西门子6ES7231-7PB22-0XA8使用方式

西门子6ES7231-7PB22-0XA8使用方式

． 随着现代工业的发展以及　自动化程度的不断提高，对于一些中大型的控制系统提供了很大的方便，不仅能使控制变的　容易、而且使得操作变的加简单。在TFT制造业中，一些工作由特定的设备去完成，如液晶洗净工程，以前我们在液晶洗净工程系统中采用的是单一的PLC和一些开关的控制，使得系统的线路比较复杂，而且不是很稳定，容易出现故障，在解决故障时也不是很方便（由于线路的复杂和报警监视系统的缺陷），而且操作也不方便，再功能方面也不够完善，很多事情还得由人工去完成，如洗剂的糖度、PH值、纯水比抵抗值，废液的排放等。这样不仅工作效率底，而且有时很容易出错。后来我们想到采用CC-bbbb和人机界面进行改造，使得系统　控制和线路都变的很简洁，操作也变的非常的简单，整个系统的稳定性也很好，而且增加了系统故障监视系统　，出现故障能够及时的反映出来，系统比较容易保养、维护、维修。另外，采用CC-bbbb和人机界面使得系统的扩展性加强，而且容易进行分散控制。在液晶的洗净工程中比　较适用。该系统主要有四个部分组成，及装载部分、主体部分、卸载部分、废液回收部分。装载部分主要是将产品装载并且将它传送到设备的主体部分，然后由主体部分用音波和洗剂对产品进行清洗、　烘干。主体的清洗部分也分三个部分，是用洗剂清洗，然后用纯水冲洗，再用纯水泡洗。液回收部分主要是回收废的洗净液。该系统比较分散。如用单一的PLC会使得线路很繁杂，控制面板也是非常的杂　，控制开关需要很多。现在　的控制面板如图1所示。该　系统的动作部分主要有传送部分、摇晃部分、液循环部分、加热控制部分、热循环控制系统、废液回收系统。系统共采用了27个电机，基本都采用了FR-500变频器控制。系统总共用了600多点输入、输出点（包括备用点）。

二． 整个系统采用了三菱A系列的PLC　和GOT人机界面以及16个远程I/O模快组成。系统图如图2所示。

以上是整个系统的控制图。我们采用了A1SJ61BT11为通讯单元和CC-bbbb电缆FANC-SBH构成一个通讯网络。在电缆的两端要接终端抵抗。我们采用SW1D5-CCMAP可以直接将通讯程序产生出来。程序比较简单，也可以自己写。采用CC-bbbb　连接，主局一台CPU对应连接远程I./O单元　，远程节点单元，本地局单元多只能连接64台,　如在一个系统中全部连接远程I/O单元可以连接64台及远程输入，输出2048点，全部是远程节点单元只能连接42台，若全是本地局或待机主局至多连接26台。在CC-bbbb系统中可以连接的设备除上面所提到的以外还有定位单元，RS232InterFace　单元，GPP机能用周边设备增加单元，FX系列的PLC，T分支单元，AC　servo　，以及电磁阀，感应器，指示计，温调计等等。

三：　技术性能和特点
1． 为了使改造后的系统能适应各种的动作要求和技术要求，设计时考虑到了这一点，如对于不同的产品的音波的频率不一样，摇晃的频度和幅度不一样，清洗的时间不一样等等。这些都可以改变变频器参数或系统的参数来改变系统运作情况。
2． 系统采用CC-bbbb，使得整个系统的配线非常简单，维护和维修起来也非常的容易进行。
3． 系统采用了人机界面，使的控制面板显得非常的简洁，而且专门为系统增加了报警监视系统，在系统出现错误或故障时，能够及时清楚的反映出来，这样，在系统出现故障时，就能够快速的恢复系统的正常运转。
4． 该装置的内部全部采用腐蚀液体溶剂和纯水，一般人体都不能直接接触，在装置的内部全部采用空气阀控制，为了防止液漏，在装置的内部装有漏液监视系统，这样，能够有效的防止漏液。
5． 纯水供应系统不是采用循环的工作方式，而是采用的单向供应，所以装置内的纯水一直保证是干净的，这样就能够保证清洗产品清洗的质量。
6． 系统的加热系统不是采用的直接加热，而是采用的热风循环系统，这样可以有效的防止局部太热造成制品的不良。
7． 此外，系统还装有液体整体监视系统，装置整体的动作监视系统，等。

