-
浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
6
西门子6ES7214-2AD23-0XB8型号大全
本文介绍了永宏PLC在瓶盖除尘机上的应用。永宏新产品B1/B1z系列主机是FBs系列主机的精简版，继承了FBs系列主机性能稳定、抗干扰强的优势，又具有结构简单、的特点。
一 项目简介
1.1 行业介绍
瓶盖生产到拧在成品酒上，这一过程中易沾染灰尘等杂物，本设备就是将生产出的酒盖采用吹洗、真空吸、除静电等手段酒盖内外表面污物的设备。1.2 客户需求
当瓶盖进入区清洗区，装在下方的高压（4.6KV）静电，产生大量的正负离子与瓶盖内外壁正负离子中和，在高压气流吹洗下达到除尘的目的，同时固定对瓶盖外壁进行吹洗。当瓶盖进入二清洗区，移动旋转嵌入瓶盖内芯吹洗，同时上方拍振装置对瓶盖进行拍振，拍振与运动气流能使吸附表面的微尘或颗粒脱落，从而达到的除尘目的，嵌入瓶盖内芯吹洗次数与时间可在电脑中设定。当瓶盖进入三清洗区，固定对瓶盖内外壁进行高压气洗，同时蛇形静电对瓶盖外壁静电除尘。
1.3解决方案
考虑到设备控制工艺要求PLC点数较少，且都为数字量控制信号，所以选用了永宏的新产品B1z系列主机。人机界面选用UniCon 7寸人机界面。此配置在满足产品功能、不降低产品性的前提下，大的节约了成本。
1.4方案背景
永宏新推出的B1/B1z系列主机是FBs系列主机的精简版，仍采用FATEK SoC作为系统，具有结构简单、性能稳定、抗干扰强、价格较低等优势。UniCon070S系列人机自带两个通讯口，支持常见的控制器通讯协议。
二 控制系统设计
2.1 硬件配置
该设备的控制采用了永宏B1z-20MR2-AC主机，该主机有12点输入，8点输出，自带一个RS-232通讯口。人机界面采用了永宏UniCon070S系列人机，该人机界面为7寸800×480分辨率液晶面板，自带两个通讯口，支持常见的控制器通讯协议。2.2控制工艺流程设计
瓶盖除尘的个工序是喂料，机器自动把摆放整齐的瓶盖送到除尘工位。二个工序为静电除尘，装在下方的高压静电产生大量的正负离子与瓶盖内外壁正负离子中和，在高压气流吹洗下达到除尘的目的，同时固定对瓶盖外壁进行吹洗。三个工序为震动除尘 ，振动盘对瓶盖进行震动，拍振与运动气流能使吸附表面的微尘或颗粒脱落，从而达到的除尘目的，嵌入瓶盖内芯吹洗次数与时间可在电脑中设定。四个工序为高压气洗，固定对瓶盖内外壁进行高压气洗，同时蛇形静电对瓶盖外壁静电除尘。
| 2.3 软件设计 2.3.1 PLC程序设计 下图是高压气洗的PLC程序。M100启动清洗流程之后，设备自动送料，送料到位，高压气升起，进行高压气洗。高压气洗的次数由用户设定，气洗次数未达到设定值，高压气往复升降、气洗。气洗次数达到设定值，高压气落下，停止气洗，重新送料 |
| PLC自20世纪70年代后期进入中国后，已然经过了三十多年的长足发展。不知正在阅读文章的各位，是否还记得您参与设计的款PLC电路？现如今，PLC及DCS仍然在工控领域发挥着重大作用，并且正在朝着模块小、速度快、通道密度高的方向发展。 以PLC机架插槽的典型I/O卡为例，目前常见的8通道模块尺寸一般为90mm×70mm×23.5mm，但在市场需求驱动下，名片大小的产品已经问世。通道密度或数量的增加不仅能提升模块功能，而且可以增加产品价格竞争力，自然大受欢迎。但是，如何降低模块尺寸？如何在满足上述需求的同时解决由此产生的自热问题？如何进行低功耗设计？这些，也都是PLC系统设计时面对的实际问题。 ADI过程控制系列之《工业现场环路供电仪器仪表的四大关键设计环节》一文，已就现场仪器仪表/变送器的设计需求和挑战进行了深入分析，作为该篇文章的姊妹篇，本文将着重关注PLC/DCS系统中的模拟输入输出部分的发展趋势。这里会将输入和输出模块区分开来，就其不同的系统要求进行分别探讨，并着重介绍ADI能够支持这些要求的新优势产品和解决方案。 多通道全集成模拟输出解决方案 模拟输出讲究的是集成、能效和性能。，模块尺寸要小。