6ES7231-0HF22-0XA0选型说明

6ES7231-0HF22-0XA0选型说明

 工业现场传感器与PLC/FCS/DCS、仪器仪表之间输入输出的模拟信号隔离放大器(亦称模拟量隔离变送器)属于模拟信号调理的范畴。模拟信号隔离放大器能有效保护各级控制回路，或减弱环境噪声对测试电路的影响，抑制公共接地、变频器、电磁阀及浪涌脉冲对设备的干扰，同时对下级设备具有信号限压、扼流的功能。是变送器、仪器仪表、变频器、电磁阀、PLC/DCS输入输出及其通讯接口的可靠防护器件。对于有些环境恶劣的工业现场，控制系统错综复杂，高温、震动、潮湿和干扰信号并存，所以通过隔离放大器将输入输出模拟信号进行放大、转换、远传且各系统回路完全隔离，的确是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。

所谓带宽(bandwidth)又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，带宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备仪器中，带宽通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。

频率响应简称频响，在电子学上用来描述一台仪器仪表、PLC等设备对于不同频率的信号的处理能力的差异。同失真一样，这也是一个非常重要的参数指标。

带宽指标的测试方法如下，在输入端加上一个频率可调的正弦波模拟信号，输出端可以稳定跟随输入端信号的较大频率范围就是带宽。工业信号隔离放大器带宽指标的工程意义是什么呢?在应用当中我们如何理解“带宽”呢?带宽指标反映了隔离放大器对输入信号变化的响应速度。带宽越大，隔离放大器对信号变化的响应速度越快;带宽越小，说明隔离放大器对输入信号瞬间变化反应不敏感，在某些场合也就意味着抗干能力较强。

隔离放大器和隔离变送器的工作原理是首先将传感器、仪器仪表、PLC等发送与接收的标准信号或温度、位移、频率、转速等**信号通过半导体器件进行调制，再由光感或磁感器件进行隔离转换变送，然后进行解调还原成精度、线性度一致的原有信号或变换成其它信号，同时对隔离前后信号的工作电源进行隔离处理，以保证信号输入、信号输出与辅助电源即变换前后的信号、电源、地之间三隔离。模拟信号隔离放大器和隔离变送器属于工业仪器仪表与传感器分类中的一种器件，其主要功能是模拟量的隔离、放大、转换及变送，因而就必然有信号带宽和频率响应这个基本的技术指标。

工业现场信号传输干扰处理参考方案(变频器抗EMC干扰**隔离放大器)：

工业现场有变频控制设备、大功率电磁起动设备、GPS高频信号无线收发装置等存在EMC干扰源的系统，需要针对不同的干扰源及系统控制信号的特性来分析确定干扰信号处理解决方案。

1、传感器输出模拟信号上的干扰

在传感器输出端加装ISO系列模拟信号隔离放大器可以有效解决模拟信号传输过程中的衰减和EMC干扰，增强显示控制系统的稳定性和可靠性。用于变频器抗EMC干扰的模拟信号隔离放大器：ISOEMU-P-O-M系列，是在IC内部加装输入信号干扰抑制滤波电路和输出干扰谐波吸收电路，增强抗EMC电磁干扰和高频信号空间干扰功能。特别适用于现场有变频控制设备、大功率电磁起动、GPS高频信号无线收发装置的场合。

2、高频信号辐射的空间干扰

将各控制系统、设备分别加装金属屏蔽盒(不同频率段使用的金属成分不同)并将外壳可靠接地，信号通讯传输线路采用双绞屏蔽电缆。

3、RS232/RS485的远程通讯线路干扰

在RS232/RS485通讯接口上加装DC-DC隔离模块电源，将通讯供电电源与其它电源直接隔离开来。信号通讯传输线路也要采用双绞屏蔽电缆(屏蔽层接地)。

4、系统供电电源电路中的干扰

现场有大电流晶闸管、变频控制设备、大功率电磁起动装置的，对电源系统的供电参数会产生畸变影响。通过电源电路，干扰信号会进入到现场的各个控制装置。因此，首先要确定现场的各个装置接地良好，各装置的供电电源要加装与其相匹配的电源滤波器(低通EMI滤波器或抑制电抗器)。

