相器、运动型PLC,步进电机驱动器、步进电机及机械部分组成。

图1

二、系统组成：

　　1. 360°电子矢量合成移相器见图1

图2、矢量合成移相器原理方框图

　　
　　当UA不变时UC也不变，因此移相时不伴随幅度变化的条件是
　　
　　

　　乘法因子K1、K2由控制电压确定，这样w和U保持近似线性关系，通过调整K1、K2实现移相。

　　2. 相位检波器

　　相位检波器的功能是实现相位差转换成电压，即Dw——-V的转换。从图2可以看出，电路输入的两个原始信号U1、U2分来自高频发射机和D电路，前者采用电容耦合，后者则为电感耦合，高频机与D电路也是电容耦合，因此，当D电路谐振时U1和U2之间的相位差Dw = p/2，失谐时，Dw 

　　根据这种关系，我们选用XR-2208M乘法器作为相位检波器，该乘法器输出频率可达100MHz，组成1808相位检波器，其输入两信号的相位差与输出直流电压之间存在下式关系：

　　Dw　——输入两信号的相位差

　　Kd ――是相位检波器的转换增益，在输入信号/50mV.rms时，Kd ≈ 2V/弧度。并与信号幅度无关。

　　本相位检波器的输出电平有三种状态。

　　当Dw = p/2 时，VDw = 0 （谐振）

　　当Dw 

　　当Dw > p/2 时，VDw <0 （失谐）

　　3. 可编程控制器（PLC）

　　我们选用日本松下电工面向运动控制的PLC，具有2路10KHz脉冲输出;2通道输出时，每通道高5KHz。且具有两路A/D和一路D/A。

　　4. 德国百格拉三相混合式步进电机及驱动系统

　　驱动器WD-007采用交流伺服原理工作，输入电压220VAC，控制脉冲信号电压为5VDC，输出为3x325VAC，有过热、过流、欠压、过压保护，电机每转步数可依用户要求分别设定为500、1000、5000、10000步/转。

　　步进电机采用VRDM-3910，大扭矩4Nm。

　　5. 机械传动部分

　　粗调采用蜗轮、涡杆传动，它的优点是可自锁，但传动效率低、功率损失大。细调为伞齿传动 。蜗杆的螺距为2mm, 伞齿的螺距为0.5mm。脉冲当量小可达0.004mm/脉冲,可满足调谐要求。

三、实现方法及编程：

　　我们对D电路的调谐是通过对PLC输出脉冲的编程实现的。自动调谐的实现过程是，把鉴相器的输出送给A/D转换器。根据A/D值进行判断，通过程序控制脉冲输频率和方向，结合使用上述的三相混合式步进驱动器、步进电机及机械传动系统,完成电容板的位置移动，从而实现D电路的jingque调谐。（如图3）

如图3

　　编程利用PLC脉冲输出指令F168（SPD1）可以实现梯形控制，根据指定的初速度、大速度、加/减速时间和目标值能够自动输出脉冲。指令F169（PLS）,可以在执行条件（触发器）处于ON状态时执行JOG（点动）操作、从指定的通道输出脉冲。利用增量型、值型、原点返回控制模式并配合系统寄存器进行输出脉冲编程，省略了行程限位开关，减少了系统布线，tigao系统的灵活性。

　　具体编程方法如下：利用PLC指令F168（SPD1）根据给定的参数表自动执行梯形控制。

　　以上程序通过输出端Y0输出的脉冲初始速度为500Hz，高速度为5000Hz，加减速时间为200ms，总移动量为10000个脉冲。

　　这时，高速计数器经过值（DT9044和DT9045）会随脉冲数增加。

　　脉冲输出指令（F169）

　　当执行条件（触发器）为ON时，本指令从指定的通道输出脉冲，执行JOG（点动）运行。

　　当X2处于ON状态时，Y0发出频率为300Hz、占空比为10%的脉冲。此时，方向输出Y2为OFF，高速计数器CH0（DT9044和DT9045）的经过值计数增加。

　　当X6处于ON状态时，Y1发出频率为700Hz、占空比为10%的脉冲。此时，方向输出Y3为OFF，高速计数器CH1（DT9048和DT9049）的经过值计数减少。

