西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0一级代理

更新时间：2024-05-08 07:10:00

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详细介绍

西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0一级代理

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，提高系统的灵活性。

　　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，提高整个系统的灵活性。

　　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。

1 引言
SIEMENS s7—200系列PLC在各个行业中的运用均很普遍，而消防火灾报警及其处理系统对于保障发生火灾时人员生命和财产的安全具有十分重要的意义。但是目前国内利用PLC来实现消防报警及处理系统的控制还不十分广泛。本文结合实际，重点讨论了使用PLC来实现消防报警及处理系统的设计与应用。
2 消防报警及处理系统的硬件构成
　　主要组成部件有：
　　1上水箱。2下水箱。3上水箱水位传感器。4下水箱水位传感器。5上水箱供水泵A。6上水箱供水泵B。7 下水箱供水阀。8声光报警器。9排烟风机。10烟感和温感传感器。11 喷淋泵。12 喷淋头。
本实例选用西门子公司的SIEMENS s7—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。所选用的CPU型号为CPU 224 可扩展7个模块，大达94DI/74DO,16AI/16AO（模拟量输入/模拟量输出）并且提供14个数字量输入和10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。由于使用了电动调节阀，所以还扩展了一个EM 232模拟量输出模块。该模块具有2路模拟量输出，电流输出量程为0～20mA，电流全量程分辨率为11位，25°C时的精度为±0.25% ，稳定时间为2ms。可满足比较复杂的控制系统的要求。
3 系统所要实现的功能描述如下：
　　当系统上电后，烟感报警器或者温感报警器发出信号后，系统进入运行状态。
　　（1） plc控制打开喷淋泵，并计时10s。如果10s计时结束后，喷淋管道内没有水流产生（水流传感器的水流信号）。关闭喷淋泵，并打开喷淋泵的工作故障灯，等待工作人员检修。
　　（2） plc控制打开排烟风机，当高温传感器发出高温信号时，说明此时火灾建筑物内不可能存在人员幸存，如果保持排风机开启只能增加火力，因此需要关闭排烟风机。
　　（3）当上水箱处于低水位时说明需要进行补水，因此开启喷淋泵。喷淋泵的开启规则为：A，B泵交替开启。当上水箱达到高水位时关闭喷淋泵。其间打开A，B任何泵时都进行10s的计时，如果计时时间到，补水管仍没有水流产生（水流传感器的水流信号）时，说明水泵故障，此时打开A泵（或B泵）故障指示灯，并切换到B泵（A泵），同时进行计时，如果10s后无水流感应，再次打开本水泵的故障指示灯,切换到另外一个泵,如此循环。
　　（4）当下水箱水位为低时开启下水箱补水阀，同时计时10s。如果计时时间到，且下水箱补水水流指示无信号时开启下水箱补水阀故障指示。当下水箱水位为高时停止补水。
　　以上四步为并行。当上水箱和下水箱的水位均为满时按下复位按钮，系统回到初始状态。
4 系统的SFC图如下图所示：

消防报警及处理系统的SFC图
　　PLC输入/输出对应的控制量如下表所示：

表1 PLC输入/输出配置表
5 PLC程序设计
　　程序采用梯形图的形式，它沿用了继电器的触点和线圈等符号，图形表示易于理解。部分梯形图程序如下：（由于篇幅限制，完整程序无法给出，需要者可向作者索取）
控制过程如下：
　　I0.6开→Q0.6，Q0.7,Q1.0亮（10秒后）→Q1.0灭→Q1.1亮→Q0.6，Q0.7亮若I0.4开→Q0.6亮→Q0.7亮→Q1.1亮。若I0.6,I0.1开→Q0.6亮→Q0.7亮→Q0.0亮（10秒后）→Q0.0灭→Q0.1亮→Q0.2亮（10秒后）→Q0.1灭→Q0.2灭→Q0.1亮→Q0.3亮（10秒后）→Q0.1灭→Q0.3灭（如此循环）。若I0.6,I0.3亮→Q0.6亮→Q0.7亮→Q0.4亮（10秒后）→Q0.6亮→Q0.7灭→Q0.5亮→Q0.4灭。若I0.6开→Q0.6亮→Q0.7亮→Q1.0亮，若I0.7开→Q0.7灭。
　　因为消防报警及处理系统关系着公司人员生命和财产的安全，所以该PLC控制系统采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施。如：电源的抗干扰设计采用使用隔离变压器对于抑制电网中的干扰信号具有较好的效果。软件抗干扰方面采用数字滤波和软件容错技术等经济有效的方法，进一步提高了本系统的可靠性。

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、出水流量、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。

　一、概述

　　***型转杯纺纱机是***纺织机械股份有限公司开发的抽气式转杯纺纱机。该机具有转杯转速高、成纱质量好、每锭装有一套半自动接头装置、可以单锭计长等特点，并且可以通过触摸式人机界面显示数据，监控机器运行状态，设定和显示各种工艺参数，还可以显示和记录故障，记录历史资料等功能。

二、控制系统设计

　　***型转杯纺纱机分为车头，中段和车尾组成，机器为双侧型，由中段不同的配置可组成不同锭数的机型。中段配置可分为2节，10节，12节，14节，16节。每节12锭，左右两侧各6锭。该机传动部分主要组成为：左右转杯，左右分梳，给棉，卷绕，杂质输送。给棉和卷绕电机由变频器驱动，这样就可以通过调整频率来方便的调整工艺参数。在转杯、分梳、给棉和卷绕轴上分别装有测速传感器用来采集速度信号。另外，该机还有一个抽气的风机用来产生纺纱时所需的负压。中段为该机的纺纱部件，由于当转杯速度提高到一定程度后手工接头就比较困难，因此就需要增加半自动接头装置来进行接头。每一锭由一个纺纱器和一套半自动接头装置组成，自动接头装置由伸头电磁铁和探纱器组成。

　　根据以上机器组成和控制要求，我们选择了集中监控管理，分布控制的方案。在控制系统中我们选用了台达的DVP60ES00R PLC，PWS1711触摸式人机界面，VFD-B系列变频器。车头箱内使用一套PLC作为主控PLC，两个变频器分别控制两台电机，一个触摸屏，中段每节使用一台PLC。

　　主PLC进行全机的开车和关车等动作的控制，通过传感器采集速度信号，进行参数计算，控制变频器等，通过其RS232接口与触摸屏相连，另外，通过其RS485接口组成一个通讯网络与变频器和中段PLC相连，由通讯的方式对变频器的频率、状态等参数进行读写，对中段PLC进行数据和状态信息的读写。通过触摸屏可以显示和设置工艺参数、变频器频率，显示数据、监控机器状态，显示故障等。

　　中段每节的PLC则实现每锭的半自动接头，断纱检测等功能，另外它还实现每一锭的单锭计长功能。该PLC的一些数据和状态以及一些控制信号由主PLC通过RS485通讯网络来读写。系统硬件配置如图1所示。