模拟信号隔离放大器隔离变送器的带宽与频响工业现场技术指标选型应用参考：

1、模拟信号在变化频率缓慢(<50Hz)的场合(如测量温度、压力、位移、流量等)，可选用带宽较小、低频响的隔离放大器：ISOEMU(A)-P-O-M系列产品(M：表示低频响)。所以在变频器控制系统中，为抑制和隔离EMC干扰，常选用：ISOEMU-P-O-M系列的隔离放大器。

2、模拟信号在变化频(>2KHz)的场合(如测量转速、调节高速电子开关、开关电源的PWM控制等)，为**采集数据的完整和可靠，常选用高带宽、高低频响的隔离放大器：ISOEMU(A)-P-O-H系列产品

(H：表示高频响)。

3、高频与低频响环境以外的大多数系统都选择常规频响(2K)产品：ISOEMA-P-O或ISOEMU-P-O系列。

4、对现场环境有强磁空间干扰(高频电磁大电流负载)场合可选用光电隔离放大器：ISOU(A)-P-O-M系列

基于PLC的上网计时器制作ADSL是目前采用得较多的宽带接入方式。不少用户利用ADSLMO-DEM的路由功能实现多台用PLC制作上网计时器电脑共享上网，以减少上网费。对于网络运营商提供的多种资费标准，除了包月使用的用户以外，都存在上网计时问题。

一般上网计时都是用电脑计时软件来实现，这些软件均是针对以拨号方式上网的单台电脑，对于利用ADSLMODEM的路由功能实现多台电脑共享上网的方式，目前还没有很好的计时办法。因ADSLMODEM工作在路由方式时，只要接通MODEM电源，MODEM就会自动进行拨号连接网络，因此要计算上网时间，必须计算ADSLMO-DEM的通电时间。

笔者用PLC制作了一个上网计时装置，用来监视和控制共享上网时间。

现以某小型办公场所两台电脑共享上网为例，标准为240小时/每月，使用时间定为从早上8时至晚上24时来进行介绍。

二、PLC的接线

这里选用施耐德的NEZATSX04CD06R8A小型PLC(带时钟功能)和IHMI TSX08H02M两行中文文本显示器。PLC接线如图l所示，电源为AC220V。ADSLMODEM的电源由PLC的输出接点Q0.0控制，报警输出由PLC的Q0.1控制，开始计时由输入接点10.0采用双控开关控制，两只开关分别安装在两台有电脑的办公室，并设有相应的工作指示灯。当10.0接通时，若条件满足，则Q0.0接通，这样两个办公室就可以根据各自的上网需要来开启或关闭ADSL

MODEM的电源了。HMI文本显示器的电源为DC24V.经过TSX08HMRUNCAB电缆与PLC连接，与NEZATSX04CD06R8A

PLC通过默认的通讯协议通讯，每天和每月的可使用时间通过HMI进行设定。

三、程序设计

计时器的主要作用是控制每月上网时间不**过240小时，即平均每天的使用时间不**过8小时。而两台电脑是按需要各自上网的，上网时段和时间基本上没有规律，可能错开，也可能相互重叠;有时一天可能会使用十几小时，有时一天只用一两个小时。为了合理地控制上网时间，该上网计时器应该具备以下功能：

1.对当天的上网时间进行累计并显示在HMI上，每24小时复位一次。复位时间设为早上8时;2.对当月的上网时间进行累计，并计算出当月每天平均使用时间(当月累计上网小时数)/(该月已过去的天数)显示在HMI上，每月复位一次，复位时间为每月1日早上8时;3.若当天使用时间大于8小时则报警，但仍可以继续使用;4.若当天使用时间大于8小时，且该月每天的平均使用时间也大于8小时，则PLC切断MODEM的电源，不能继续上网;5.显示当月剩余的可上网小时数。