四、结论：

　　1、该自动调谐系统采用PLC作为控制设备，用软件编程完成各信号的逻辑关系处理及脉冲输出编程，简化了硬件电路的设计，tigao整个系统的灵活性。

　　2、PLC是专为工业控制设计的，以集成电路为基本元件的电子设备，在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰和精选元器件措施，内部处理不依赖触点。适合于加速器高频系统强电磁的运行环境，从根本上保证了控制系统的稳定性和可靠性。解决了控制设备在强电强磁环境下稳定工作的要求。

　　目前，这个系统的安装调试已经完成，并以投入使用。基于PLC的加速器高频D电路频率自动调谐系统运行稳定，达到了1＊10-6 的频率稳定度设计的预期目标。

一、海为PLC通讯特点：

1、内置多种通讯协议：Haiwell PLC各种型号的主机都内置Modbus RTU/ASCII协议、自由通讯协议以及海为公司的HaiwellBus高速通讯协议；

2、通讯端口可扩展：Haiwell PLC各种型号的主机均自带2个通讯口（一个为RS-232，另一个为RS-485），用通讯扩展模块可扩展至5个通讯口，每个通讯端口均可用于用于编程和联网，通讯端口相互独立，均可作为主站也可作产从站；

3、极为便利的通讯指令系统：使您无论使用何种通讯协议都只需一条通讯指令便可完成复杂的通讯功能，编程简单而程序简洁，无须再为通讯端口冲突、发送接收控制、通讯中断处理等问题烦恼，可以在程序中混合使用各种协议轻松完成您所需的各种数据交换；

二、台达变频器通讯协议介绍

台达变频器采用Modbus通讯协议，根据台达变频器说明书与通讯有关的主要参数如下： P00：频率指令来源设定，默认00，需要设定为03 00：由数字操作器控制 01：由模拟信号0~10V控制 02：由模拟信号4~20mA控制 03：由RS485通讯控制 04：由数字操作器控制上的VR控制 P01：运转指令来源设定，默认00，需要设定为03 00：由数字操作器控制 01：由外部端子控制，键盘STOP有效 02：由外部端子控制，键盘STOP无效 03：由RS485通讯控制，键盘STOP有效 04：由RS485通讯控制，键盘STOP无效 P88：通讯地址，1~254，默认1 P89：通讯传送速度（波特率），默认01 00：4800 01：9600 02：19200 03：38400 P92：通讯资料格式，默认00，设定为01 00：Modbus ASCII

三、海为PLC与台达变频器通讯程序

因为台达变频器采用Modbus通讯协议，所以海为PLC采用Modbus通讯协议与其通讯。例子完成5项操作命令： 1、设定运行频率：使用MODW指令（Modbus写） 根据台达变频器说明书，设定运行频率的参数地址为2001H，十进制8193 2、启动正转运行：使用MODW指令（Modbus写）根据台达变频器说明书，运行控制的参数地址为2000H，十进制8192，写入值18（二进制00010010）表示正转。 3、停止：使用MODW指令（Modbus写）根据台达变频器说明书，运行控制的参数地址为2000H，十进制8192，写入值1（二进制00000010）表示停止。 4、启动反转运行：使用MODW指令（Modbus写）根据台达变频器说明书，运行控制的参数地址为2000H，十进制8192，写入值34（二进制00100010）表示反转。 5、读取当前运行频率：使用MODR指令（Modbus读） 根据台达变频器说明书，当前运行频率的参数地址为2103H，十进制8451 程序图如下：