四：适用的范围
本系统能够适应TFT制造业中中小尺寸中任何产品的洗净，对于不同的产品只要用不同的装载治具，整个装置的工作方式是连续的自动的工作方式。所以效率比较高，产量比较大。而且本装置能够同时清洗两种使用不同洗净剂的产品。选择哪种产品系统可以自动切换。不需要停机换洗剂。图3为该装置的整体实物照片。另外，液回收系统在厂房的外面。

五：　体会
在洗净装置的设计中，基本上都采用了三菱的工控产品，主要是以直使用三菱的产品，对三菱的产品比较性赖，而三菱产品本身性也比较好，功能也比较强。这次通过对CC-bbbb和人机界面的使用，得出以下几点。
1． CC-bbbb系统简单、适用、性能、投资少。
2． 采用人机界面，使控制面板非常的简洁，而且系统的功能大大的增加。
3．　系统布线简洁，方便维护、维修。
4．　CC-bbbb的扩展性强、分散性好。
5．　网络传送速度快，采用CC-bbbb组建的BUS网络快的速度能达到10Mbps。
6．可以　进行大容量的数据通讯，传送的距离比较长。
7．CC-bbbb系统具有丰富的RAS机能，如自动复列机能、待机主局机能、子局切离机能、良好的链接状态确认机能、诊断机能等。这样就使得系统运行。
8．主局PC和本地PC之间可以实现N:N的循环链接传送。很容易构建分散的PC系统。
9．CC-bbbb系统的网络比较开放，一般国内外的周边设备都能够使用。本系统中就有其他的工控产品，运行还比较。

结束语
本系统采用了CC-bbbb和人机界面，总的来说，功能是大大的增强，而系统变的非常的简洁。在以后的使用中，对于一些中大型系统，也会尽量采用这种系统　。

 在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。我们在为某水电站开发水轮发电机组轴瓦温度实时监测系统时，为了克服上面提到的三个问题，采用了新型数字温度传感器DS1820，在对其测温原理进行详细分析的基础上，提出了提高DS1820测量精度的方法，使DS1820的测量精度由0.5℃提高到0.1℃以上，了良好的测温效果。

   １DS1820简介

   DS1820是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三管的集成电路内。与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性：
（1）特的单线接口方式，DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。

2）DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在的三线上，实现多点测温。

   （3）DS1820在使用中不需要任何外围元件。

   （4）温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。

   （5）测量结果以9位数字量方式串行传送。
DS1820内部结构框图如图1所示。
DS1820测温原理如图2所示。

图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
在正常测温情况下，DS1820的测温分辩率为0.5℃以9位数据格式表示，其中有效位（LSB）由比较器进行0.25℃比较，当计数器1中的余值转化成温度后0.25℃时，温度寄存器的位（LSB），当计数器1中的余值转化成温度后0.25℃，置位温度寄存器的位（LSB），如－25.5℃对应的9位数据格式如下：

2提高DS1820测温精度的途径

   2.1DS1820测温的理论依据

   DS1820正常使用时的测温分辨率为0.5℃，这对于水轮发电机组轴瓦温度监测来讲略显不足，在对DS1820测温原理详细分析的基础上，我们采取直接读取DS1820内部暂存寄存器的方法，将DS1820的测温分辨率提高到0.1℃～0.01℃．

   DS1820内部暂存寄存器的分布如表1所示，其中7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，8字节存放的是每度所对应的计数值，这样，我们就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。用DS1820提供的读暂存寄存器指令(BEH)读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的有效位(LSB)，得到所测实际温度整数部分T整数，然后再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值M剩余和每度计数值M每度，考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度T实际可用下式计算得到：

