淄博西门子一级代理商交换机供应商

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摘要:文章阐述了基于零序电流方向的选择性漏电保护原理,介绍了一种基于PLC 的矿用智能低压馈电开关选择性漏电保护系统的软、硬件设计方案。实际应用表明,该系统能够、快速地实现选择性漏电保护,且具有较强的抗干扰能力。

关键词:煤矿; 低压电网; 馈电开关; 选择性漏电保护; 零序电流; PLC

0 　引言

煤矿井下低压电网遍布井下采、掘、装、运各个生产环节,低压漏电故障约占低压电网各种电气故障总概率的70～80 % ,是导致人身触电伤亡、引发瓦斯、煤尘爆炸,或发展为短路事故、电火灾事故的主要原因,所以漏电保护意识是井下“三大保护”之一。为了保证供电的性和连续性,要求采用有选择性的漏电保护系统。选择性漏电保护装置动作具有选择性,对于辐射式电网的多条配出线,只切除有漏电故障线路的电源,从而缩小了停电范围。

然而,由于低压选漏技术难度太大,直到现在国内各种防爆开关中所使用的选漏保护器或综合保护中选漏单元的实用效果仍不理想,选漏保护的误选、错选、落选情况严重,经常形成无选择性跳总开关,不仅造成大面积停电停产,而且由于总检漏延时300 ms 左右使总开关断电,且现有选漏系统因采用零序功率方向原理而普遍删除零序电抗器补偿电容电流功能,从而进一步加大了人身触电伤亡和引燃瓦斯爆炸的危险性。因此,研制型的选择性漏电保护装置是十分必要的。

由零序电流方向构成的选择性漏电保护,其所需的零序电流和零序电压数值较小,动作仅取决于它们的方向,保护灵敏度高,选择性好。因此,笔者基于零序电流方向构成的选择性漏电保护原理,采用PLC 技术设计了一种矿用智能低压馈电开关选择性漏电保护系统,为井下低压电网的漏电保护提供了一种新的解决方案。

1 　系统选择性漏电保护原理

矿用低压馈电开关选择性漏电保护系统的漏电保护原理主要是结合了附加直流电源检测原理和零序电流方向性保护原理,不仅利用零序电压和零序电流的幅值大小判断供电系统内部是否发生漏电和哪条支路发生漏电,同时还利用各支路零序电压和零序电流的相位关系来判断漏电支路。这样做既达到了很好的选择性目的,又能利用三重判断防止误动作。系统判断零序电压是否出动作整定值,若出,则要判断每条支路的零序电流是否出该支路动作整定值,若还出,则再判断零序电流和零序电压的相位差是否在动作整定的相位差范围之内,如果相位差在设定的范围之内,则可判断该支路必定发生漏电故障,进而发生漏电保护动作。在相位差的计算中增加对零序电流及电压信号的过零点趋势判断方法,进一步降低了谐波及其它干扰引起的误动作。

2 　系统硬件设计

目前国内馈电开关综合保护系统一般是由分立元器件或单片机组成控制,结构复杂,安装调试困难;抗干扰能力差,故障率高,经常出现误动和拒动现象,漏电动作时间常常满足不了30 ms 的要求,尤其在供电距离短、电压高或供电距离长、电压低的情况下,在1 kΩ 漏电时动作时间长。另外,由于元器件的限制,开关缺少良好的人机界面,给故障判断和排除带来不便。国外同类产品普遍采用PLC作为控制,工艺水平较国内高。但是一旦出现故障,则维修较困难,影响生产。另外,国外产品价格高,是国内同类产品的十倍以上。

针对上述情况,笔者采用和利时PLC 中的馈电开关控制器LM3108 K 和人机界面(文本显示器及设置键盘) 构成低压馈电开关选择性漏电保护系统,来完成矿井低压电网的二级选择性漏电、对称短路、不对称短路、断相、过载和过电压等保护功能。该系统由基于附加直流检测的总漏电保护和基于零序电流方向判断的分支漏电保护组成,既可完成井下低压电网单相漏电时横向选择性和纵向选择性功能,又能保证电网对称漏电时保护动作电阻值的稳定性,使馈电开关既又。

