西门子6ES211-0AA23-0XB0大量现货

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    我国混凝土泵车的市场前景与现代化建设的进程密切相关。作为“车、泵、站”为一体的施工机械，对保证工程质量、提高施工速度、增加施工安全等起着十分重要的作用。近年来，我国的拖式混凝土泵车得到了飞速发展，按照各厂家产品生产能力等的不同，大致可以分成以三一重工、中联重科为代表的**梯队，以鸿得利、佳尔华等为代表的*二二梯队，以及其他生产能力都相对较小的*三梯队厂家。
    对中小生产企业而言，充分发挥混凝土泵车输送效、操作简单、维修方便的优势；研制操性能可靠、价格低廉的产品以及时国内市场，然后逐步向高端产品方向发展，是目前企业得以生存的战略方针。
    关于混凝土泵车产品性能、质量的提高或生产成本的降低，目前研究主要侧重于其液压系统的改进与检测，或换向管阀及整体结构稳定性的结构设计研究。对于混凝土泵车控制系统的设计研究涉及不多，刘会勇等开发了功能完备的混凝土泵智能监测和控制系统；王佩君等采用PLC对混凝土泵的电气系统进行了改造设计。也有厂家尝试采用单片机自行开发微控制器进行控制系统设计，这种方法可降低整个系统成本，但自行开发的微处理器可靠性较低。从市场使用来看，目前细石混凝土泵车的控制系统己大多采用PLC，但所使用PLC大多为价格相对较高的德国西门子系列或日本三菱系列。相对而言，在细石混凝土泵车上采用性价比相对较高的国产信捷PLC，在降低细石混凝土泵成本、提高其使用维修性能等方面具有积极的市场意义。

1 系统构成
1．1 工作原理
    细石混凝土泵的基本原理是由电动机带动液压泵产生压力油驱动液压缸，液压缸活塞杆再带动混凝土缸活塞把混凝土推入输送管道，通过混凝土分配阀和液压缸之间的顺序动作，使混凝土不断从混凝土料斗吸入混凝土缸，并通过输送管道输送到浇注地点。

   电机启动，液压泵5向系统供油。压力油液经主换向阀7驱动两个主液压缸1差动进行泵送工作。不工作时，进入主换向阀7的液压油经中位流回油箱，液压泵处于卸荷状态。液压泵较大工作压力由溢流阀6控制。两个主液压缸的无杆腔相通，形成闭合油路。每当活塞运动到行程终点后，压力油会自动打开油缸的单向阀向闭合油路补油一次，实现自动补油功能。
    电机启动，压力油液经减压阀4、分配换向阀3驱动两分配阀液压缸2工作。两分配阀液压缸有杆腔与油箱相通。当一个分配阀液压缸活塞杆伸出时，分配阀向另一个液压缸方向摆动，使其活塞杆缩回，同时由油箱向有杆腔补充油液。

1．3 其他辅助系统
    加散热器，采用风冷对液压系统散热。用两只电接点温度表控制油温上下限，温度**60℃时风冷开始工作，当油温冷却至30℃以下时，风冷停止工作。
    配备自动润滑系统，润滑泵每隔一段时间注油30秒对相对转动件进行润滑。
    振动系统可为设置的料斗筛提供动力，若料斗中物料不足时，可单独启动振动电机向料斗中筛取充足的物料。