目前，设计人员早已通过在产品设计中选用0402封装电阻电容以及LFCSP封装IC，达到减少电路板尺寸的目的。与此同时，每个模块的功耗也由曾经的5W-10W，发展到了如今的3W-5W，未来势必降至低。在这方面，一些设计人员通过牺牲设计规格来满足功耗预算，此法虽然能达到降低功耗的目的，但势必也会导致产品竞争力下降，因此并不。 其次，通道密度要增加，由原来的4通道、8通道增加至现在的12甚至16通道。众所周知，空间不变而通道密度增加，会显著提升模块的环境温度，在某些情况下，高达100摄氏度的系统环境温度并不，而这本身却会对IC结温造成挑战。而且，通道密度的增加还意味着元件数量以及功耗的增加，这也从另一方面要求设计人员在选择元件时，要尺寸小、静态电流低而且效。 三，速度，即建立时间要提高，从而实现工厂自动化。目前，模拟输出通道建立的时间已经降低至20μs，但依然在向率发展。 四，工艺要求也要提高，系统要引入完整性等级(SIL)来提高诊断性以及稳定性。 ADI多年来深耕工业控制领域，其提供的模拟输出解决方案从初的“四通道DAC+外部增益放大器”式全分立方案，发展到“四通道DAC＋四个外部驱动器”式半集成方案，再到后来的单通道全集成式解决方案，以及新的多通道全集成式解决方案，其中涉及AD566x、AD5750、AD5422等多款工程师耳熟能详的芯片产品。 正因如此，集成式解决方案毫无疑问胜一筹。例如AD5422/AD5412单通道16位/12位4mA～20mA和电压输出DAC，就是一款易于部署的解决方案，其紧凑型的封装中集成多种功能，提供集成的可编程电流源和可编程电压输出，Iout范围为0/4mA～20 mA以及0 mA～24 mA；Vout范围为0 V～5 V、0 V～10 V、±5 V、±10 V和10%量程，可以有效简化工厂过程控制和工业系统设计。 AD5755则是一款四通道16位4 mA～20 mA和电压输出DAC，除了将AD5422的单通道增加到四通道外，该产品还增加了动态功率控制功能，这也是业内具备动态功率控制功能的数据转换器。新功能不但有利于节能，而且还可以增强过程控制I/O系统的工作稳定性。 短路有可能是真实存在的条件，这主要是由于ADC模块可通过低至20欧的电阻值端接，以便检测。因此这样一来，8通道模块仅模拟部分的功耗就可能4W，再加上DC-DC级的功耗，如果以80%的效率来计算的话，仅模拟部分的功耗就将大于6W。这种情况下，自热效应和功耗预算的提高开始成为问题。模块内的温度升高可能导致系统误差增大，各个器件的漂移特性需要纳入系统整体的误差预算中加以考虑。 一种有助于解决此问题的方法是从5V电源入手，在内部使用开关电源，根据输出负载情况智能且自动地对MOS管上端的电压进行调节，这就是ADI专有的动态功率控制解决方案。该方案可以输出负载，然后在负载变化或编程电流变化时，根据需要动态地升高输出顺从电压，如图2(右)所示，只需在片内集成DC-DC升压转换器即可。 采用5V标称电源运行DC-DC转换器时，输出端的调节电压约为7V，而电源电压可过30V，具体取决于需求。注意，这种情况下，需要再次考虑零负载条件，这是电流输出的一种有效条件。图2(右)的实际结果表明，在部署动态功率控制时，每加入一个DC-DC可让每个通道的立功耗降至。在8个通道发生短路的情况，DC-DC将输出调节为7.5 V，从而限制了片内功耗和模块功耗。设DC-DC隔离级效率仍为80%，使用动态功率控制的8通道模块总功耗则降至3W。 图3很清楚地表明了DC-DC控制启用前和启用后片内温度的对比。其中粉色为不启用DC-DC控制的情形，温升过200度；蓝色为启用后的情形，温升只有五六十度。事实证明，通过使用动态功率控制功能，设计人员不仅可以确保器件自我保护，而且可以将模块内的功耗降至较低水平。 模拟输入的关键：佳稳定性和高速ADC 与模拟输出相比，模拟输入发展为强调系统的稳定性以及高速、的ADC内核，其中稳定性包括过压保护和佳的50 Hz/60 Hz抑制等。 在PLC/DCS模拟输入端，我们通常需要调理和转换两类电压，一类是输入范围包含±10V 的双性电压，一类是0-10V的单性电压。