系统硬件组成框图如图1 所示。LM3108 K 接收来自现场(经过现场侧一级变换) 的三相交流信号、零序信号,经IO 板上的通道处理模块放大处理后进入DSP 进行信号,采集的信号经板间连接器进入CPU 板,之后送上位机显示;上位机的相关配置参数下发到CPU 板,再由CPU 板下发到IO 板;电源板输入为24 V DC 信号,经过防护处理之后转换为+ 5 V 送入馈电模块使用,馈电模块中用到的其它内部电压也都由+ 5 V 转换后得到。IO 板和CPU 板分别以TI 公司生产的DSP 芯片TMS320L F2407A 和Infineon 公司生产的C164单片机为,二者之间数据通信由SPI 口完成。

信号采集原理如图2 所示, TA0 为零序电流互感器、TA1 - 3 为400 A/ 1 V 的电流互感器、T2 为馈电三相电抗器、T3 为1 140 V、660 V/ 10 V 的零序变压器。

系统采集的三相电流、零序电流、三相线电压、零序电压、系统电压、绝缘电阻等信号不需要转换成直流标准信号,而是直接进入PLC 中的模数转换芯片,后PLC 根据采集到的信号来控制断路器的合分闸;漏电和短路保护动作采用硬件中断方式,大大缩短了信号采集和故障发生时执行保护动作的时间,保证分开关保护的动作时间小于30 ms ,总开关保护动作时间小于200 ms ;增加了PLC 根据电网分布电容的大小和电网电压的高低来自动整定选择性漏电保护特性和动作参数的功能,提高了保护系统的智能性。此外,该系统还建立了良好的人机界面,文本显示器在开关合闸前循环显示电网的绝缘状态、动作整定值和开关的工作状态。开关合闸后,正常工作时循环显示电网的工作参数和对地的绝缘水平,故障跳闸后循环显示故障参数和故障状态,从而大大提高了判断故障和排除故障的效率。

3 　系统软件设计

系统软件设计主要包括PLC 控制程序设计和文本显示器监控界面设计2 个部分。其中PLC 控制程序在和利时的PowerPro V4 编程软件环境下完成,主要包括硬件配置及参数设置、通信定义和用户程序的编写等。PLC 控制程序主要由主程序、信号采集程序、信号滤波程序、信号比较程序、保护输出程序等子程序构成,其中漏电判断程序流程如图3 所示。

文本显示器监控界面利用通用工控组态软件eview 开发,主要设计了参数输入界面、开关参数显示界面、报警显示界面等,可实现控制系统的工况显示、参数设定、保护方式选择、报警显示等功能。

4 　系统在井下供电设备中的应用

该智能低压馈电开关选择性漏电保护系统已成功应用于煤矿现场,其开关配置如图4 所示,包括1 台总馈电开关、6 台分支馈电开关,电网额定电压为1 140 V 。

总开关漏电保护闭锁值为42. 8 kΩ ,动作值为43 kΩ ,经实际测试,保护时间在200 ms 左右。分开关漏电保护闭锁值为42. 7 kΩ ,动作值为44 kΩ ,经实际测试,保护时间在30 ms 左右。

5 　结语

本文提出的基于PLC 的矿用智能低压馈电开关选择性漏电保护系统不仅有稳定的动作值,而且还能实现电网横向选择性漏电保护和纵向漏电保护。在采用了一系列抗干扰措施后,系统工作的性为提高。该系统以PLC 为处理单元,不仅增强了保护的灵活性和快速性,而且建立了良好的人机互动界面,提高了判断故障和排除故障的效率。现场运行结果表明,该系统能够、快速地实现选择性漏电保护,提高了煤矿井下供电的性、性和连续性,具有广阔的推广应用前景。

0 前言

在煤矿矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。因此，排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，排水泵的运行对保证矿井生产起着非常重要的作用。

