西门子6ES7222-1HF22-0XA8产品描述

1 系统方案设计和组成 
1.1 系统的组成和工作原理 
系统工作时,触摸屏以界面形式使操作状态、当前过程值以及连接的PLC的故障可视化,并通过组态变量建立触摸屏与PLC的通讯,使触摸屏上的各项设定值输入PLC，同时PLC接收现场各状态检测信号,按预先编写的程序实现计算和控制输出功能，从而实现对抛光机整个运动过程的控制。 
1.2 系统方案设计 
磁流变抛光机要用自动和手动两种方式来主要完成主轴转速、摆轴转速、平摆速度、磁场大小、磁流变液和大小的控制和调节，同时要对主轴位移和摆轴角度进行检测和控制。当主轴向下运动时位移传感器准确检测气缸下降的位置并将信息传递给PLC，当下降的位移量来达到触摸屏要求的位移量时，PLC控制气缸停止运动。主轴转速、摆轴转速、平摆速度及抛光液流量的控制均通过所用的变频器来实现，触摸屏设定相应的量传递给PLC，PLC通过程序来控制变频器从而达到速度和流量的控制。磁场的控制采用定制的加0-10V外控端的直流稳压电源来实现，PLC通过扩展的模拟量输出模块与外控端相连来控制稳压电源的输出电压从而磁场强弱的控制。磁流变液也是通过蠕动泵的外控端来进行流量的控制。 
2 系统硬件设计 
根据系统控制工艺要求确定所需的I/O口有：有6个数字输入口，2个模拟量输入口，14个数字输出口，6个模拟输出口。PLC应具有的输入点和输出点一般要比所需冗余20％，以便系统的完善和今后功能扩展预留。所以本系统需要数字量输入点为8个，数字量输出点为18个。PLC控制系统所需的I/O点总数在256以下，属于小型机的范围。所以PLC可以选择西门子公司的S7-200系列的CPU224XP型，该机具有14个直流输入点，10个输出继电器点，2路模拟量输入1路模拟量输出。一个数字量扩展模块EM222， 8点继电器输出。3个模拟量输出模块EM232。 
触摸屏选用西门子公司的TP170B color 触摸屏， 它采用66MHz， 32位的RISC处理器，16色彩色STN屏幕，提供320*240像素，具有配方功能，可与各种主流PLC直接连接，触摸屏软件的开发使用组态工具Wincc flexible 进行组态。在触摸屏上实现电机的转速、磁场电压、泵流量及各种开关量的设定，实现整个系统的自动、手动操作。 
3 触摸屏界面的组态 
Wincc flexible提供了多种控制器件库、图形控件和功能组件,通过组态出各种显示和控制功能,实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化，对PLC中的实时数据进行显示、记录、存储、处理,从而满足各种监控要求。还可为不同的操作人员设定不同的操作密码和相应的操作权限,对一些重要参数设定访问权限,从而保证系统和生产。在组态软件中创建画面和信息,并将它们与PLC程序相连。系统中组态的主要画面有： 

   ①用户管理界面组态。 
用户管理界面中可以为各用户组态不同的组和权限，例如可以组态用户为操作员、管理员、工程师等组。管理员权限，拥有所有的操作权限，管理员组，只能进行操作不能进行任何参数的修改。工程师组可以访问“参数设置画面”和输入设定值。另外每个用户登录时输入正确的密码才能进行相应的操作。

   ②手动和自动画面。 
根据系统要求，控制系统需要有手动和自动两种工作方式，因此需要有手动和自动画面。手动画面可以手动选择各个部件的开关；可以在各自允许的范围内任意设定参数值，实现各电机的无级调速、磁场的大小、蠕动泵流速的大小。图2为自动画面中主轴和平摆的开关和转速设定及显示画面。自动画面采用配方功能来实现加工平面和加工球面两种工艺，图3为加工平面的配方视图，在每一种配方下有设有几种参数，工作时任意选定一种参数，机器的各个部件即按照也设定好的参数自动运行。 
③报警画面。 
报来指示控制系统中出现的错误事件或操作状态，先组态好报警变量，运行时当系统出现异常时报警指示灯在各个画面上都会闪烁并在报警视图中显示当前错误事件的信息，

