西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8技术介绍

西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8技术介绍

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。

引 言
目前，变频调速技术经过多年的研究已经趋于成熟，尤其是普通的SPWM方案已经普遍应用于实际的变频器中。其他控制方法如空间电压矢量法、直接转矩控制等策略的研究也已经进入了一个新的阶段。空间电压矢量PWM(Space Vector PWM，SVPWM)控制方法通过电压矢量的控制优化使磁通逼近基准磁链圆，从而产生恒定的电磁转矩，其控制效果等同于直接转矩控制。从电机的角度出发，把逆变器和电动机作为一个整体来考虑。与传统PWM相比，其电流畸变小、直流电压利用，在传动系统和变频电源装置中有着广泛应用。

1 变频调速系统结构
图1为整个变频调速系统的结构框图。系统由整流电路、滤波电路、智能功率模块(IPM)、单片机(SPMC75F2313A)、光耦隔离电路、脉冲整形电路、过压过流检测电路及显示电路等部分组成。整个系统由VB编写的友好界面通过上位机进行控制，可正反转起停，还可实现在线调速、测速，对电压电流进行监测等功能。

1．1 SPMC75F2313A单片机
变频调速系统的控制内核为凌阳的16位单片机SPMC75F2313A，适用于体积小、嵌入式的变频系统。其内部集成有专用于位

一、 中央空调机组节能控制系统可行性分析
中央空调系统是一个庞大的设备群体，大量的统计结果表明，空调系统所消耗的电能，约占楼宇电耗的40—60%。就任何建筑物来说，选用空调系统都是按当地较热天气时所需的较大制冷量来选取择机型的，且留有 10%—15%的余量，各配套系统按较大负载量配置，这种选择不是较合理的。在组成空调系统的各种设备中，水泵所消耗的电能约占整个空调系统的四分之一左右。早期空调的水泵普遍采用定流量工作，能源浪费非常严重。而实际运行时，中央空调的冷负荷总是在不断变化的，冷负荷变化时所需的冷媒水、冷却水的流量也不同，冷负荷大时所需的冷媒水、冷却水的流量也大，反之亦然。。
中央空调节能控制系统是一种能源效率管理系统解决方案，对中央空调主机、水泵、阀门、末端等各部分进行统一自动化调控，以达到全面节能，提高能源效益的目的。其节能潜力巨大，可为能源客户带来降低运营成本，提高设备使用寿命，改善工作环境，其使用成效深得众多客户赞许，平均节能潜力也已被相关研究机构所证明。
因为空调系统是按较大负荷来设计的，并且还会再乘以一个安全系数，所有设备的选择都是按较不利工况来选型，有相当的余量。一般来说，建筑物在全年的的运行时间里，实际负荷低于设计负荷的75%。因而在相当一部分时间内，空调系统只是部分负荷运行(例如:每年过渡季节,每天早晚,,一般天气情况等) ,根据一项对中空调机组运行状态进行分析的*调查显示，中空调机组的运行时间处于非满负荷运行状态。而冷冻水泵、冷却水泵以及风机在此的时间内仍处于**的满负荷运行状态。这样就导致了大流量小温差的现象，使大量的电能白白浪费。而目前情况是冷机部分可以根据实际负荷进行自动调节，以达到节能的目的，但是水泵却是全功率运行。这是相当不合理的。从节能角度来看，冷冻、冷却水量也应作合理的调整。

传统的水流量是在末端设置电动两通阀或电动三通阀来调节,通过阀门开度来调节水流量。此方法虽然降低了系统的流量，但是却大大增加了系统的压力，也就是说增加了系统的管路阻力，使大部分的能量消耗在阀门上。如图所示，在系统原有水量的条件下，水泵的工作点为A点。当用阀门调节水量后系统的压力增大，水泵工作点变为A’点。水泵的功率为工作点下曲线围成的面积。可以看到调节阀门时虽水量减少，但水泵扬程增加，并且效率降低，水泵的输入功率并未减少多少，因而其节能效果相当有限。

行之有效的方法是通过变频调节改变水泵的转速而达到节能目的。图中A点所对应的流量是系统设计较大流量。当空调负荷减小时，流量也相应减小，即A’、A”点所对应的流量。若采用水泵变频技术，降低水泵的转速，改变水泵的性能曲线，使其于管路阻力特性曲线相交于A”点。A’即为水泵变频下的工作点。由于水泵的流量与转速成正比关系，而水泵的输入功率与转速成立方关系。故使用水泵变频技术，当流量为水泵额定流量的80%时，则耗功仅为原来的51%，节约49%。节能效果显著。