根据上述要求设计的部分PLC程序梯形图如图2所示。

PLC带有时钟功能，通过PLC的调度模块，将允许工作时间设为从早上8时到晚上24时，其他时间禁止工作。调用系统字%SW50-%SW53来显示当前的时间和日期，每天早上8时的复位功能通过调用系统字%SW51来实现，每月1目的复位功能通过调用系统字%SW52来实现。由于PLC只提供分钟脉冲信号，且计数器预置值较大为9999，每月240小时(14400分钟)已**出了其预置范围。因此需要构建一个10分钟时基发生器，用于计算每月累计上网时间，即每月240小时转化为1440个10分钟，而每天累计时间较大不**过1440分钟，故仍采用%S7(分钟脉冲信号)作为计数时基。为了方便使用者观察，PLC计算所得的数值料***分钟、***十分钟在送到HMI(文本显示器)时，利用HMI组态软件的工程量转换功能，转换为以***小时和***天的格式显示出来。

四、使用说明

开启ADSL

MODEM的路由功能，用一个五口的HUB(以太网集线器)将要上网的几台电脑连接好，并进行相关配置，组成一个小型局域网。合上双控开关中的任一个，PLC的输出接点Q0.0接通，ADSLMODEM得电与网络连接。HMI显示当前时间日期、当天上网时间累计、当月上网时间累计，并以倒计数的方式显示本月剩余上网时间。若上网时间**过设定时间，则报闪烁(报以每秒一次的频率闪烁一分钟)或切断MODEM电源，同时HMI将显示出错原因。

金融危机的阴影影响不了科学技术的迅猛进步

    席卷**的金融风暴给予实体经济较大地摧残，世界至今还在为摆脱它的影响进行艰苦的努力。不过金融危机似乎并未对科学技术的发展构成威胁。这也启示人们重新认识，从推动人类进步和经济社会发展的视角来看，科技精英起着实质性和可持续的巨大作用。在金融危机之前制定了一些足以长久影响人类生产活动的科技发展的规划，如《欧洲未来制造技术平台》、《为新一代生产系统的欧洲机电一体化》（EUMECHA-PRO）。其中，EUMECHA-PRO的研究路线图包括6个子路线图：①可靠系统—、预测和诊断；②用户友好的生产系统；③自适应生产系统；④高性能、高精确度、高速的生产系统；⑤全生命周期成本；⑥跨学科的设计方法。

    影响未来的制造技术正在向我们走来

    值得庆幸的是，从近些年来已经公布或公开的技术文件和文章中，我们发现这些规划并没有因金融危机而停滞，它已经落实到许多中小自动化企业新近推出的技术和产品系列中。甚至从近年来在国内市场可见的欧洲企业的新品（例如德国倍福公司的较速控制较速XFC、奥地利贝加莱公司的软件的OEM技术）中，我们发现影响未来的制造技术正在一步一步走来。借此机会，我想就近些年来围绕PLC技术和应用领域的长足进步作一些初步的概括和描述；并在此基础上为我国“十二五”期间PLC的发展提出一些个人建议。

    探讨怎么来发展民族的PLC工业和技术

    在上世纪80年代以来，DCS、PLC、SA等长期支持着工业控制的技术和市场领域发展的格局，延续了30余年。其中PLC一直在离散制造业的机电设备和生产流程的控制领域中长盛不衰。这是因为它基本满足了这个领域中80%以上的控制需要，也得益于PLC的结构和质量保了它足够的可靠和性价比。