摘 要:在工业环境中,PLC抗干扰设计在PLC控制系统设计中占有十分重要的地位,对干扰源进行了详尽的分析、论述,从硬件和软件两方面阐述了PLC控制系统的抗干扰设计方法。 
关键词:PLC;干扰源;抗干扰设计 
1 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源 
1.1 来自电源的干扰 
工业现场种类繁多的动力设备的启停运转,可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰,这些干扰均会通过耦合到PLC系统的电路,给系统造成大的危害。同样,这些干扰源也能以电磁场方式作用到PLC系统上而造成干扰。例如:某厂在氮化炉控制系统初采用调压方式进行炉温控制,常常造成近百伏的瞬时过压或欠压形成涌流,严重影响系统正常运行。 
1.2 信号通道干扰 
信号通道干扰:一是通过变送器供电电源或共用仪表的供电电源窜入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射的干扰。由信号线引入的干扰会引起1/0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、误动作和死机。 
1.3 来自接地系统混乱时的干扰 
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。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控制系统无法正常工作。 
接地系统混乱使各个接地点电位分布不均,引起地环路电流,影响系统正常工作。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,形成干扰信号回路。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。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,造成数据混乱或死机。 
1.4 来自空间的辐射干干扰 
在工业环境中,空间电磁波污染十分严重。空间辐射干扰以电磁感应的方式通过检测系统的壳体、导线等形成接收电路,造成对系统的干扰——辐射干扰,其分布为复杂。在此情况下,干扰主要通过两条路径:一是直接对PLC内部的辐射产生干扰;二是对PLC通信与接口网络的辐射引入干扰。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、PLC局部屏蔽、建立高压泄放回路进行保护。 
2 PLC控制系统的抗干扰设计与施工 
2.1 设备选型 
应选择有较高抗干扰能力的产品,如:采用浮地技术、隔离性能好的PLC;其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标,按我国的标准(GB/T13926)合理选择。 再次在设备选型时,应注意PLC的输入、输出方式。在设计时,应尽量选用性高的元器件。例如:选用性高的接近开关代替机械限位开关。对于直流与交流信号分别使用各自的电缆;对于系统的输入、输出信号线、使用屏蔽电缆,屏蔽电缆在输入、输出侧悬空,而在控制侧接地。 
2.2 综合抗干扰设计 
2.2.1 电源抗干扰措施 
在PLC控制系统中,电网引入的干扰主要通过PLC系统的供电电源、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。因此,对于PLC系统供电的电源,可以采用隔离性能较好电源,例如:UPS。

