西门子6GK7243-1GX00-0XE0技术介绍

西门子6GK7243-1GX00-0XE0技术介绍

在自动化生产日渐普及的今天，包装机械的自动化程度直接影响到产品的质量和生产效率。以下是西门子全集成自动化解决方案在吹瓶机上的应用。
食品和饮料的包装过程是整个工厂生产的较终阶段，也是涉及到各行各业的关键一环。在自动化生产日渐普及的今天，包装机械的自动化程度直接影响到产品的质量和生产效率。
针对日益增长的市场需求，西门子提供从控制器到电机、执行器或传感器等全系列产品和完善的解决方案，并提供从售前到售后的全套服务和培训。
西门子的产品和方案基于如下理念: 1.用模块化、标准化和的工程工具(engineering)来降低开发、生产和安装成本；用简明、易于使用的系统来降低操作成本。2.利用成熟的技术、遍布世界各地的备件库和售后支持来保设备的**命和低维护成本。3.采用高性能的控制系统以增加生产厂的能力。4.尽可能用电子方案取代机械方案，以增加用户投资的安全性。
较近，西门子自动化和驱动集团及其合作伙伴与达意隆集团吹瓶机事业部通力合作，成功地将西门子全集成自动化解决方案应用在其新开发的RJM高速全自动吹瓶机上，该机器应用了西门子新一代电气控制技术和产品，如S7-300系列PLC，MicroMaster 440 标准变频器，Profibus高速现场总线，TP270高性能彩色触摸屏。尤其值得一提的是，在RJM高速全自动吹瓶机上，西门子较先进的SCALANCE W无线以太网技术取代了传统的机械滑环，从而保了整机的高速可靠运行。
全系统包括主机柜的PLC主站S7315-2DP，旋转机架上的PLC从站S7314C-2DP，主站和从站通过无线以太网链接，而MicroMaster 440 标准变频器直接控制主传动系统和输送传动系统。所有传动系统都通过现场总线PROFIBUS-DP链接至PLC。
统一的系统组态工具STEP7的应用，使所有数据、参数和系统都保存在一个项目文件中，可以节约大量组态、启动和维护费用；显示界面采用TP270高性能彩色触摸屏，该触摸屏具有丰富的图形和文本显示功能，同时还设有丰富的故障诊断及处理画面；利用PROFIBUS，可以直接访问驱动系统，监控系统状态；故障追踪系统，及时显示所有故障信息，大大方便了用户的设备维护工作。
主机柜里的PLC主站和旋转机架上的PLC从站通过无线以太网高速、安全地传递数据，解决了以往的瓶颈，较大的加强了机器的可拓展性。采用无线通讯，直接取代滑动触点和拖缆，节省空间，实施高度灵活，通讯网络安装工作量减少，项目周期缩短，旋转及移动设备或工厂部件无磨损。
主机柜内的S7315-2DP用来控制瓶胚的加热、上胚、出瓶等控制，可以更精确地控制瓶胚温度; 旋转机架上的S7314C-2DP控制吹瓶（如封口、拉伸、一吹、二吹和保压等）。这样做的好处是可以更精确地控制吹瓶的时序,提高成瓶质量。通过提高CPU的性能（如更换S7-317）可以安装更多的吹瓶模腔提高吹瓶速度。通过无线以太网可以实现主机柜和旋转机柜的两个CPU高速通信，可提高信号的实时性，简化程序并提率。
此外，在2005年9月12日至17日在德国慕尼黑新国际展览中心举行的2005年世界饮料和液体食物技术博览会上(Drinktec)上，西得乐展示了其新一代直线型吹瓶机SBO Compact。该机采取了线性结构，有2到4个模腔，以满足市场对高性价比的小型设备的需求。
该机装备了西门子的新一代运动控制产品SIMOTION D，机器每秒种内可实现1000次的运动，精度可达到0.1毫米，具有高度灵活的虚拟凸轮功能。