目前， 许多矿井下主排水系统还采用人工控制，水泵的开停及选择切换均人工完成，依赖于工人的责任心， 也预测不了水位的增长速度，做不到根据水位和其他参数在用电的峰谷期自动开停水泵，这将严重影响煤矿自动化管理水平和经济效益，同时也容易由于人为因素造成隐患。

1 控制系统功能设计

针对当前许多煤矿排水泵控制自动化水平不高、主要以人工控制为主，开发出一套以PLC 为的井下泵房自动控制系统，主要实现以下功能：

(1)控制功能系统设有手动、半自动和自动3种控制方式。手动控制方式通过就地控制箱实现，操作方法与原来人工控制流程相同，即：开泵时先注水，泵体灌满水后或用真空泵将泵体抽成一定真空度后，启动电机，然后逐渐打开排水阀门，泵组正常工作排水;停泵时先关排水阀门，再停电机。该方式主要用于初期调试和检修时的就地控制。半自动控制方式主要是由人工选择要开启的泵以及泵的台数，开泵、停泵按PLC 设定程序自动完成, 主要用于满足矿方特殊控制要求。自动控制方式以PLC 设定程序自动执行一系列操作，完成排水工作，不需要人为干涉，为正常投入使用后的常用模式。

(2)保护功能系统具有故障自诊断功能，对供电电压、电机电流、电机轴承温度、电机定子温度、水泵前后轴承温度、进出口压力等各项参数均有监测。当某项参数异常或出设定值时，PLC 判断故障并报警，同时停止故障泵组运行，有效保护电机和水泵，有利于故障的及时排除。

(3)实时显示参数信息采用西门子人机界面TP270 (触摸屏) 实时显示灌泵时水泵腔体的真空度，正常运行时单台水泵的流量、主排水管总流量、排水管路压力，电机定子及轴承温度、水泵轴承温度、水位，负载电机的低压开关柜的状态等参数。出现故障时还可显示报警信息。

(4)远程通讯及监控功能通过光缆以及相应信号交换设备， 将井下PLC 与井上工控机相连，采用WINCC 自动化软件建立综合自动化网络平台，可实现远程自动、半自动控制，实时显示、记录各泵组运行情况和相关参数， 支持历史数据查询。井下还可装设防爆型网络摄像机，通过光纤将图像传送到地面系统，地面调度通过硬盘录像机将画面发送到地面工业电视上。

(5)合理调度除可根据水位自动启动、停止泵组工作外，还可实现根据水位上涨速度控制泵组开启台数;根据水泵的平均备用时间自动轮换水泵的运行; 在满足排水要求保证生产的前提下，通过调整开泵时间，避开电力负荷高峰期，有效地削峰填谷，节约电费开支。

2 控制系统结构层次

为实现设计功能，该自动控制系统主要由以下六部分组成：

(1)监控组态软件;

(2)数据采集终端及数据处理系统;

(3)通讯接口及网络传输;

(4)机房设备及电控设备;

(5)信号采集装置;

(6)工业电视监控系统。

整个系统可分为3 个层次： 地面监控主站层;以PLC 为的控制及通讯管理层;机械设备层。

2.1 地面监控主站层

主要由工控机、监控组态软件、工业电视监控系统等组成，通过光缆与井下PLC、防爆型网络摄像机连接。工控机通过组态软件可以实时显示由井下PLC 采集并传输的主排水泵的运行参数， 并存储相关记录，操作人员也只需在地面生产指挥采用鼠标操作，就可以实现对各泵组的控制;工业电视和硬盘录像机可实时显示、记录井下状况。

2.2 控制及通讯管理层

由PLC 和触摸屏组成的数据采集终端及数据处理系统、电控设备、数据交换设备、信号采集装置等组成。PLC 负责完成信号处理、逻辑判断、故障诊断和参数记忆等功能。通过数据模块采集水位信号决定泵是否开启以及开启台数，然后根据选择的控制方式按流程启动泵组，此时数据模块将采集供电电源、电机、水泵的各项参数，如：检测开关的带电状态、电机定子温度、轴承温度、泵出水口压力、主排水管流量、水泵前后轴温度等。各参数将在触摸屏上显示，并且通过数据交换设备传输到地面监控主站。控制原理如图1 所示。