   T实际=(T整数－0.25℃)+(M每度－M剩余)/M每度
2.2测量数据比较

表2为采用直接读取测温结果方法和采用计算方法得到的测温数据比较，通过比较可以看出，计算方法在DS1820测温中不仅是可行的，也可以大大的提高DS1820的测温分辨率。

   ３DS1820使用中注意事项

   DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：

   (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分采用汇编语言实现。

   (2)在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。

   (3)连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。

   (4)在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。

 一.逻辑阶段
   所谓的逻辑阶段就是可以实现继电系统中的一般逻辑性设计，既然是继电系统所以电力拖动知识就是该阶段的基础。我个人总结学习继电系统的根在于一个字“抢”，继电系统之所以能实现逻辑控制就在这个字上。继电系统中主要就有那么三个东东A常开；B常闭；C线圈。这就对应了PLC中的基本元素了，只不过是阅读的方法不一样罢了。
    那么是不是就可以把原来的继电系统照搬呢？不行！二者的工作方式是不一样的。继电系统中的所有硬元素同一时态开始竞争的，而PLC中的所有软元素是通过PLC的CPU来进行扫描计算处理后计算出该时态的,这便是PLC的扫描循环工作方式。(随便找一本PLC的书都有介绍)
    ：该阶段就是学习电力拖动，对应于PLC梯形图中的常开；常闭；线圈。可以完成简单的系统设计
    二．顺控阶段
    顺序控制在工业中的应用相当广泛，例如一般性的自动机床它就是一个顺序控制过程。PLC设计当中能实现顺控的有两种方法：一 PLC中的顺控指令如三菱 STL ；二 起保停控制方式。不管哪种控制方式在设计的开始我们要完成的是流程，它是系统构成的脉络主要有三个方面：一 “步” 二 “活动步” 三 “转换条件”。
    ：1.掌握系统脉络设计系统流程
                2.掌握“起保停”控制方式，把流程图转换成梯形图可以完成一般性的系统设计
    三.汇编阶段
    该阶段是本质上区别于继电控制系统，是继电控制系统无法实现的，也是提高PLC控制系统功能的根！我之所以称之为汇编阶段，是因为它很相象于单片机的汇编语言编程，例如单片机中的传送指令MOV，在PLC中的指令中也是一样的功能。这一阶段难度比较大，要学习计算机基础；二要充分了解PLC的内部功能和资源；三熟悉所有的指令的功能（不用死记硬背）。如果不了解计算机基础的话在学习指令和PLC内不资源的时候根本理解不了 ，在设计上的思路和继电系统有很大区别例如：I0.0 和IB0 个是“位”也就是逻辑设计的“点”，二个是“字节”在逻辑设计中没有涉及到。
    ：1. 计算机基础
          2．PLC资源
          3．指令功能
          4．适应单片机的程序设计思维
    可以完成复杂的系统设计
    四.特殊阶段
    特殊阶段就是对特殊功能的系统而言的，例如运动控制，PID温度控制，网络连接等等。不同的PLC能实现的功能不一样，有些功能PLC内是集成的而有些是需要外加扩展的，那么就要根据不同的控制对象去选用了。掌握好该阶段是可以大大提高PLC的程序，但是还需掌握PLC以外的其他自动化知识，如伺服，变频器等等。
    ：1. 了解系统构成需要
                2．合理选择扩展单元
                3．学习扩展单元使用方法
    可以完成特殊的系统设计
    该阶段的学习学要一定的实际条件才能完成
   五．网络阶段
    随着自动化技术的发展由PLC做下位机的应用也十分多见。该阶段组要学习是不同PLC通信协议和一些通讯指令，如PLC通过编程口控制变频器如西门子的USS协议与变频器进行信息的交换。还有工业以太网和现场总线等如西子的PROFIBUS;AS-i; 等等。
    网络中MODBUS比较重要，例如通过PLC和变频器建立MODBUS协议来控制变频器。
    在网络中有时候有些产品通讯协议非标准，这是就要用到自由通讯了，相当的灵活，但要一定的计算机网络基础