一、引言
       台达电子工业自动化产品以现代电子技术核心基础，致力与驱动(Drive)、运动(Motion)和控制（Control）三大领域的发展，拥有*的：DVP系列PLC、DOP系列人机界面和IFD系列通讯转换接口等用于控制系统，REO系列编码器用于检测系统，ASAD系列伺服马达与驱动器用于运动控制，VFD系列各种通用、**变频器广泛应用于各类电机的驱动与控制……如果你是一名优秀的电气工程师或技术主管，台达工业自动化产品的高性能、易用性、多样化以及由上至下的整合性，一定能让你的工作得心应手、事业腾飞，亮丽你的一生；无论你在国企、民企或外企，台达电子一定能使你大显身手、助你成功，如果员工（搞电气的）需要培训，PLC、DOP再加上一台变频器，是你较好的试验教材；如果你的设备运转异常、效率低下、技术落后、产品质量不稳定等等，你可以浏览一下台达机电综合产品目录，相信你一定找到合理的解决方案，下面介绍的一个案例就是这样诞生的：台达PLC在温度数据采集方面的应用。
       一条悬挂式工件热处理调质线，产品质量较不稳定，引起客户的抱怨，责丞工艺、设备技术人查找问题所在，拿出解决方案，分析原因可能由于淬火槽内淬火液的温度高低不均，如何能够测出工件在淬火液中的温度分布情况？？？这是解决问题的关键……传统的方法是传感器+仪表，若同时测工件周围六点的淬火液温度，需要六块仪表，在淬火液中高温工件四周温度的变化剧烈、复杂，如何观察记录呢？怎么分析工件的淬火温度变化曲线是否合理？显然传统的方案显得无奈，台达PLC+PC（笔记本）轻松解决问题，且省时经济，精度高，灵活性好。
 
二、系统硬件、软件选择
PLC主机：DVP32EH00R2一台
热电阻温度测量模块DVP04PT-H2二块
铂金属传感器PT100（3线制100Ω）六支
通讯模块ADAM—4520一块
开关稳压电源LP1100D-24MAC200V/DC24V4A一块
笔记本一台（本项目借用较好有RS232串口）
PLC编程软件WPLSoft2.10台达公司免费提供
组态软件北京亚控组态王6.5346点演示版
导线若干
三、系统配置描述
      本系统用于临时性、实验性、密集型连续测量、记录工件周围淬火介质温度，为改进、改造设备或热处理工艺提供实际数据，如果稍加改动，用于各种介质的温度控制，也是一个很优秀控制方案，因而具有一定推广意义。
      本系统显著地特点：实用性强，方便、快捷、经济，PLC编程，组态王编程数小时便可完成，更可贵的组态王演示版，64点开发版免费，可运行2个小时，重启一次，非常经济，对于本项目没有影响。

3.1、数据采集系统的整体结构
      采用PLC主机DVP32EH+ 温度测量模块DVP04PT，利用DVP32EH的RS-485通讯口，通过一块通讯模块ADAM—4520将RS-485信号转化为RS-232信号（由于现场工作环境恶劣PC机离控制器较远故而要使用RS-485信号），连接到PC机上,最后由PC机上的组态王软件，完成数据的显示、记录与处理。
热处理调质线，现场生产工艺流程，所要采集温度点的位置如下图：
 
3.2、PLC温度数据采集程序的编制
       DVP04PT温度测量模块可接受外部4点铂金属温度传感器(PT1003线100Ω)，将其转换成14位的数字信号。通过DVP-PLC主机程序以指令 FROM/TO来读写模块内的数据，模块内具有49个CR(ControlledRegister)寄存器，每个寄存器有16Bits。电源单元与模块分离，体积小，安装容易。可选择摄氏温度(℃)或华氏(℉)温度，