2.3 机械设备层

煤矿排水系统主要设备包括电机、水泵、吸水管道、排水管道、管道阀门等。该自动控制系统是基于原煤矿排水系统的设计，只需在原有排水系统设备的基础上进行部分改动。除在电机、水泵和管道上做部分机械结构的改动以满足传感器的安装需要外，主要是对原有排水阀门、注水阀门换为电动可控阀门;加装为水泵注水的射流泵或为泵抽真空用的真空泵以满足水泵启动的需要。为保证性，防止自动控制系统出现故障时不能正常启动泵组排水，不破坏原排水系统结构形式，保留原始人工操作方式。

3 控制系统程序设计

控制系统程序的设计主要基于控制要求和具体控制方案的实现。本系统程序设计包括PLC 程序设计和组态软件程序设计两大部分。

3.1 PLC 程序设计

PLC 程序设计采用STEP 7 软件编制。STEP 7软件是用于西门子S7-300/400 型PLC 创建可编程逻辑程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表进行程序编制。S7 系列PLC 包括一个供电单元、一个CPU， 以及输入和输出模块(I/O 模块)。PLC 应用STEP 7 软件编制的S7 程序监视控制整个系统，并通过地址寻址寻找I/O 模块，实现数据的输入输出。

PLC 编制程序时作硬件组态。其主要任务就是在STEP 7 中生成一个与实际硬件系统相同的系统,生成网络、网络中各个站的机架和模块,以及设置各硬件组成部分的参数,即给参数赋值。硬件组态确定了输入/输出变量的,为编制顺序控制程序打下了基础。

用梯形图在STEP 7 中进行顺序控制程序编程。PLC 上电起动后执行内部初始化,然后根据手动、半自动、自动控制的方式选择，进入相应的程序流程。整个程序主要包括运行前水位和供电状态检测、正常启停泵组、运行中参数检测和故障报警、故障停泵等模块，程序流程如图2 所示。STEP 7 软件通过建立在线连接下载程序到PLC 以对编制好的程序进行调试， 可实现程序的运行状态监视、强制性数据变和输入输出信号的强制开/关等。

3.2 组态软件程序设计

组态软件编程主要用于生成人机交互界面，以便进行实时监控。本系统应用西门子公司的WINCC自动化软件进行程序设计，可以生成标准化输入/输出域、棒图、趋势图、光栅和矢量图，且具有动态性能的属性，可进行便捷的过程可视化,并提供集成的消息和报警系统。

编制的人机界面主要有控制画面、参数显示画面及故障报警记录等状态信息，编程框图如图3 所示。操作员可通过触摸屏进行系统的控制方式选择以及各项检测参数的显示，实现了整个控制过程的可视化。并且可以通过通讯同步到地面上位机，实现远程控制与监测。

4 结语

以西门子S7-300 型PLC 为的水泵自动控制系统，通过合理的程序设计和对原排水系统的改进，实现了根据水仓水位的高度、水位变化速度及用电避峰填谷原则，自动启动水泵进行排水，减轻工人劳动强度，增强井下排水的性。同时也实现了水泵运行的合理调度，提高设备利用率，节能增效。

自动控制系统采用了技术的西门子S7-300 型PLC，性能稳定，故障率低，且具有完备的故障诊断和保护功能， 保留的人工控制方式可在PLC控制系统故障时正常启动水泵。通过西门子触摸屏TP270，可实现界面切换、系统巡查、故障复位、控制方式转换等功能。系统的通讯功能还可实现远程监控。总之，该系统的使用必将提高煤矿生产的自动化水平，对矿井生产具有重要意义。

