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西门子6ES7222-1HD22-0XA0诚信交易

更新时间:2024-05-08 07:10:00
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西门子6ES7222-1HD22-0XA0诚信交易

一般工业控制系统既包括弱电控制部分,又包括强电控制部分。为了使两者之间既保持控制信号联系,又要隔绝电气方面的联系,即实行弱电和强电隔离,是保证系统工作稳定,设备与操作人员安全的重要措施。

电气隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来,从而达到隔离现场干扰的目的。

一、信号隔离

信号的隔离目的之一是把引进的干扰通道切断,使测控装置与现场仅保持信号联系,不直接发生电的联系。工控装置与现场信号之间常用的隔离方式有光电隔离、脉冲变压器隔离、继电器隔离和布线隔离等。

1.光电隔离

光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光源,输出端配置受光器,因而输入和输出在电气上是完全隔离的。由于光电耦合器的输入阻抗(100Ω~1kΩ)与一般干扰源的阻抗(105~106Ω)相比较小,因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小,它所能提供的电流并不大,不易使半导体二极管发光。另外光电耦合器的隔离电阻很大(约1012Ω)、隔离电容很小(约几个pF),所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰,被控设备的各种干扰很难反馈到输入系统。

光电耦合器把输入信号与内部电路隔离开来,或者是把内部输出信号与外部电路隔离开来,如图1所示。开关量输入电路接入光电耦合器后,由于光电耦合器的隔离作用,使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。由于光电耦合器不是将输入侧和输出侧的电信号进行直接耦合,而是以光为媒介进行耦合,具有较高的电气隔离和抗干扰能力。

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目前,大多数光电耦合器件的隔离电压都在2.5kV以上,有些器件达到了8kV,既有高压大电流大功率光电耦合器件,又有高速高频光电耦合器件(频率高达10MHz)。常用的器件如4N25,其隔离电压为5.3kV;6N137,其隔离电压为3kV,频率在10MHz以上。

2.脉冲变压器隔离

脉冲变压器的匝数较少,而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯的两侧,这种工艺使得它的分布电容特小,仅为几个pF,所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时,不传递直流分量,PLC使用的数字量信号输入/输出的控制设备不要求传递直流分量,因而在工控系统中得到了广泛的应用。

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图2是脉冲变压器的应用实例。电路的外部信号经RC滤波电路和双向稳压管抑制常模噪声干扰,然后输入脉冲变压器的一次侧。为了防止过高的对称信号击穿电路元件,脉冲变压器的二次侧输出电压被稳压管限幅后进入测控系统内部。一般地说,脉冲变压器的信号传递频率在1kHz~1MHz之间,新型的高频脉冲变压器的传递频率可达到10MHz。

3.继电器隔离

继电器的线圈和触点没有电气上的联系,因此,可利用继电器的线圈接受信号,利用触点发送和输出控制信号,从而避免强电和弱电信号之间的直接接触,实现了抗干扰隔离。

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图3是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中,通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来,使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。

4.布线隔离

将微弱信号电路与易产生噪声污染的电路分开布线,基本的要求是信号线路必须和强电控制线路、电源线路分开走线,而且相互间要保持一定的距离。配线时应区别分开交流线、直流稳压电源线、数字信号线、模拟信号线、感性负载驱动线等。配线间隔越大,配线越短,则噪声影响越小。但是,实际设备的内外空间是有限的,配线间隔不可能太大,只要能维持低限度的间隔距离便可。

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附表列出了信号线和动力线之间应保持的小间距。如果受环境条件的限制,信号线不能与高压线和动力线等离得足够远时,就得采用诸如信号线路接电容器等各种抑制电磁感应噪声的措施。

二、供电系统的隔离

采用1∶1隔离变压器供电是传统的抗干扰措施,对电网尖峰脉冲干扰有很好的效果。

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图4是典型的隔离变压器原理图。它抗干扰的原理是一次侧对高频干扰呈现很高的阻抗,而位于一次、二次绕组之间的金属屏蔽层又阻隔了一、二次侧所产生的分布电容,因此一次绕组只有对屏蔽层的分布电容存在,高频干扰通过这个分布电容而被旁路入地。1∶1隔变效果的好坏,往往取决于屏蔽层的工艺。好选用0.2mm厚的纯铜板材,一次侧、二次侧各加一个屏蔽层。通常,一次侧的屏蔽层通过一个电容器与二次侧的屏蔽层接到一起,再接到二次侧的地上。也可以一次侧的屏蔽层接一次侧的地线,二次侧的屏蔽层接二次侧的地线。并且接地引线的截面积也要大一些好。1∶1隔变还有效地隔离了接地环路的共模干扰。