在将这些信号送入ADC进行转换前，我们需要至少在信号输入和ADC输入间放置一个运算放大器作为缓冲器。考虑到系统所追求的电压稳定性和性指标，ADI具有过压保护功能的微功耗RRIO(轨到轨输入/输出)运算放大器ADA4096-x非常适合此类应用。 ADA4096-x的特点可以浓缩为几个关键词：32V、RRIO、精密、μPower以及过压保护(OVP)。其内部输入过压保护，多可以出供电轨±32V，放大器都不会损坏。此特性对存在电源时序控制问题的应用特别重要，该问题可导致信号源在放大器上电之前加入。 放大器过压保护有不同的方案，其中为简单的就是内置静态放电(ESD)保护，很多基本的二管保护电路都采用此方法，但是强壮型较差。此外，差分二管以及外部二管保护，由于成本较低也被广泛使用，但存在本身的漏电流和寄生电容对放大器产生影响等问题。 表1：各种内部和外部OVP解决方案对比 除上述集成式OVP解决方案外，ADA4096-x还具有轨到轨输入/输出摆幅的特性。此外，该产品功耗很低，每个运算放大器的典型值只有60μA，只要保证在其电压工作范围3V至30V之间，这也使得它非常适合于电池供电或监控电池供电情况。其单位增益带宽为800kHz(Vsy = ±15V时的典型值)，会随着电压下降而有所降低。低失调电压的典型值也只有35μV。与同类产品相比，ADA4096-x具有竞争产品的2倍带宽、1/2 Vos、1/3TcVos及1/2Vn。该器件提供业内水平的过压保护，可以在要求严苛的工业与仪器仪表应用中稳定工作。 具有灵活滤波器选项的24位Σ-Δ型ADC 在工业应用中，当测量来自热电偶、应变计以及桥式压力传感器的低电平信号时，通常需要差分输入信号，以抑制来自电机、交流电力线，或其他的噪声源(这些噪声源将噪声引入模数转换器的模拟输入端)的共模干扰信号。 对于输入模块而言，Σ-Δ型ADC是的选择，因为它们能提供及分辨率。此外，其内置的可编程增益放大器(PFG)可以测量小的输入信号。AD7176-2是ADI今年新发布的24位Σ-Δ型ADC，在其内部滤波器设计方面，采用了新的方法和思路。 Sinc3滤波器在较低速率时可实现单通道噪声性能，因此适合单通道应用，可以使单通道、低速应用的分辨率达到。 增强型50 Hz和60 Hz抑制滤波器，旨在提供50 Hz和60 Hz同时抑制，并且允许以牺牲通道开关速率的代价换取抑制性能。这些滤波器是市面上快的50 Hz/60 Hz抑制产品，可以27.27SPS的速率工作，或者可以抑制90 dB的50 Hz ± 1 Hz和60 Hz ± 1 Hz干扰。这些滤波器是通过对Sinc5 + Sinc1滤波器输出进行后滤波实现的。因此，使用增强型滤波器时，选择Sinc5 + Sinc1滤波器。 AD7176-2的可编程功能通过SPI串行接口执行，具有校验和模式，可用来提高接口的鲁棒性。CRC校验和在读写操作下都可工作，除了能够有效防止SPI通信错误外，还可以在内部对ADC配置进行校验，从而增强其稳定性。 这里值得一提的是：AD7176-2集成交叉点多路复用器，可以通过选择不同输入引脚来配置伪差分或全差分输入对，从而将任何模拟输入组合作为要转换的输入信号，并将其路由至调制器正或负输入。这样一来，AD7176-2就可以实现通道间的差分，从而大大提高其灵活性，这也是AD717x系列较早前的AD719x和AD779x产品的一个地方。 除此之外，AD7176-2还包括很多其他的优势：可以灵活设置输出速率，速率可高达250KSPS；在速率下，拥有17.2位的无噪声分辨率；大通道扫描数据速率为50kSPS，建立时间为20μs，而且在此扫描速率下，仍可以得到17位无噪声分辨率；INL仅为全量程的2.5ppm；内部集成2.5V基准和振荡器，减少了外部元件数；系统失调和增益误差，可针对各个通道进行校正，这种各通道可配置能力，适用于每一通道所用的滤波器类型和输出数据速率。 ADI采用AD7176-2设计了一款实验室电路——CN0310，用于工业级信号的24位、250kSPSΣ-Δ ADC系统，为工业级信号提供了快速、的转换，具体的设计资源，可以在ADI的官网上(详情参考：//www./cn0310)。AD7176-2同时还提供了评估板套件，用户只需通过PC上的评估板软件，即可直接控制AD7176-2，评估板需要与SDP系统验证平台联合使用。 |