0 引言

耙料机是化肥生产包装的重要设备，是大型化肥厂大的移动设备。一般大型化肥厂都设有一座大型化肥散装库，在无包装条件时由胶带输送机将化肥均匀撒入散装库中，当需要包装时再由耙料机将化肥耙到胶带输送机上。中国石化股份公司安庆分公司化肥厂上世纪70年代从法国引进一套耙料机设备，长期处于恶劣的环境中经过几十年的运行，各电器元件老化严重，已进入故障高发期。由于早期的继电器控制系统线路结构复杂，若发生故障，故障原因难以查找，特别是一些进口元件早已停产，备件来源无法保证，一旦损坏有胀库的危险。为保设备的长期运行，提高维修保养效率，降低工人劳动强度，提高工厂自动化水平，实现管理网络化，控制无人化。设计一种基于可编程控制器(PLC)自动控制系统，改造原先的继电器控制系统，是耙料机技术改造的可行方案。下面以中国石化股份公司安庆分公司化肥厂耙料机升级改造项目为例介绍一种以西门子S7-300PLC 为基础的控制系统升级方案。

1 系统的结构及功能

改造后的耙料机自动监控系统由控制主站和控制从站组成， 主从站之间采用无线通讯与PROFIBUS-DP通讯两种通讯方式，互为热备。控制主站设在散装库监控室内有两台工控机一用一备，控制从站设在耙料机上的行车内。主站和从站均为可编程控制器。从站直接控制现场电气设备的启停、运行，并接受现场设备信号，进行简单的信号处理，再将信号传递给主站;主站接收从站信息，将有关参数分析保存并显示故障报警。系统可在远程和本地两种工作状态下控制耙料机。监控系统的结构如图1 所示。

系统包括以下功能：

1) 故障监测保护：耙料机跑偏，电机综合保护器信号，耙臂运行到限位置，堵料，拉线开关松弛。

2) 设备启动预警，耙料机启动与要料信号互锁。

3) 通过主站可修改耙料机耙料与胶带输送机下料之间的延时参数。

4) 主站组态界面动态显示耙料机运行情况及故障发生点。

5) 主站可选择远程或本地控方式。系统运行时不可换。

2 系统硬件的结构

本系统由西门子S7-300 系列PLC，工控机，电机综合保护器，语音系统，视频系统，各类传感器的组成。采用PROFIBUS DP 网络将各部分与监控系统连接起来。

2.1 PLC的选择

PLC单元处理器选择CPU 315-2DP它集成有一个M P I 口(多点通信接口)和一个D P(PROFIBUS-DP)接口。它具有大容量程序存储器，用于分布式和集中式I/O 控制中。由于耙料机在车间内来回移动，主站与从站间信号传输距离较长，采用DP通讯时在主从站之间使用信号中继器增加传输距离。主站与工控机通过CP343-1 工业以太网模块连接。为了给日后升级留出可用的空间，一般在设计时按实际需要输入、输出点数的120%确定输入、输出点数。因此主站选择8 点数字量输入模块与16 点数字量输入模块。从站4个机架共选用14块8点数字量输入模块，5块8点数字量输出模块，一个12 通道模拟量输入模块。

2.2 电机综合保护系统

电机综合保护系统为行走电机，旋转电机等装置提供电源，并对其进行控制和保护。它可进行过载，接地漏电，短路，缺相和欠压等保护。并可将故障信号输入从站PLC输入模块中，PLC控制器运算后发出指令控制电机，并将故障信号输出给主站PLC。

3 系统软件的设计

软件设计由两部分组成，PLC程序设计与上位机组态界面设计。

3.1 PLC程序

监控系统有两种工作方式，远程控制方式与本地控制方式。远程控制方式又可分为自动控制与手动控制。在远程自动控制方式下耙料机根据事先存储在PLC内的程序自动控制启停，各种保护均投入;远程手动控制方式下，监控室内的操作员从上位机发出启停指令，各种保护均投入。在本地控制方式下，操作员在耙料机行车操作台上手动按下启停和动作按钮，仅通过从站PLC控制耙料机。此时监控室上位机仅显示工作状况。

