西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0售后

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1．前言

铝型材经过挤压成型之后，一般都需要经过表面工艺处理之后，才能作为成品使用。经过阳氧化电解着色表面处理工艺的铝型材，其表面将得到一层具有良好的性、耐晒性、耐热性、耐蚀性和色泽稳定持久的氧化膜，被广泛应用在建筑和室内外装饰行业上。

在铝型材阳氧化电解着色表面处理工艺中，有一道电解着色处理工序，是在铝型材表面阳氧化工序之后，电泳或封孔工序之前，对需要着色的铝型材进行的一道工序，其原理是在槽体溶液中通过电化学作用使铝型材表面附着某些金属离子，从而显示出某一类的颜色来。不同的槽体溶液配置及工艺方法，铝型材电解着出的色彩效果也不一样，对所要求的着色电源提供的电流或电压的大小、波形及工作时间长短也不同。

其中有一种由日本发明的着色方法称为均匀化着色方法，可在较短的时间里得到效果好、颜色均匀的着色氧化膜。这种着色方法由于生产效，成品，已在日本广泛应用，目前在国内也正在逐步推广开来。

2．着色电源系统要求

配合均匀化着色方法的着色电源（简称均匀化着色电源）需按规定要求输出电流波形。均匀化着色电源的工作过程是：输出正向直流电流（称为P处理）一段时间，然后输出频率为1～30Hz范围内特定值，正负方波占宽比为0.005～0.30内特定值的脉冲电流（称为C处理）一段时间，接着再进行一次C处理（称为C2处理）一段时间，如图1所示。在工厂生产中，C处理常用的频率为5Hz，正负方波占宽比为1:9，C2处理根据工艺的要求来选择可有可无。

均匀化着色电源的主要功能要求如下：

（1）输入电压及范围：三相、频率50Hz、380V±20%；

（2）额定输出电压：±30V～±80V；

（3）额定输出电流：1000A～4000A；

（4）小输出电流：额定输出电流的10%；

（5）输出电流精度：±3%以下；

（6）输出电流纹波：7%以下（在额定电流的30%～**内）；

（7）入槽静泡时间：可在10～3000s内设定；

（8）P处理时间：可在0～3000s内设定；

（9）P处理与C处理间隔时间：可在10～3000s内设定；

（10）C处理时间：可在0～3000s内设定；

（11）C处理时脉冲周期：200ms（可根据要求在20ms～300ms范围内修改）；

（12）C处理时正脉冲宽度：20ms（可根据要求在10ms～100ms范围内修改）；

（13）能满足二次C处理的要求；

（14）能满足补色（即再进行C处理）的要求；

（15）有必要的保护措施。

3．着色电源系统组成及工作原理简介

为实现上述的输出波形及满足工艺要求，均匀化着色电源主要由主回路和控制部分组成。

3．1主回路

主回路包括进线断路器，整流变压器TM，三相全控整流桥A组、B组，电抗器，逆变部分等。整流变压器TM付边采用双绕组的形式，一组Y接法，连到一整流桥A组，另一组Δ接法，连到另一整流桥B组。整流桥各自整流后经电抗器滤波，再逆变，然后并联输出。

当主臂晶闸管V1、V4导通时，电流经电抗器L、主臂晶闸管V1，流向负载，然后从主臂晶闸管V4流回，此时负载承受的是正向电压、电流，当要使负载承受反向电压、电流时，应关掉主臂晶闸管V1、V4的控制脉冲，然后控制辅助晶闸管V11、V14导通，使电容C1、C2放电再反向充电，强迫关断主臂晶闸管V1、V4，接着关掉辅助晶闸管V11、V14的控制脉冲，再控制主臂晶闸管V2、V3导通，这时电流经电抗器L、主臂晶闸管V2，流向负载，然后从主臂晶闸管V3流回，此时负载承受的就是反向电压、电流。要使负载从承受反向电压、电流转换到承受正向电压、电流，其原理一样，先关掉主臂晶闸管V2、V3的控制脉冲，然后控制辅助晶闸管V12、V13导通，使电容C1、C2放电再反向充电，强迫关断主臂晶闸管V2、V3，接着关掉辅助晶闸管V12、V13控制脉冲，再控制主臂晶闸管V1、V4导通，就完成了负载从承受反向电压、电流到承受正向电压、电流的转换。主臂晶闸管和辅助晶闸管的导通是通过PLC发出的逆变脉冲来控制的，由于负载承受正向电压、电流向反向电压、电流转换，或由反向转换到正向，都是在短的时间内完成（一般只有几百个微秒），因此PLC的选型和编程设计将直接关系到整个逆变部分的正常工作和输出波形的准确性。