图2-1 硬件配置图
图2-2 控制工艺流程图
图2-3 变频通讯参数设定
图2-4 变频通讯程序
热风炉是冶金行业生产制备热风的重要设备，为了配合冶炼工艺需用，要求不间断供给热风，同时风温需保持不一定的温度。一般在生产上设三座热风炉，炉内砌耐热格子砖。热风炉生产分为燃烧、焖炉、送风三个循环状态：
燃烧时煤气和空气以一定比例在炉内混合燃烧产生热量，格子砖吸热蓄能;当炉温度上升到1300℃左右时停止燃烧。完成燃烧的热风炉从炉底通入冷风，冷风在炉内与格子砖进行热交换将冷风加热成具有一定风温的热风后从炉流出，供给需要的工艺设备，这一过程为送风。同一时间只有一座热风炉进行送风，此时若另有一座炉燃烧达到设定温度先停止燃烧，关闭该炉的所有进、出口，进行焖炉;待需要送风时才开启送风口和进风口。每座热风炉送风进行一段时间后，格子砖的热能逐渐减少，送出的热风温度降低，当风温降低到一定值时停止送风，切换到燃烧状态，由其他燃烧或焖炉状态的热风炉切换到送风状态。如此循环。热风炉生产主要是操作各个阀门的开闭来实现三种工作状态的切换，涉及的阀门有30多个，阀体体积较大、分布分散、处在户外、操作不便，现场兼有工业煤气等有毒气体的危害，工作条件恶劣。同时还要监控风温、炉温、烟道温度，原先运行人员均在现场观测，工作量大、效率低，且有高温伤害等危险。故在原工作方式下岗位人员需求大、换炉时间长、工作条件恶劣、效率低下。燃烧过程也存在按经验燃烧，存在燃烧不、燃料利用率低、有害气体如CO等排放量较大等问题。
随着PLC技术的成熟、为适应现代工厂自动化发展需要，运用PLC+CRT的方式，实现热风炉燃烧智能控制，所有设备的状态监测、阀门的切换操作均通过上位机监控完成，燃烧比例采用自动控制，替代传统的现场操作模式。
二、运行情况
阀门操作全部改为电动执行机构，通过程控系统发出开、闭控制指令，操作员只需点击鼠标，用键盘给出阀门开度信号，轻松完成。
各处温度监视通过热电阻、热电偶等传感器将温度信号变送输入到程控系统，集中在上位机画面显示，替代人眼观测，实时、、。
换炉过程既可选择逐一操作单台设备，也可采用程控自动操作;自动换炉时只需选择该座热风炉需要切换的状态，便可由程序控制按工艺顺序自动完成整个换炉的设备操作。
高炉冶炼产生的废气——高炉煤气中含有大量CO经回收处理后供热风炉作为主燃料，既减少废放污染，又燃料节约成本。经工艺计算得出与空气燃烧的比值，通过程序控制煤气与空气管道的流量，使之按此比例混合燃烧，提高了燃料的利用率和能效。
程控系统还增加了报警、趋势显示、报表等功能，进一步增加了生产的性;自动的报表功能替代人工抄表，减少工作量，生产记录准确、及时。在传统操作模式下一个运行班组需要10来人左右，在程控操作下，只需2人即可完成生产运行的操作;运行人员不用在现场频繁奔走，只需在上位机操作台前工作即可，生产环境得到大改善，劳动性和效率大大提高。
三、效益分析
结合了的工业计算机监控技术及现场总线技术，对工矿企业中使用的热风炉进行智能控制的系统。具有集中控制、实时监控、自动燃烧等特点。可以使燃料按比值燃烧、燃烧充分，提高燃料利用率、减少污染物排放、保护环境，并使加热炉温度进一步提高。2003年在广东韶关冶炼厂一系统热风炉改造中成功应用该智能控制系统后，取代了原有纯手动操作的生产模式，大提高了整个热风炉系统生产自动化水平和生产效率，热风炉换炉周期缩短近1小时、风温提高 50℃以上，产效提高50﹪，充分挖掘出原设备潜力，实现了企业生产的、、环保、节能，由此带来可观的综合效益。
四、结论
热风炉采用上述中智能燃烧控制技术后，产生较大的经济效益和社会、环境效益：显著节约能源，大大降低企业的生产成本;提高产品质量;降低生产设备的故障率;延长设备的使用寿命;降低设备维修工作量;降低噪音;改善操作人员劳动环境。提高企业的综合竞争力和发展后劲，建议尽快大力推广应用。