PLC程序设计主要包括主站程序和从站程序两部分，主站程序仅负责与从站的通讯调用从站程序。子站程序包括各种工作方式下的启停控制程序，模拟量采集程序，数字开关量的采集、处理程序。故障诊断处理程序，与上位机通讯程序。从站PLC 自动控制程序流程图如图2 所示。

3.2 上位机组态

上位机监控系统用于对耙料机的运行状况进行集中监控，工业控制计算机通过工业以太网与主站PLC相连。上位机操作系统选用bbbbbbs XP，上位机软件选用WinCC 6.1 组态软件。上位机的主要功能是对耙料机的控制参数进行设置，监控耙料机的运行，绘制并保存重要参数变化曲线。上位机组态的使用大大方便了现场操作人员对设备的操作，由于化肥散装库全封闭，夏天的高温和刺激性气味使生产环境异常恶劣，系统改造后操作人员不必在现场行车内操作，只需在监控室内工控机上即可完成所有操作。同时维护人员的工作量也大大简化，以前耙料机的维护主要依靠维护人员经验，改造后通过组态实现故障的诊断可视化，所有重要数据曲线保存。上位机组态界面图如图3 所示。

4 结束语

本文采用PLC对耙料机原有的继电器控制系统进行升级改造，延长了耙料机的使用寿命，提高控制系统的性，降低现场操作工人的劳动强度，方便故障诊断维修，实现了生产管理的可视化、网络化。经过调试和运行，本控制系统达到预期的控制要求，具有较高的性，为企业节省了大量的人力物力，降低了生产成本。

1 引 言

目前, 中国大多数工矿现场和大型企业, 在计量方面还是使用国产传统的核仪表, 即核子秤、密度计、料位开关等, 其二次仪表在很多现场使用时出现不同的问题, 大大的缩短了核仪表的使用寿命, 增加了其维护成本。且这些二次仪表类型不同、一一对应, 不能互换。因此, 采用PLC 来控制计算, 代替传统核仪表的二次仪表, 经过反复的实践, 在此方面有了重大的突破, PLC作为二次仪表进行密度、压力、流量、排量、重量的测量将是, 在不久的将来, PLC 将代替核仪表的二次仪表, 成为新型的控制测量仪表。

2 传统核仪表的组成和功能

核仪表主要用于工矿现场, 进行物料的重量、矿浆的浓度、液位的高度等很多测量方面的仪表, 是基于窄束Y射线穿过被测介质衰减服从指数规律衰减的原理, 对被测介质作非接触式连续测量, 并直接显示被测工艺参数。

衰减程度与密度的关系式为:

衰减程度与皮带单位长度上的物料质量关系的数学表达式为:

传统的核仪表由探测器部分和二次仪表部分组成。探测器是用来采集信号并将信号传给二次仪表进行处理。二次仪表是由手工焊接制作的印刷电路板构成。在存储和计算方面采用可插拔的芯片12C887和89C55等芯片, 内部处理信号主要是靠单片机处理, 这样以来它就会受元器件性能的约束, 在现场就会发生元器件使用寿命短、电路板焊接焊点不牢靠、现场工业用电电压不稳定烧坏芯片等诸多问题。造成二次仪表损坏, 不能正常工作, 大大提高了仪表的维护成本 。

传统核仪表在操作方面也有所欠缺, 人机对话界面做的不够完善, 显示内容表达不清楚。按键采用面膜式的按键, 在频繁使用的场合下, 会出现按键失灵或者按键按下以后再弹不起来的故障, 使得现场工作人员不能正常使用。模拟量输入、输出只由4 ~0mA信号, 信号单一, 不能适合大型的现代工矿现场使用。