2 电气系统设计
2．1 工作过程
    接通电源并上电后，按下“启动”按钮，控制电源启动。旋开“电机启动”，主电机工作。旋开“泵送”按钮，电磁阀Y0和Y2先得电，开始正常泵送；主液压缸1的活塞触发限位传感器X0后，电磁阀Y1和Y3得电，继续进行泵送工作；待主液压缸1的活塞再次触发限位传感器X1后，电磁阀Y0和Y2再次得电；如此循环。工作完成后，旋回“泵送”按钮，泵送停止。旋回“电机启动”按钮，主电机停止工作；按下急停按钮，断开控制电源，整机停止工作。
    如果在正常工作过程中输送管发生堵管现象，系统压力升高，主油路液压表指示异常，需使系统反泵一段时间。
2．2 硬件系统的设计
    由细石混凝土泵车的工作系统组成和工作过程可知，需控制的执行电气元件为：主电机、分配阀换向阀与主换向阀中的电磁铁、散热器、润滑系统中的润滑电机以及振动电机等。
    根据设计要求，选择信捷XC2-16R-E型号的PLC即可满足要求。为了尽量减轻PLC的运行负担，采用PLC和外置继电器共同控制换向阀中的电磁阀以及散热器。
    根据主电机功率，采用漏电断路器以及两接触器利用“星-三角”接法来进行启动保护和控制。
    润滑电机采用接触器和继电器组合使用，利用PLC控制。时间继电器可用于调试润滑间隔所需时间，待时间确定后在PLC中更改，较终完成电机所需要的启动和停止。
    振动电机的保护和控制由漏电断路器与接触器的组合使用来实现，其启动和停止由旋转按钮来控制。
    所选用漏电断路器、接触器与继电器均为国产德力西品牌。具有较高的性价比优势。

其中“启动”按钮用于启动和停止控制电源。“正反泵”按钮表明旋开正泵时料斗内的混凝土料向目的地输送，反泵时将料往料斗内抽回。“泵送”按钮旋开时开始泵送，旋回后停止泵送。“点动1、2”按钮可使按住其中之一按钮时，其一主液压缸活塞杆向前移动，另一活塞杆后退；按住另一点动按钮，活塞杆移动方向相反。“振动”主要用于控制振动电机的启停。

3 结论
    在满足同样性能要求的情况下，信捷的产品价格要比国外品牌同等产品的价格低40％左右，这对于在保证产品性能的前提下节省产品成本来说是一个有效途径。
    采用以信捷XC2-16R-E型号PLC为主的国产电气元件对细石混凝土泵电气系统进行开发设计。所设计电气系统经菏泽永安机械制造有限公司检验使用，反映其在环境恶劣的建筑施工现场运行一年多来，稳定性良好。

详细了解被控对象的控制要求，确定必须完成的动作及完成的顺序，归纳出工作循环和状态流程图。
  2．PLC型号的选定
  根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。
  3．硬件设计
  根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电器控制系统总装配图和接线图。
  4．软件设计
  （1）在进行硬件设计的同时可以同时着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的较关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在程序设计的时候建议将使用的软继电器（内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途以便于程序设计、调试和系统运行维护，检修时候查阅。
  （2）程序初调也成为模拟调试。将设计好的程序通过程序编辑工具下载到PLC控制单元中。由外接信号源加入测试信号，通过各种状态指示灯了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，缺陷，直到满足设计的要求为止。
  5．现场调试
  在初调合格的情况下，将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接的正确无误的情况下即可送电。把PLC控制单元的工作方式布置为“RUN”开始运行。反复调试可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当老配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。试运行无问题后可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，并做备份（至少应该作2份）。
1．减少所需的PLC输入点数方法

  （1）分组输入
  自动程序与手动程序不会同时执行，可考虑把这两种信号叠加起来按照不同的控制状态要求分组输入PLC。
  XO用来输入自动/手动切换控制信号。SB3和SB1按纽虽然都使用X1端子，但是实际上代表的逻辑意义不同。二级管是用来切断寄生信号的，避免错误信号的产生。这一个输入端就可以分别反映两个输入信号的状态，接生了输入端口。
  （2）外电路适当改进减少输入点数
  一个两地启动，三地停止的继电器——接触器。在转换成PLC控制电路时候采用三种接法，所占用的输入点也有所不同。
  （3）利用PLC内部功能。利用转移指令在一个输入端上既然一开关，作为手/自动转换开关。
  运用转移指令可将手动和自动操作加以区别。利用计数指令或者位移寄存器可实现单按钮启动和停止。

  2．减少所需PLC的点数方法

  （1）通断状态完全相同的负载，在PLC的输出端点的功率可以的情况下可并联于同一输出端点，即一个输出端点带多个负载。
  （2）当有m个BCD码显示器显示PLC数据时候，可以使BCD显示器并联占用4个输出端点，即一个输出点带多个负载。
  （3）某些控制逻辑简单，而又不参加工作循环，或者在工作循环开始之前必须启动的电器可以不通过PLC控制。