2.2.2 通道抗干扰措施 
(1)通道隔离技术。 
对于系统通道来说,由于测控点离控制很远,对每个测控量的输入,输出通道两端,无论是模拟量还是数字量,接地点不可能等电压,这样,就会在通道中形成地环路电流。另外,别的干扰也会通过通道窜入系统。因此,采用隔离技术能很好地抑制这种干扰。对数字量来说,可以采用光电耦合器、继电器等器件隔离,并辅以施密特、RC等滤波、整形电路;对模拟量来说,则可以采用线性光耦、隔离变压器、隔离放大器、差动放大电路等方法予以解决。 
在I/O通道有感性负载时,为了防止电路信号突变而产生感应电势的影响,对于交流负载,应在线圈两端并联RC吸收电路。对于直流输入信号,可并接续流二管。 
(2)接地技术。 
在PLC控制系统中,接地是抑制干扰的主要方法。系统接地方式有:浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言,它属高速低电平控制装置,应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响,装置之间的信号交换频率一般都1MHz,所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。接地的接地电阻小于5Ω,接地埋在距建筑物10 - 15m远处,而且PLC系统接地点与强电设备接地点相距10M以上。 
信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;信号线中间有接头时, 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多芯电缆连接时,各屏蔽层也应相互连接好,并经绝缘处理,为此可以采用航空插头进行连接。 
(3)屏蔽技术。 
屏蔽技术是破坏“场”干扰途径的重要方法,笔者在上述工程的现场参数检测中,就深刻体会到:正确的屏蔽技术与接地技术结合,可以良好的抗干扰效果。 
导线间的相互干扰,主要是通过三种耦合产生的:其一是电容性耦合,即两回路的电场相互作用的结果;其二是电感性耦合,即两个回路的磁场相互作用的结果:其三是电场和磁场组合而成的,又称电磁耦合或辐射。对于导线间的电磁干扰,可采用两种主要方法抑制:一是抑制干扰源、二是屏蔽干扰源。抑制干扰源是将干扰源远离易受干扰的信号线,即严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠行敖设,不同类型的信号分别由不同电缆传输,信号电缆应按传输信号种类分层敖设,将强、弱信号线远离,以减少电磁干扰。 
2.2.3 空间的抗干扰措施 
空间的干扰主要来自空间的多种电磁波,这些电磁波以电磁感应的方式通过系统的导线、壳体等形成接受电路,造成对电路的干扰。抗干扰的措施主要有: 
其一,屏蔽:在干扰源的周围加上屏蔽层,并将屏蔽层一点接地; 
其二,是使用双绞线、同轴电缆、光缆和屏蔽电缆等缆线防止耦合干扰; 
其三,浮地。信号地与机壳、大地浮空,使电路与机壳或大地之间无直流联系。这就加大了信号地与外界的阻抗,阻断了干扰电流的通路; 
其四,可在信号通道中设置滤波器,以滤除干扰。 
2.3 采用软件抗抗干扰措施 
硬件的抗干扰措施可以大大提高系统的测控精度和工作性,而系统的抗干扰又不能依靠硬件解决。因此在PLC控制系统的软件设计和组态时,还应从软件方面进行抗干扰处理,进一步提高系统的性。常用的一些措施:数字滤波和工频整形采样,可有效周期性干扰;定时校正参考点电位,并采用动态零点,可有效防止电位漂移;采用指令、数据冗余技术;设计相应的软件标志位,采用间接跳转,设置软件陷阱等提高软件结构性。 
3 结语 
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰,对有些干扰情况还需做具体分析,采取对症的方法,才能够使PLC控制系统正常工作,了满意的效果。 

概述  
现在的胶带输送机系统多数采用单片机控制，运行稳定性不高，智能化不强，尤其是综合保护装置稳定性差，各种保护传感器故障发生频繁，而且主机控制模块化，插件易损坏，换频。由于采用模块化设计，小部分模块坏时，企业往往就要换整个大模块，从而造成资源浪费，加大了煤矿生产成本投入。而采用PLC可编程控制程序的综合保护装置，它能够为自动化控制应用提供和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。它的主要优点包括：  
1.1性高，抗干扰能力强  
高性是电气控制设备的关键性能。PLC控制系统由于采用现代大规模集成电路技术，内部电路具有的抗干扰技术，为使无故障工作时间长，采用可编程二重容错处理技术。此外，PLC控制系统带有硬件故障自我功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。  
1.2配套齐全，功能完善，适用性强  
PLC发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。随着PLC的不断发展， PLC在位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中的技术应用已相当成熟。  
1.3易学易用，维护方便  
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。  
1.4经济合算  
尽管使用PLC投资要大些，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；工作，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用以及能带来附加等等，从中可得大的回报。  
通过以析，采用PLC控制系统，能大大改善胶带输送机运行稳定差，设备易损害，成本投入高等缺点。它在综合保护装置技术中的应用十分广泛，可行性强。  
2 PLC控制程序在胶带输送机综合保护装置的应用  
胶带输送机综合保护装置主要包括主机、防滑保护、堆煤保护和防跑偏保护、温度保护、烟雾保护和自动洒水装置，以及沿线紧停开关和全巷道语音报警信号等，现就PLC可编程控制系统在综合保护装置中的应用做如下介绍：  
2.1主机  
主机可采用PLC多重处理器，并行处理技术，多重抗干扰技术，软件采用模块化设计。使配置应用灵活，便于扩展维护，易于编程，可实时显示工作状态及故障性质，同时选用性高的连接器件，使其布局合理、体积小、重量轻，本安电路经防潮处理，避免出现受潮。同时设计启动预告、启动、停止、紧急停车、联锁等功能的开关量输出。包括烟雾保护、温度保护、温洒水等。  
针对胶带输送机的频繁启动，输送带容易出现断带、撕带事故的弊端，设计胶带点动启动系统。同时可设有实验、、工作3种操作方式。可根据生产，维修需要任意转换，并可实时监测各种传感器状况及沿线紧停开关信号。  
1）在实验操作方式下，可以对任意一种传感器进行实验，并确认是否完好运转正常；  
2）在操作方式下，可以对某种故障传感器进行解除和投入。因某种传感器突然故障或其他原因等，仍使系统继续运转；  
3）在工作操作方式下，可以根据点动启动方式，先让输送带得到缓冲，然后二次按启动按钮使输送机正常运转，既减轻了胶带撕带接头的缓冲压力，避免了胶带断带撕带现象，有效地遏止了事故的发生。 