3 PLC控制的核仪表系统的组成和功能

PLC即可编程序控制器, 其部件是CPU (即处理单元), 实际的工艺计算就在CPU 中进行,PLC 具有功能强大的指令集、丰富强大的通讯功能、编程软件的易用性等诸多功能。在PLC 上还能直接安装外接存储卡和电池卡, 用以保持数据或者提供数据保持的电池供电等。利用PLC 处理信号, 是现代社会发展的一个趋势。

该设计选用了西门子的S7- 200型PLC, 因其本机自带有两个高速计数口, 两个模拟量输入、两个模拟量输出口, 所以不再需要配置其他的扩展模块。

PLC 控制的核仪表系统集密度计、核子秤、料位开关、车载密度计与一体, 通过探测器采集信号传入PLC 进行处理、存储和显示。系统结构图如图1所示。

4 PLC控制的核仪表系统的软件设计

设计主要是在西门子编程软件STEP - 7 - M icro /W IN中进行。其使用梯形图编程语言, 通俗易懂。要配置TD400C, TD400C 是一种的人机界面, 使操作员或用户能与应用程序进行交互。配置需显示的内容及需要植入的计算参数。在配置完TD400C 之后, 就要进行编程。根据式( 1)可以推导出所测密度:

根据式( 2)可以推导出皮带单位长度上的物料质量:

在编程过程中将式( 3)、( 4)写入程序。PLC 通过两个高速计数口, 将探测器采集到的脉冲信号送入CPU, CPU 经过执行编写好的程序来进行运算处理,得到上述参数, 并把这些参数连续、在线的在TD400C 上显示。

模拟量输入的处理如压力、排量等模拟信号 ,PLC 提供的两个模拟量输入口, 一个可以输入0 ~10V中的任意电压信号, 一个可以输入0~ 20mA 中的任意电流信号, 选择所需要输入信号的范围只需在程序中将其对应的数值改动即可。输出信号也提供了0~ 5V 的标准输出信号, 可以直接接入现场的控制系统。另外在PLC 中还加入了上下限报警设置,当所测量的参数过或所设置的上下限参数时,PLC 停止工作, 等待工作人员进行处理。如图2所示为几个TD400C 显示界面。

5 PLC控制的核仪表系统的外部电路设计

PLC 的输入/输出接口和内部集成电路是光电隔离开的, 所以外部电压的变动不会影响内部电路。如图3所示为外部电路接线图。

6 总 结

该设计基本上解决了二次仪表出现问题的各种情况, 并且将核仪表的二次仪表部分统一起来, 使用一个PLC代替全部的核仪表二次仪表部分。实现了对密度、压力、排量、重量等工艺参数的测量和调节,提高了测量精度, 降低了运行成本, 具有操作简单, 运行稳定等优点。设计的外部电路结构简单, 扩展性强, 能广泛运用于各种工矿现场。

0 前言

在所有的定位系统中, 都有两种值检测系统, 一种是检测系统, 一种是相对值检测系统。从实用角度简单的来说, 检测系统其伺服电机编码器在断电后(即使移动电机)能够记忆位置数据。再上电时能将当前值数据传送到控制器中, 系统不用回原点就已建立坐标系, 可以正常工作, 而相对值检测系统其伺服电机编码器在断电后不能够记忆位置数据, 再上电时执行回原点才能建立坐标系, 从而正常工作。

现在三菱的通用伺服电机和数控系统用伺服电机都配备有编码器, 只要给伺服驱动器配备电池,就能建立检测系统, 现就以FX PLC 和MR- J2伺服系统构成的工作机械中建立检测系统的技术做一探讨。

1 FX PLC- MR- J2系统

做控制时应该选用三菱FX1N或FX3U系列的晶体管输出型PLC, 而不宜选用FX2N系列PLC, 这是因为FX2N系列的PLC不具备的定位指令。

MR- J2系列的伺服驱动系统包含伺服驱动器和伺服电机, 要建立检测系统要将伺服电机的当前值传递给控制器。因此在PLC 和伺服系统内要编制程序和做相应设置。

1. 1 在PLC 一侧应该编制的程序

在PLC程序中使用?? ABS当前值读取指令 , 该指令如图1所示。这条指令启动PLC进行检测并了PLC接受伺服驱动器传来信号的输入端地址, 以及传送给伺服驱动器信号的输出端。只有根据这条指令才能建立PLC和伺服驱动器的硬接线。