在各种工业控制系统中，随着变频器等电力电子装置的广泛使用，系统的电磁干扰（EMI）日益严重，相应的抗干扰设计技术(即电磁兼容EMC)已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏，有时虽不能损坏系统的硬件，但常使微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成设备和生产事故。因此，如何提高系统的抗干扰能力和性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容，也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。谈到变频器的抗干扰问题，要了解干扰的来源、传播方式，然后再针对这些干扰采取不同的措施。

一、 变频器干扰的来源

是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备，非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电生波形畸变，从而对电网中其它设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有(1)过压、欠压、瞬时掉电(2)浪涌、跌落 (3)尖峰电压脉冲 (4)射频干扰。

1、 晶闸管换流设备对变频器的干扰

当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时，由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通，容易使网络电压出现凹口，波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害，从而导致输入回路击穿而烧毁。

2、电力补偿电容对变频器的干扰

电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求，为此，许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中，网络电压有可能出现很高的峰值，其结果是可能使变频器的整流二管因承受过高的反向电压而击穿。

其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。

变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。

（1）输入电流的波形变频器的输入侧是二管整流和电容滤波电路。显然只有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时，整流桥中才有充电电流。因此，充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式。它具有很强的高次谐波成分。有关资料表明，输入电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是大的，分别是 50HZ基波的80％和70％。

（2）输出电压与电流的波形 绝大多数变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形式形波；由于电动机定子绕组的电感性质，定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的。

二、 干扰信号的传播方式

变频器能产生功率较大的谐波，由于功率较大，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分传导(即电路耦合)、电磁辐射、感应耦合。具体为:对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其它设备;后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。

（1）电路耦合方式即通过电源网络传播。由于输入电流为非正弦波，当变频器的容量较大时，将使网络电压产生畸变，影响其他设备工工作，同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损、铁损大幅增加，影响了电机的运转特性。显然，这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。

（2）感应耦合方式 当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。感应的方式又有两种：
a、电磁感应方式，这是电流干扰信号的主要方式；
b、静电感应方式，这是电压干扰信号的主要方式。

（3）空中幅射方式 即以电磁波方式向空中幅射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。

三、 变频调速系统的抗干扰对策

据电磁性的基本原理，形成电磁干扰(EMI)须具备三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施系统基本和重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

1、 所谓干扰的隔离，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

2、在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源从电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。在变频器的输入和输出电路中，除了上述较低的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位置的不同，可分为:

(1)输入滤波器 通常又有两种：
a、线路滤波器 主要由电感线圈构成。它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。
b、辐射滤波器 主要由高频电容器构成。它将吸收掉频率很高的、具有辐射能量的谐波成分。

（2） 输出滤波器 也由电感线圈构成。它可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分。非但起到抗干扰的作用，且能削弱电动机中由高次谐波谐波电流引起的附加转矩。对于变频器输出端的抗干扰措施，注意以下方面：
a、 变频器的输出端不允许接入电容器，以免在逆变管导通（关断）瞬间，产生峰值很大的充电（或放电）电流，损害逆变管；
b、 当输出滤波器由LC电路构成时，滤波器内接入电容器的一侧，与电动机侧相接。

3、屏蔽干扰源是抑制干扰的有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏;输出线用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短(一般为20m以内)，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线(AC380V)及控制线(AC220V)分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩接地。

4、 正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和性。

对于变频器，主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。

5、 采用电抗器

在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有以下两种：

（1）交流电抗器 串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有：
a、 通过抑制谐波电流，将功率因数提高至（0.75-0.85）；
b、 削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击；
c、 削弱电源电压不平衡的影响。

（2）直流电抗器 串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一，就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效，可达0.95，并具有结构简单、体积小等优点。

6、合理布线

对于通过感应方式传播的干扰信号，可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有：
（1） 设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线；
（2） 其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行；

四、 结论

通过对变频器应用过程中干扰的来源和传播途径的分析，提出了解决这些问题的实际对策，随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，重视变频器的EMC要求，已成为变频调速传动系统设计、应用面对的问题，也是变频器应用和推广的关键之一。变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，满足实际需要的真正“”变频器也会不久面世。我们相信变频器的EMC问题一定会得到有效解决。