  工作环境
温度 PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境**过55℃，要安装电风扇强迫通风。
湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。
震动 应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。
空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
电源 PLC供电电源为50Hz、220(1±10%)V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器 bbbb="//byq./" target=bbbbbb>变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。FX系列PLC有直流24V输出接线端，该接线端可为输入传感器(如光电开关或接近开关)提供直流24V电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流电源 target=bbbbbb>稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
安装与布线
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器 bbbb="//byq./" target=bbbbbb>变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。
PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。
PLC的输入与输出较好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。
交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
I/O端的接线
输入接线
输入接线一般不要**过30米。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。
输出连接
输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。
采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。
PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
外部安全电路
急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。
保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。
可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。
电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断**过10秒或电源下降**过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。
PLC的接地
良好的接地是保PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2 ，接地电阻小于100Ω；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上**地线，接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。
冗余系统与热备用系统
在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有较高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成较大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身可靠性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。
在冗余控制系统中，整个PLC控制系统(或系统中较重要的部分，如CPU模块)由两套完全相同的系统组成如图2所示。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主CPU，另一块是备用CPU；主CPU工作，而备用CPU的输出是被禁止的，当主CPU发生故障时，备用CPU自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元RPU控制的，切换时间在1~3个扫描周期，I/O系统的切换也是由RPU完成的。
在热备用系统中，两台CPU用通讯接口连接在一起，均处于通电状态如图3所示。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，使备用CPU投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单。

PLC的输出电路形式一般分为：继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出三种。弄清这三种输出形式的区别，对于PLC的硬件设计工作非常有必要。下面以三菱PLC为例，简要介绍一下这三种输出电路形式的区别和注意事项，其它公司的PLC输出电路形式也大同小异。

1、 继电器输出电路 (MR)

优势：继电器输出可通过交流和直流，一般负载AC250V/50V以下，负载电流可达2A，因此，PLC的输出一般不宜直接驱动大电流负载（一般通过一个小负载来驱动大负载，如PLC的输出可以接一个电流比较小的中间继电器，再由中间继电器触点驱动大负载，如接触器线圈等）。

劣势：继电器触点的使用寿命也有限制（一般数十万次左右，根据负载而定，如连接感性负载时的寿命要小于阻性负载）。此外，继电器输出的响应时间也比较慢（10ms）左右，因此，在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出形式。

2、 晶体管输出电路(MT)

优势：晶体管相应速度快，适用于要求快速响应的场合，如高速输出发脉冲；由于晶体管是无机械触点，因此比继电器输出电路形式的寿命长。

劣势：晶体管输出型电路的外接电源只能是直流电源，另外，晶体管输出驱动能力要小于继电器输出，允许负载电压一般为DC5V～30V，允许负载电流为0.2A～0.5A。这两点的使用晶体管输出电路形式时要注意。

当然在常见输出中不止这些，常见的可控硅放大版等也需要做一些了解，只是其应用逐渐淘汰。

3、NPN和PNP在实际工作理论中，我们需要记住几点

一般PLC采用NPN接法，其公共端为0V ，常见于三菱PLC中；反之PNP接法，公共端接高电平，常见于西门子PLC。

4、当然不仅局限于PLC输入输出端信号，传感器也有不同接法

PNP与NPN型传感器一般有三条引出线，即电源线VCC、GND，OUT信号输出线

1、NPN类

NPN是指当有信号触发时，信号输出线OUT和GND连接，相当于OUT输出低电平。

2、PNP类

PNP是指当有信号触发时，信号输出线OUT和VCC连接，相当于OUT输出高电平的电源线。

1、干扰源及干扰一般分类

影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两较间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

2、PLC控制系统中电磁干扰的主要来源

2.1 来自空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布较为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

2.2 来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。

（1）来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，**隔离是不可能的。

（2）来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

（3）来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

2.3 来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

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