MODW指令（Modbus写）和MODR指令（Modbus读）自带通讯协议格式定义端子Protocol，可以通过双击指令，以配置方式输入，如下图：

1 泵站工艺流程和控制对象简介
 

图1 江滨泵站工艺流程简图
　　江滨泵站工艺流程简图如图1所示。图中格栅机的作用是将水中较大的固体垃圾抓取到和过滤后经皮带输送机输送到垃圾箱;桥式刮砂机定时将沉砂池中的细小固体颗粒刮至排砂泵处，排砂泵将砂水混合物输送至砂水分离器，砂水分离器将细小的固体颗粒与水分离，水进入集水池、固体颗粒进入垃圾箱;集水池部分的作用是蓄集污水，并通过潜水泵将污水输送至污水处理厂。
　　江滨泵站的控制对象主要由三个相对独立的部分组成：格栅池、沉砂池和污水集水池，此外还有两个过江管道。格栅池部分有三个水道，共有六个进/出水闸门（启闭机）、三台细格栅机、一台粗格栅机（共用）和一台皮带输送机（共用）;沉砂池部分有四个水道，分为两组，共有两台桥式刮砂机、四台排砂泵、两台砂水分离器和四个进水闸门;污水集水池部分有两个集水池，两者之间有一连通闸门（不参与自动控制，正常情况下，该连通闸门处于开启状态），每个集水池有三台污水泵，共六台（四台配置了软启动器、两台配置了变频器），十二个电动阀门（泵进出/水阀门）;此外，两个出水总管各有一个阀门，共两个阀门。
2 泵站控制系统结构简介
　　泵站控制系统由PLC、低压控制屏、MCC柜及外围电气设备（如格栅机、阀门、泵等）组成，并通过以太网与中控室相连，系统结构简图如图2所示。

图2 控制系统结构简图
　　PLC是整个系统自动控制的中枢，它负责对泵站设备运行和工作状态的采集、与中控室监控系统通信、实现相关的控制;低压控制屏用以控制功率较小的泵、阀、格栅等设备，设备的运行状态通过低压控制屏输入PLC的开关量输入模块，相应的PLC输出开关量通过低压控制屏对相关设备进行控制;MCC柜用以控制220KW的大功率排污泵，泵的运行状态通过MCC柜输入PLC的开关量输入模块，六台泵分别配有软启动器或变频器，通过现场总线DeviceNet与PLC相连，PLC通过现场总线模块可读取变频器、软启动器的运行状况及实现变频调速和软启动器参数远程设置;集水池水位、出水liuliang、出水管道压力、PH值、温度等信号由现场传感器直接接入PLC的模拟量输入模块。
3 PLC硬件设计
　　SLC500系列PLC具有大型PLC的功能，小型PLC的价格和不断扩充的控制能力和通信能力，可随时满足工业控制中的各种要求。由罗克韦尔自动化公司所属的A-B公司生产，包括模块化处理器、输入输出模块、特殊功能（专用）模块、电源、框架等。产品目录号为1746和1747系列，采用框架式结构，为在不同的工业现场使用提供了稳定的可靠平台。其中SLC 5/05系列PLC是SLC500 系列PLC中支持以太网通信的PLC。
　　3.1 处理器的选择
　　根据镇江市污水收集自动控制系统需通过以太网实现城域网的构建，首先确定处理器为支持以太网通信的SLC 5/05系列，再根据I/O点数等估算存储容量并选型。本设计中选用的是有以太网接口、支持块传输指令的16K存储容量的1747-L551B处理器模块。
　　3.2 输入/输出模块的选择
　　根据江滨泵站的控制对象、检测参数及控制要求，统计PLC的I/O点数。根据统计的I/O点数，考虑价格、备用模块通用性及留有10%～15%的裕量，本设计中选用了2个四通道模拟量输入模块1746-NI8，20个16点直流24V开关量输入模块1746-IB16和6个交流240V继电器输出模块1746-OW16。
　　3.3 框架和电源的选择
　　1）框架选择 由上述所选择的输入/输出模块选用3个10槽的框架，框架间通过框架扩展电缆1746-C9实现互连。
　　2）电源选择 根据文献[2][4]中的方法计算并选择电源模块，在编程环境中进行I/O组态（IO Configuration）时，可利用 Power Suplly校验电源是否满足要求。本系统中所用电源为1746-P4。
　　3.4 现场总线模块选择
　　江滨泵站的六台潜水泵的功率均为220KW，为了减小启动冲击电流和减少泵的启停次数，其中四台泵配置了软启动器、两台泵配置了变频器，软启动器和变频器都支持DeviceNet现场总线通信，通过与软启动器和变频器的通信可实现相关数据的读取、修改及泵的调速，本设计中选用了DeviceNet模块1747-SDN。
    实际运行表明，江滨泵站PLC系统控制程序与应用Intouch编写的上位监控界面相结合，实现了PLC本地自动控制、上位远程遥控、远程设置参数等要求，完全满足设计要求，达到了预期的目标