以析仅仅是对水泵而言，在中央空调系统中还存在许多浪费能源的方面，例如尽管主机的控制已经比较完善了，但主机需要启动多少台（指多台主机的系统）、冷冻泵需要启动多少台、冷却泵需要启动多少台、冷却风机是否需要启动等等方面的问题一般都采用人工控制的方式解决，这样势必会造成许多不必要的浪费。例如：由于热负荷不太大，本来只要启动一台主机，结果启动了两台主机；本来一台冷却泵、一台冷冻泵就足够了，结果开了两台冷却泵、二台冷冻泵；还有本来不需要启动冷却塔风机，结果人为地开启风机造成浪费等等。由于人工控制不可能做到实时、精确的调节，因此造成的浪费是惊人的。

本系统采用先进的可编程控制器（PLC）、彩色液晶触摸屏及变频器，对中央空调的各种设备（主机、冷却水泵、冷冻水泵、冷冻塔风机及各种阀门）进行集中智能化控制。根据热负荷的变化（冷冻水出水、回水温差、温度、冷却水出水、回水温差、温度等）并采用先进的较优化算化，适时调整水泵、风机及主机开启的数量，从而较大限度地将中央空调系统的能耗降至较低，并且延长了主机及其他辅助设备的使用寿命。变频器调节水泵节能效果明显，回收快，而且管理方便，是适宜发展和推广的有效节能措施。同时，采用变频系统后，提高电机的效率，改善其运行条件，延长使用寿命；减少冷却水用量，减少排污；降低电机和冷却塔的噪声。

系统特点
1．由于采用PLC及变频器对中央空调机组的各个部分进行精确控制，使整个系统工作在较节能佳状态，大大提高了中央空调机组的能效比
2．采用大屏幕彩色触摸屏控制
3．动态画面显示，方便直观
4．历史数据自动记录并保存（长达数月至数年的数据）
5．温度曲线显示
6．故障记录：可记录故障发生/结束的时间及各种故障内容
7．软件升级：可通过U盘现场升级软件
8．数据备份：可将各数历史数据与记录保存至U盘
9. 短信提醒/查询: 可通过手机短信查询运行状态及数据,当系统出现故障时会自动向预设的手机发出短信提醒
10．上位机远程监控，设备管理员可远程监控中央空调机组运行状态，也可以远程修改各种参数

 1 引言

    起源于美国的速冻食品近年国际增长速度高达20％—30％。速冻食品将成为世界上发展较快的食品，其销售量在发达国家将占全部食品的60％—70％，已取代罐头食品的地位而跃居加工食品的**。目前，我国已有生产速冻食品企业近200家，品种达300多个，年生产量达1000万吨。速冻方便食品的出口量已**过意大利居世界**位。

    我国速冻食品从生产厂家至商店及家庭冷冻链已经形成，所以随着人民生活水平的提高，对食品的卫生、营养、保鲜和方便性等方面的追求，以及速冻食品在国际贸易份额不断增大，速冻食品的发展前景十分广阔。

    速冻食品是将经预处理过的食品，在30分钟内迅-1℃—-5℃的较大冰晶区，然后在低于-18℃的环境下保藏和运输的食品。速冻食品在我国市场上出现不过才十几年光景，但因其迅速发展的态势而被誉为食品业的一轮朝阳。

    2 基于台达机电平台的控制系统

    螺旋式速冻机由于结构紧凑,冻品范围广等优点而广泛应用于速冻行业。螺旋速冻机是速冻鸡块、水饺、汤圆、虾、鱼等油炸食品、面食制品、肉禽类制品、水产品等及小包装食品的主流设备。但如何能使螺旋速冻机在正常使用过程中保速冻食品工艺实现，避免冻时过长，避免冻裂等问题是螺旋速冻机食品速冻机的关键问题。

    2.1PLC主控中心

    PLC主机选用台达DVP14SS11R2，作为螺旋速冻机的控制中心，进行程序控制及通讯命令的发送，外围开关量信号的采集及执行器件的控制命令发送、配方数据的储存等功能。