1. 2 在伺服系统一侧的设置

( 1)在伺服驱动器上加装电池, 由于数据保存在编码器的计数器内, 由电池支持工作。MR- J2系列和MR- J3系列所用的电池形状不一样;

( 2)参数设置:

MR- J2S-其参数N0. 1= 1000(选择检测系统) ; MR - J3-设置参数PA03= 0001(选择检测系统) 。以上参数设置完毕后, 断电再上电参数才有效。经以上设置, PLC一侧的各端口地址和伺服驱动器一侧的相关端子都被赋予了相关定义, 可以进行硬连接了。

2 在PLC和伺服驱动器之间的硬接线

编程和设置完成后, 在PLC 和伺服驱动器之间进行硬接线, 才能进行通信。接线图如图2所示。

3 检测系统的通信过程

PLC 编程, 设置伺服系统参数, 硬接线这三项工作完成后, 再断电上电, 系统就自动进行检测。下面介绍??建立检测系统的通信过程 (见图3)。

( 1)在PLC内部的?? ABS读取指令 = ON 的上升沿, PLC将?? ABS传输模式信号(Y5- ABSM ) 和??伺服开启信号(Y4- SON) 置ON;

( 2)伺服驱动器收到?? ABS传输模式信号ABSM后, 检测并计算数值, 然后将?? 传送数据准备完成信号- TLC 置ON ( X2= ON ), 通知PLC 可以进行;

( 3) PLC 收到?? 传输数据准备完毕信号( TLC =ON) 后, 将?? ABS请求信号( ABSR ) 置ON, ( Y5 =ON) ;

( 4)伺服驱动器收到?? ABS请求信号ABSR 后 ,输出ABS低2位数据, 并将??传送数据准备完成信号- TLC 置OFF ( X2= OFF);

( 5) PLC确认?? 传送数据准备完成信号- TLC 置OFF(X2= OFF) , 这表示伺服驱动器已经输出了低2位数据, PLC 读取2位ABS数据, 然后将?? ABS请求信号(ABSR ) 置OFF, ( Y5= OFF);

( 6)伺服驱动器将??传送数据准备完成信号-TLC 置ON( X2= ON )准备下一次传输。重复3- 6项操作, 直到完成32位数据和6位和校验数据的传输;

( 7) PLC收到和校验数据后, 将?? ABS传输模式信号ABSM 置OFF。整个通信过程完成, 如果通信过程中ABSM 信号被置OFF, 则会中断ABS传输。以上过程虽然复杂, 但是无须编制其他程序, 而是在PLC 和MR- J2伺服系统之间自动完成。

4 可能出现的问题

信号公共端的连接: 按图2的要求将PLC 一侧公共端与伺服驱动器的SG 端相连接, 如果该公共端信号不连接, 可能误动作。

5 对检测系统的验证

经过以上在PLC一侧编写程序, 在伺服驱动器一侧设置参数, 再正确连线后, 断电- 上电, 在上电的瞬间, 可以观察到在PLC 和伺服驱动器之间信号闪烁,表明双方在交换信息, 如果伺服驱动器的数码显示屏上没有错误显示, 则表示检测完成。怎样才能知道检测系统所检测到的信息是正确的呢? 可按如下程序进行操作:

( 1)行回原点(检测系统只需做一次回原点操作) ;

( 2)移动伺服电机到任意值, 在PLC 梯形图上监视D8140的数值。( D8140的数值是当前位置值) , 记录该数值;

( 3) 断电- 再上电, 观察D8140 的数值。如果D8140的数值与断电前相同, 则表示检测系统已经正确建立, 如果D8140在断电上电前后数值不同,则表示检测系统尚未正确建立, 检查编程,设置和连线等各方面因素。