3．2控制部分

控制部分包括A组、B组整流调节单元，逆变脉冲触发单元，信号接口电路，可编程逻辑控制器PLC和触摸屏等。

A组、B组整流调节单元主要功能是按照PLC发出的给定信号来调节三相全控整流桥输出的电流，其内部包括PI调节电路、移相触发电路、功放电路等。

逆变脉冲触发单元主要是接收PLC的逆变脉冲，对逆变脉冲再进行调制、功放后控制逆变部分的主臂晶闸管和辅助晶闸管准确的导通，从而实现P处理和C处理的波形输出。

信号接口电路主要功能是对各种信号进行整理变换，以满足各个单元对信号的需求。

可编程逻辑控制器PLC选用西门子的S7-200 CPU226 DC/DC/DC 和一模拟量扩展模块EM235组成。PLC作为本电源系统的控制器件，主要完成下列功能：

（1）开、停机控制；

（2）运行流程控制；

（3）逆变部分晶闸管的导通控制；

（4）整流给定控制；

（5）电源装置状态量的采集；

（6）模拟量采集；

（7）设置、显示参数的计算；

（8）与触摸屏通讯。

触摸屏采用Hakko的MONITOUCH V708C型彩色触摸屏，与PLC之间进行点对点（PPI）通讯。触摸屏主要实现如下功能：

（1）表计功能指示；

（2）装置的启动、停止操作；

（3）增、减操作；

（4）进线断路器的分、合操作；

（5）电流调节设置；

（6）着色档选择；

（7）生产工艺过程选择；

（8）P处理时间、间隔时间、C处理时间设置；

（9）装置状态显示；

（10）装置故障闪烁报警。

4．软件编程

软件主要由触摸屏程序和PLC程序组成。

触摸屏共编辑了25个画面，包括1个主显示操作画面、16个着色档参数设置画面、1个补色参数设置画面、2个着色数据查询画面、1个PLC内部数据查询画面、1个时钟调整画面和2个欢迎画面、1个帮助画面。当电源装置出现故障时，触摸屏还会自动弹出故障小画面，并以红色闪烁报警，引起运行人员的注意。触摸屏的画面不仅完成了上述的功能，而且良好的中文界面非常方便用户操作使用。

着色电源的操作执行、控制、设置参数的计算等都是通过PLC的程序来实现完成的，PLC的程序设计是着色电源控制性能的关键。

为了便于查找、修改和调试程序，以及缩短CPU的扫描周期，均匀化着色电源设计的PLC程序除主程序外，还有10个子程序和4个中断程序，PLC的程序方框图见图4、图5、图6所示。如图中所示，主程序主要完成采样、操作、故障处理、判断开停机等内容；子程序0主要完成运行时的工作流程控制；子程序1主要完成在静泡时间内的控制操作；子程序2主要完成P处理时间内的控制操作；子程序3主要完成在间隔时间内的控制操作；子程序4主要完成C处理时间内的控制操作；子程序5主要完成着色完成后的处理工作；子程序6是在P处理和C处理起动前对逆变脉冲的控制；子程序7是停机时对逆变脉冲的控制；子程序8主要完成停机时着色参数的输入和计算等内容；子程序9主要完成补色参数的输入和计算等内容。中断程序主要是完成C处理时对逆变脉冲的控制，其中逆变脉冲的立即开通和立即关断时间间隔是采用语句延时来实现的。

5．实测波形

输出能力为±55V，3000A的均匀化着色电源在试验室的电阻性负载下输出的电流、电压的波形全过程。图中P处理时间是3s，输出电流是750 A，电压30V；间隔时间是10s；C处理时间是5s，输出电流是1000 A，电压±40V，正向脉冲宽度为20ms，周期为200 ms，与设置值符合。

同台均匀化着色电源在现场输出3000A，±30V，正向脉冲宽度为20ms，周期为200 ms的C处理电压电流波形。图12是在现场输出2000A，±20V，正向脉冲宽度为20ms，周期为200 ms的C处理电压电流波形。

6．结论

均匀化着色电源是为了取代进口，降，按照生产工艺要求国内的一种大功率电源产品。从设计之初，选用西门子的小型PLC S7-200来进行小于毫秒级的逆变换流控制，曾是一种大胆的设想，如今通过实践证明是可行的。在现场，均匀化着色电源满足生产工艺的要求，铝材着出的颜色效果与国外进口设备一致，并且均匀化着色电源选用西门子的S7-200 PLC作为控制器件，运行稳定，控制精度高，加之采用触摸屏显示中文界面，操作加方便简单，受到了用户的欢迎。

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控制系统的性直接影响到工业企业的生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统运行的关键。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控制系统性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统运行。

2.电磁干扰源及对系统的干扰是什么？

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。

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，其分布为复杂。若PLC系统置于射频场内，就回受到辐射干扰，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；二是对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，后换隔离性能高的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．怎样才能好、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加合理等等，也能解决干扰，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系统干扰都选信号隔离器呢？

1）使用简单方便、，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。

6．信号隔离器工作原理是什么？

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、地之间立。

7．信号隔离器功能是什么？

一：保护下级的控制回路。

二：消弱环境噪声对测试电路的影响。

三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。标准系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。

8.现在市场有那么多的隔离器，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、功耗热量与性有关，这些需要使用者慎选。总之，适用、、产品性价比是选择隔离器的主要原则。