    电源模块选用台达DVPPS01，为控制系统提供稳定的DC24V电源。

    PLC扩展模块选用台达2个DVP16SP11R采集DI/DO控制点信号。

    2.2人机界面

    人机界面选用1个台达DOP-B07触摸屏，提供良好、友善的人机界面，可以通过人机界面进行整机速度、配方参数、故障信息、风机水泵控制等。

    2.3温度控制

    温度控制选用台达温控模块DVP04TC-S，采集螺旋速冻机的工作温度，能否正确控制系统优质的生产出产品，温度的准确采集非常关键。  

    系统的温度采集用pt100的温度模组进行采制，温度采集也可采用温控器进行控制，这样将原系统中的pt100模组改为温控器即可。再利用台达人机的双口双驱动功能，将人机的1个口跟plc进行通讯，另1个口通过rs485与温控器进行通讯，将有关数据采集到人机上进行监控。

    5 客户服务

    5.1现场安装说明

    在系统安装之前，项目工程师应在熟悉施工图要求及仪表使用说明书的基础上，编制施工技术方案或技术交底。计有：系统总体施工方案；PLC控制盘安装方案；电缆敷设方案。安装方案经专业技术负责人审核后，作为系统施工作指导书。

    5.2现场施工顺序

    （1）系统安装前的单体调试。系统安装前必须进行单体调试，可按照仪表使用说明书进行调试合格后方可进行现场安装。系统单体调试记录作为竣工材料组成部分。

    （2）通讯电缆敷设要点。仅使用*的电缆；保持通讯电缆与动力线或高压线分开，以

    防电噪声干扰；在网络的一端将通讯电缆的屏蔽线接地，屏蔽线不要两端都接地；不要将通讯电缆的屏蔽线接在已经用于动力系统设备接地的地方。

    （3）控制室盘柜安装。当控制室达到门窗封闭、照明、空调、内装修、接地完成以后，方可进行盘柜台安装，应保证线槽基础尺寸的准确性和水平度垂直度的要求。

    （4）控制柜接线。只有在现场仪表安装接线全部完成时，在仪表回路二次系统调试时，每确认一点，完成做好隔离措施后，方能把该回路的输入端字接到机柜输入端，对所有电缆应进行校线，并做好端子号。

    （5）控制柜柜内布线。PLC控制盘内器件安装接线，要求布置整齐，接线清晰，标记明确，美观大方；根据微机系统到货后的随机资料，应编制详细的施工程序，技术要求及控制要点由项目负责人审核后，交由安装人员施工。

    5.3制鞋商客户培训

    针对该系统的培训计划主要包括对系统的运行操作培训、对系统开发的技术培训和对器件的掌握培训。对系统开发的技术培训则从工程启动之日起就开始进行，将在开发过程中不断与贵厂技术人员进行方案探讨，商议控制模型，解决技术难点，让客户技术直接参与软件设计和上位组态；系统开发结束后，我公司还将安排项目负责人员对系统的总体设计，技术难点进行阐释，加快维护人员对系统的掌握，提高日后的维护效率的准确性。

    6 结束语

    基于台达机电自动化的全自动EVA发泡射出成型机，高精度预热温度，并具有模内抽真空功能，使EVA新材料达到发泡要求。采用PLC控制，自动定量、定模、开模、锁模，提高了生产速度，降低了劳动强度与生产成本，且价格是国外同类产品的1/3，具有高精度、率、操作方便安全等显著优点。广阔的市场前景，使其具有十分显著的经济效益与社会效益。本文介绍通过台达PLC强大的EASY-bbbb功能，用小型机实现了以往大中型机实现的功能，具有很高的应用价值

    （4）可实时、动画显示设备当前运行状态，操作、监控一目了然。

    （5）可实时显示设备故障、报警，并可及时弹出故障信息，提供故障排除建议。

    （6）可采集、存储、、查询、分析、系统内各设备状态、报警信息、故障信息量等信息。

    3.3系统通讯

    该系统采用二层网络，实现系统各设备之间的连接和分工协作。如图1所示。

    （1）PLC分散控制部分.DVP-PLC提供了EASYbbbb的功能，您只要将写入及读出的参数及长度填入特殊缓存器内，不用撰写通讯程序，主站(Master)会自动作各站号间的资料交换(读出/写入各16个Word)，而从站(Slave)较多为16站，不限DVP-PLC，包含台达其它机电控制产品变频器、温控器或伺服驱动器等具有串联通讯只且支持Modbus通讯协议的装置。

    (2)具有完备的自我诊断功能：有故障时自动警告；EHPLC还可在线控制：EHPLC可随时在线程序编辑、存取、控制及参数设定等工作，而不影响系统之正常运行。

    (3)EHPLC具有实时时钟功能。内置RS232和RS485两个通信口，可支持当今各种流行的现场控制总线系统；RS485通讯口可与台达其他产品无缝通讯（变频器、温控器、伺服以及第三方协议开放的设备）。