    在我国工业自动化市场中，PLC的销售一直以两位数的百分比在增长。据英国IMS咨询公司2010年发表的报告，2008年在我国本土销售的PLC总量为7.58亿美元（不含随进口主设备配套的PLC）。其中居**位的是西门子、三菱电机和罗克韦尔自动化。进口PLC**我国市场一直在以上。尽管近年来国内的PLC厂商已发展到20家，市场份额也有一定增长。我们应该怎么来发展民族的PLC工业和技术呢？

    “十二五”期间我国PLC技术发展策略的思考

    我国的PLC应用技术发展很快，得益于我们有很大的需求和市场。但我国PLC开发和研究长期处于低水平状态，很少有人（特别是掌握着863等计划的制定决策者）关心围绕PLC相关的硬件和软件以及系统的研究国际目前的趋势和动向。在这方面进行开发科研的人和单位**，几乎很少得到国家层面的支持。不过，民间对PLC的开发应用倒是乐此不疲。问题是缺少高水平、高起点，绝大多数停留在小型PLC的开发和市场开拓。当然，像杭州电子科技大学的严义教授和他的团队倒是一个例外。他们围绕着嵌入式PLC开发的硬软件开发平台及一些基本架构、编程软件的基础问题和工程实践，锲而不舍地开展了多年的工作，取得了不俗的科研成果和工程成果。验证他们的成功，不是什么项目的验收，而是一个接着一个的机电设备的ODM、OEM的市场效果。 

    “十二五”期间我们想为PLC技术发展做些工作

    目前，杭州电子科技大学计算机学院、中国机电一体化技术协会、PLCopen组织和北京易能立方科技公司正在酝酿在全国范围迅速推广嵌入式PLC开发平台的计划，希望在“十二五”期间，让卓有成效的CASS平台走出浙江走向全国，在我国更多的地方生根、发展、壮大。希望有更多的机电设备配置具有我国自主知识产权的、真正机电一体化的、客制化的、包括控制器的硬软件和人机界面的控制装置。目的在于让嵌入式PLC在我国PLC的市场份额中有较多的提升。

    PLCopen中国组织正在策划为IEC61131-3的XML纲要、IEC61131-3的OPC信息模型、PLCopen的运动控制功能块库等的推广应用，下更多的功夫。我们还希望逐步改变我国高校PLC教学中过多依赖某种机型的落后模式，采用围绕国际标准建立现代PLC的概念。

PLC自动问世以来就在控制器领域占着举足轻重的地位，虽然期间也不断有新的控制器出现，但与他们相比，PLC仍具有六大优势。

（1）编程简单，使用方便

梯形图是使用得较多的可编程序控制器的编程语言，其符号与继电器电路原理图相似。有继电器电路基础的电气技术人员只要很短的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序，梯形图语言形象直观，易学易懂。

（2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性

可编程序控制器产品采用模块化形式，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，不用改变硬件，方便快速地适应工艺条件的变化，具有很好的柔性。

（3）功能强，扩充方便，性能价格比高

可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的逻辑判断、数据处理、PID调节和数据通信功能，可以实现非常复杂的控制功能。如果元件不够，只要加上需要的扩展单元即可，扩充非常方便。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

（4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便

可编程序控制器的配线与其它控制系统的配线比较少得多，故可以省下大量的配线，减少大量的安装接线时间，开关柜体积缩小，节省大量的费用。可编程序控制器有较强的带负载能力、可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。一般可用接线端子连接外部接线。可编程序控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能，便于迅速地排除故障。

（5）可靠性高，抗干扰能力强

PLC是为现场工作设计的，采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，硬件措施如屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离、后备电池等，例如，西门子公司S7-200系列PLC内部EEPROM中，储存用户原程序和预设值在一个较长时间段（190小时），所有中间数据可以通过一个**级电容器保持，如果选配电池模块，可以确保停电后中间数据能保存200天。软件措施如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟，加强对程序的检测和校验。从而提高了系统抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，可编程序控制器已被广大用户公认为较可靠的工业控制设备之一。