1. 交流供电系统的隔离

由于交流电网中存在着大量的谐波、雷击浪涌、高频干扰等噪声,所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备,都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。采用电源隔离变压器,可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是,普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用,这是因为,虽然一次绕组和二次绕组之间是绝缘的,能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧,有隔离作用。然而,由于分布电容(绕组与铁心之间、绕组之间、层匝之间和引线之间)的存在,交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声,必须在绕组间加屏蔽层,这样就能有效地抑制噪声,消除干扰,提高设备的电磁兼容性。

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图5a、5b所示为不加屏蔽层和加屏蔽层的隔离变压器分布电容的情况。在图5a中,隔离变压器不加屏蔽层,C12是一次侧和二次侧之间的分布电容,在共模电压U1C的作用下,二次绕组所耦合的共模噪声电压为U2C,C2E是二次侧的对地电容,则从图可知二次侧的共模噪声电压U2C为:

U2C=U1CC12/(C12+C2E)

在图5b中,隔离变压器加屏蔽层,其中C10、C20分别代表一次侧和二次侧对屏蔽层的分布电容,ZE是屏蔽层的对地阻抗,C2E是二次侧的对地电容,则从图可知二次侧的共模噪声电压U2C为:

U2C=〔U1CZE/(ZE+1/jωC10)〕〔C2E/(C20+C2E)〕

由于C2是屏蔽层的对地阻抗,在低频范围内,ZE<<(1/jωC10),所以U2C→0。由此可见,采取屏蔽措施后,通过隔离变压器的共模噪声电压被大大地削弱了。

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图6所示为交流电源抗干扰的综合方案。为了将测控系统和供电电网电源隔离开,消除因公共电阻引起的耦合,减少负载波动的影响,同时也为了安全,常常在电源变压器和低通滤波器之前增加一个1∶1的隔离变压器。

目前,国外已研制成功了专门抑制噪声的隔离变压器(简称NCT),这是一种绕组和变压器整体都有屏蔽层的多层屏蔽变压器。这类变压器的结构,铁心材料、形状及其线圈位置都比较特殊,它可以切断高频噪声漏磁通和绕组的交链,从而使差模噪声不易感应到二次侧,故这种变压器既能切断共模噪声电压,又能切断差模噪声电压,是比较理想的隔离变压器。

2.直流供电系统的隔离

当控制装置和电子电气设备的内部子系统之间需要相互隔离时,它们各自的直流供电电源间也应该相互隔离,其隔离方式如下:种是在交流侧使用隔离变压器,如图7a所示;第二种是使用直流电压隔离器(即DC/DC变换器),如图7b所示。

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采用了电气隔离的措施以后,绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果,使设备符合电磁兼容性的要求。

本文列举了PLC五种故障查找方法的流程图,并列出常规输入、输出单元故障处理对策。

PLC有很强的自诊断能力,当PLC自身故障或外围设备故障,都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。

一、PLC故障查找流程图

1、总体检查

根据总体检查流程图找出故障点的大方向,逐渐细化,以找出具体故障,如图1所示

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图1

2、电源故障检查

电源灯不亮需对供电系统进行检查,检查流程图如图2所示。

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图2

3、运行故障检查

电源正常,运行指示灯不亮,说明系统已因某种异常而终止了正常运行,检查流程图如图3所示。

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图3

4、输入输出故障检查

输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道,其是否正常工作,除了和输入输出单元有关外,还与联接配线、接线端子、保险管等元件状态有关。检查流程图如图

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图4

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图5

5.外部环境的检查

影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘,以及腐蚀性酸缄等。

1.引言

随着机械自动化水平的不断提高,自动控制技术在定量包装生产中应用越来越多,在粮食、化肥、饲料和轻工等行业中都有广泛应用。称量包装技术的发展大致经历了手工称量、继电器控制、称重仪表控制、PLC 控制等几个阶段。相对于传统的称重仪表控制,应用PLC 和触摸屏组成的控制系统便于将开关量设置、复位操作以及设定和修改系统参数功能有机的结合,提高机器速度和精度。