2.2烟雾传感器  
采用烟雾集成电路，传感器输出与烟雾信号成正比的电压信号，经电压比较器及数字电路处理输出烟雾限报警信号。特别适合于矿井防火洒水，起到高温报警的作用。  
2.3速度传感器  
速度传感器具有发光管和光电接收管,通过接收滚筒上的磁脉冲，通过在标准时间内计数脉冲次数得到轮的转速,从而得到轴转速。实现低速打滑、断带和速保护。稳定性、抗干扰能力强。  
2.4防跑偏装置  
可由接线箱和传动杆两部分组成，导杆采用高速轴承接触与皮带同步运动，减少了皮带磨损，选用行程开关，传动导臂大于设定时停机。  
2.5堆煤传感器  
采用万向推杆方式，当皮带煤仓、煤流，煤流推动导杆大于设定角度时，延时0s~4s主机动作，皮带停机。  
2.6温度传感器  
采用温度集成电路和转换器、V/V转换、电压比较器、报警器及输出电路。具有精度高，免校准，工作稳定，设定容易等优点。  
2.7急停开关  
作为沿线维修及系统异常事故的锁定，复位后方可开机。可采用行程开关设计。输送机巷道每个紧停开关用拉绳进行连接，信号接入带式输送机控制开关，实现在输送机巷道内任何一点都能紧急停车的功能。  
2.8语音  
语音报警信号装置集信号传递、发光显示、通话为一体。通过电压放大器与输送机综合保护装置主机相连接。在全巷道内安设多个该装置，并通过电缆串联连接，从而在全巷道内实现了报警功能。当输送带要启动时，它与胶带综合保护装置主机启动信号同步响起，在全巷道内发出启动预警信号，提醒周围职工远离输送带，确保人员。  
2.9自动洒水装置  
洒水装置应安装在输送机驱动装置两侧，其洒水能够起到对驱动胶带和驱动滚筒同时洒水降温灭火的效果。它与温度保护、烟雾保护装置的作用是当输送带在驱动滚筒上打滑，使输送带与驱动滚筒摩擦，驱动滚筒与输送带的温度升高，热量积聚，产生烟雾时，监测温度信号、烟雾信号，实现自动停机，并自动洒水，把事故消灭在萌芽状态。  
3 结论  
胶带输送机保护装置中PLC可编程程序控制技术的应用，方便实现了整条输送机的逻辑控制，主要技术参数的在线监测，大大提高了文明生产与科学管理的水平，实现其速度、堆煤、跑偏的自动检测与温度、烟雾动作时的自动洒水，可使胶带输送机司机心中有数，这对减员增效，降低工作的维修工作量，提高工人素质，改善其工作环境均有一定的现实意义