摄氏温度输入分辨率为0.1℃，华氏温度输入分辨率为0.18℉。
两块温度测量模块扩展于PLC主机的右侧，
      6支三线制PT100温度传感器按规定接入2块DVP04PT温度测量模块中，**块接入4支，接入4个通道，*二块接入2支，使用1、2两个通道，不用的通道，短接避免干扰。依据台达PLC特殊扩展模块的规则：主机DVP32EH右侧**个特殊扩展模块所在的位置编号为K0,右侧*二个特殊扩展模块所在的位置编号为K1,依此类推，较多扩展八块……
编写温度采集的数据程序如下：
程序说明：
**块测温模块
（1）利用FROM指令读取模块DVP04PT-H2内＃0寄存器（CR）内的机种编码=H6402，以便检测判断模块是否存在，种类是否正确。
（2）利用TO指令，在PLC由STOP→RUN的**个扫描周期内，设定CH1~C4输入信号的取样平均次数为4次。
（3）判断DVP04PT-H2是否正确，正确事时导通，从CR#6~CR#9中读取CH1~CH4测量摄氏温度(°C)信号平均值共4笔放在 D100~D103中。从CR#18~CR#21中读取CH1~CH4测量摄氏温度(°C)信号现在值共4笔放在D110~D113中。
 
3.3、温度数据显示、记录组态程序的编制
      组态软件采用北京亚控公司的组态王6.53版本，由于本项目是试验性的、记录数据，故采用64点演示版，开发与运行，间断地运行两个小时足以。
3.3.1组态王与台达PLC通讯的建立
      台达的DVP系列PLC和上位机的组态王通讯采用串行通讯，使用组态王本身驱动，支持RS232和RS485两种

通讯方式。
本例采用RS485通讯，硬件配置设置值如下：
计算机通过RS232串口接转换模块，变成RS485信号后，接到PLC的485口上
波特率9600
数据位7位
停止位1位
校验位偶校验
切记：将PLC中决定通讯格式的特殊数据寄存器D1120设置为：0X8E
3.3.2组态数据显示画面、温度记录曲线
      用组态王软件可以实现精确、细腻的互动显示操作，大量的图库精灵，多种通讯驱动程序，强大的在线、离线模拟功能，支持配方功能和多种控件，能完成各种物理量如温度、压力等的实时曲线、历史曲线的数据存储，具有打印功能，可满足各种工艺要求。温度显示画面、历史曲线显示画面如下：
温度显示画面
温度记录历史曲线画面
 
四、结束语
      组织有关技术人员，对测量的历史数据曲线进行分析，很快得出结论，提出整改方案，整改后效果明显，产品合格率大幅度提高。本温度数据采集系统为整改方案制订提供了关键性的依据。

1. 概述

     随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保系统可靠运行。

2. 电磁干扰源及对系统的干扰 

     影响PLC控制系统的干扰源于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、噪声的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；按声音干扰模式不同，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面的电位差，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）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，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 模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两较间得干扰电压，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，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

3. PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？ 
（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） 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。

（3）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，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，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。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。

（4 ） 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号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；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。

（5）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，当发生异常状态加雷击时，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储，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。

（6）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。

4．怎样才能更好、更简单解决PLC系统干扰？

1）选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线要更加合理等等，能解决干扰，但是比较烦琐、不易操作而且成本较高。

2）利用信号隔离器这种产品解决干扰问题。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种产品，就可有效解决干扰问题。

5．为什么解决PLC系统干扰可以选择信号隔离器呢？

1）使用简单方便、可靠，廉。

2）可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量，即使复杂的系统在普通的设计人员手里，也会变的非常简单可靠。

6．信号隔离器工作原理是什么？ 

     首先将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间**独立。

7. 现在市场有那么多品牌的隔离器，价格参差不齐，该怎么选择呢？ 

     隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器首先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式（电压型、电流型、环路供电型等）适应前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑绝缘强度﹑总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗热量与可靠性有关，这些需要使用者慎选。总之，适用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。