    4 设计方案讨论

    4.1射出系统

    射出系统主要由射构成，需控制射出料的质量。可以选择的方式有用旋转编码器控制射出的质量和用计量尺控制射出的质量。综合考虑：本系统采用计量尺检测方式。

    4.2移座系统

    移座系统控制射的行走，其用变频器来拖动。可用如下方式控制：

    （1）移座行走位置用限位开关来检测。

    （2）移座行走位置用旋转编码器来。

    综合考虑：本系统采用旋转编码器方式。

    4.3吸料控制部份

    在料仓中装设料位检测开关，当到达低位料时进行自动吸料，直到高料位时自动停止。油温、水温检测控制。在油路及冷却水回路各装设一温度检测传感器，并经温控器进行油温、水温温度的报警及控制。

    4.4系统通讯抗干扰措施

    为了确保系统PLC的信号不受干扰，所有模拟量信号线均使用屏蔽双绞线，而且所有的信号线均应使用金属管作为外壳保护，金属管应与大地紧密连接，同时信号电缆应避开动力线安装。对于PLC控制盘应根据配电情况采用可靠的抗干扰措施。温度采集部分的热电偶均采用补偿导线进行延长连接，确保温度采样的精确性

    3 系统设计

    针对6工位EVA鞋机，该方案中主控制设备采用台达DVPPLC作为主控制器，台达触模屏作为人机对话的窗口。根据系统的现场实际情况，根据整个控制系统先进、可靠且性能价格优的原则，系统采用DVPPLC作为下位控制器，负责采集信号，并对信号进行逻辑运算，进而控制相关设备。该控制系统结构，考虑到省配线及性价比。

    基于台达PLC的EVA发泡自动化控制系统总体架构如图1所示。自动化系统配置系统由DOP10.4HMI触模屏1台；EH系列PLC1台；DVP14SS系列PLC6台、相关检测元件（温度采集、位置判断、温度控制、压力检测等）；相关执行元件（行走电机、液压缸）等构成监控系统。DVPPLC作为下位机，用来监控机台的运行情况。

    3.1PLC分散控制

    采用1台EHPLC做主机，PLCEASYbbbb做网络通讯，将6个工位站设为子站由6台SS机控制、2个也控制在主站、1个移座站控制在主站构成整个PLC分散控制系统。PLC分散控制部分的控制部分PLC由DVPPLC构成，用以实现对整台机器的监控。该部分一方面通过与人机界面的通讯，另一方面通过各采集模块实现对现场信号的采集与逻辑处理。DVPPLC通过各采集模块对现场数据的采集与处理，其中PLC还能接受人机界面发送的控制逻辑、参数、指令等，并响应人机界面请求向人机界面传送实时数据，报警信息。主要设备是PLC即可编程序控制器。PLC运行控制逻辑，通过I/O接口控制现场设备。DVP系列PLC的性能如下：

    （1）基本性能：EH系列采用高速运算处理晶片(ASIC)设计架构。采用CPU+ASIC双处理器，分工运算处理技术；基本指令速度可达0.24us；高速脉波输出可达200KHz，内建平滑加减速控制；高速计数器计数频率可达100KHz/每组，共四组；I/O模组资料更新介面，不占用程式扫描时间；内建多组外部中断功能。

    （2）DVPPLC模块丰富：直流输入，可控硅、继电器输出模块；电流电压型模拟量输入、输出模块；热电阻输入模块；热电偶输入模块；高速计数输入模块；用户定制的伺服、步进电机控制模块；EHPLC还具有用户定制协议RS-232，RS-485通讯接口卡。

    （3）具有内建式的PLCbbbb功能：具有PLCbbbb的功能，可减轻单站PLC的工作负担，轻易实现分布式系统。

    3.2人机界面上位机监控

    采用1台10.4寸的DOP人机界面作为人机对话的窗口。用于实现整个系统画面监控、数据处理及报警、及工艺参数的设定功能。通过与PLC进行通讯，达到传送控制组态、实时数据，参数设定、报警监控及机器生产流程的监控。选用台达DOP人机界面，可以实现：

    （1）丰富、逼真、生动的EVC发泡过程直观监控。

    （2）温度、发泡时间等各种工艺参数的设定、记录、存储、等功能；有配方、万年历功

    能。