2. 包装机的工作原理

2.1 包装机的组成

称重式自动定量包装机由供料部分、称重部分与卸料部分组成。供料部分分为储料斗和重力供料装置。储料斗用于存储需要灌装的物料,重力供料装置主要是向称量料斗中提供物料。称重部分即称量斗,它通过和称重传感器相连,测量物料重量。卸料部分用来完成标准重量物料的卸料装袋过程。如图1 所示,为包装机的组成图。

2.2 工作原理

称重式自动定量包装机的工作原理流程图如图2 所示。当储料斗中物料足够,在重力的作用下进入重力供料装置,完全打开料门进入大给料状态。当到达给定大给料重量时,关闭给料门,留一条狭缝,进入小给料状态。当到达给定小给料重量时,完全关闭给料门,经过一定的空中落料,称量斗稳定,并且卡袋机构卡紧时,卸料门打开,物料进入放料斗,再落入袋内,完成一个包装循环。

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3.控制系统硬件设计

该系统主要为开关量控制,料门的全部动作由气缸驱动,而气缸又由相应的电磁阀控制。设备即可以手动操作也可以自动操作。手动操作要求用按钮对机器的每一步运动单独进行操作控制。自动操作要求按一下自动/手动选择开关,机器自动地、连续不断地周期性循环。在工作中若按下停止按钮,则机器继续完成一个周期的动作,回到初始状态后自动停止。控制系统框图如图3 所示。

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根据称重式自动定量包装机的操作和控制要求,控制系统选用西门子公司的SIMATICS7-200 系列PLC,此系列的PLC 具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点。所选CPU 的型号为CPU 226 AC/DC/REL,它提供24 个数字量输入和16 个数字量输出,输入/输出接口电路均采用了光耦合电路,对外界接口具有很强的适应性。并且2 个RS485 通讯/编程口,具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。由于要处理传感器的模拟量输入信号,所以扩展了一个EM 235 模拟量处理模块,该模块具有4 路模拟量输入。POP 文本显示器对整个系统进行过程监控显示以及参数设定等功能,可以通过PPI 协议和s7-200 系列PLC 的编程口或扩展通讯口直接通讯。

4.控制系统软件设计

控制系统软件设计为各功能软件设计,包括显示功能、参数设定功能、自动修正给料量功能、通讯功能等。如图4 所示为软件系统的总体结构。

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4.1 称重信号处理

由于称量信号存在干扰,需要对信号进行滤波处理,并判断信号是否稳定,读数是否准确。所谓数字滤波,就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号的比重,是一种程序滤波即软件滤波。常见的滤波方法有限幅滤波、限速滤波、中值滤波、滑动平均滤波等。

本系统采用滑动平均滤波方法,系统采集的信号是与重量成正比的电压信号。这类信号的特点是存在一个平均值,信号在某一数值范围附近作上下波动,在这种情况下仅取一个采样值作为判断依据显然是不准确的。采用滑动滤波方法可以得到较好的效果。该方法采用新采集的一个数据替换n 个暂存数据中的早的一个数据,使得n 个暂存数据始终是近的数据。求平均后所得数据既反映了近的数据变化,又克服了随机误差带来的响。

所求的平均值为

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标准差为

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当标准差σ 小于设定值时,则系统稳定,当前值即为称量值。根据系统要求的精度不同,可以设定不同的值。

4.2 PLC 程序设计

根据称重式自动定量包装机的操作要求,确定各动作的顺序和相互之间的关系,画出程序流程图,再由PLC 输入输出的逻辑关系编写出梯形图。本系统输入端口定义为自动手动按钮、卡袋复位按钮、单步执行按钮、总复位按钮、停止按钮、卡袋开关等,输出端口定义为称量斗稳定指示、大给料气缸动作、小给料气缸动作、卸料气缸动作、卡袋气缸动作、系统报警等。输出采用西门子公司STEP7-Micro/WIN32 软件进行编写,程序流程图如图5 所示。

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4.3 POP 文本画面设计

POP-HMI 除 LCD 显示窗之外,还有22 个薄膜开关按键,其中16 个按键能被设定成特殊的功能键,用来完成画面跳转,开关量、位状态设定等功能。本系统中通过POP-HMI 可以设定灌装目标重量、大给料量、小给料量,同时实时监控称量重量,并且查看灌装数据。

5.结束语

本系统设计完成后,进行了多次模拟实验,并且根据现场调试的情况进行修改。系统在投入运行后,性能稳定可靠,满足各项工艺要求,生产效率和产品质量均有所提高,完成了机械和电器控制系统的一体化要求,可广泛应用于食品包装等行业。


没有

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