6ES7211-0BA23-0XB0功能参数

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引言

起重行业采用PLC-变频器调速在近几年逐渐得到推广和普及，尤其在大型起重设备上，用PLC程序控制取代传统的继电-接触器控制;用变频调速取代绕线电机转子串电阻调速;用变频电动机或异步电动机取代绕线电机，再配合的现场总线技术和人机界面系统，提高了设备控制精度和稳定性，降低了故障率，且节能效果显著，易于检修维护，成为提高企业生产效率的好途径。
 
控制方案

某重型机械制造大件分厂，承担着所有大件设备装配、、对接等任务，对起重机性能要求很高，所用一台QD250/50t桥式起重机采用了siemens S7-400 PLC、ABB变频器、触摸屏等配置，应用了的Profibus现场总线技术、带编码器反馈的直接转距控制方式、及的人机界面系统。

桥式起重机分为主钩、副钩、大车、小车等四部分.因主起升机构在起重机应用上为典型，控制也为复杂，故本章以主起升为例详细介绍其控制方式。

1、PLC

整个系统以S7-400 PLC作为电控，主要有电源模块、CPU、输入输出模块及接口模块等组成。输入模块采集由限位开关、热敏电阻、变频器故障反馈等设备的信号状态;接收主令控制器、按钮开关发出的控制指令，集中在CPU中进行运算，并将程序运算通过输出模块和Profibus现场总线传送给接触器和变频器等执行设备，从而驱动电动机、液压抱闸、冷却风机等完成各种生产任务。

2、Profibus串行通讯现场总线系统

Profibus是一种开放式串行通讯标准，该标准可以实现数据在各类自动化元件之间互相交换。在本系统中以S7-400作为主站，以各机构变频器作为从站，通过DP接口模块和RS485屏蔽双绞线进行数据快速实时交换。

设置变频器通讯参数：

98.02=fieldbus 通迅模块

51.01= Profibus-DP 选择现场总线类型

51.02=3 设置主升变频器站地址

51.03=1500 选择通迅传输速率为1.5Mbit/s

51.04=PPO4 选择类型4(6个过程数据为一个标准块)

作为主站的PLC处理器从从站读取各种输入状态信息，即从变频器读出主升状态字和实际值，包括变频器准备好、上电应答、运行、转矩验OK、变频器故障、电动机实际转速等信息;并将各种输出信息写入从站，即将控制字和速度给定写入变频器。包括通讯位、来自现场总线的PLC系统的Drive on、来自上位系统的启动信号、故障复位信号及实际频率给定等。使复杂的信号转换、监控、反馈过程全部通过Profibus链的、和CPU的快速集中处理轻松实现。

3、的人机界面系统

TP270触摸屏和PLC之间也采用Profibus总线进行与交换，实时地显示和监控各机构的运行状态及电压、电流、转矩、速度等运行参数，并能利用自身故障实时诊断系统对故障现象进行判断，记录故障时的各种参数，这样，操作人员和检修人员就可以及时地了解系统的状态，并可按提示的故障信息去检查和维修，达到准确、快除故障的效果，真正实现了人机智能化。

4、变频调速系统

1)起升工况及要求

起升机构要求较大的调速比和较硬的机械特性，以适应重物的吊装要求;要求有大的起动转矩，优异的动态转矩响应能力，以适应负载突变，保证重载二次起升的能力;解决好再生制动状态的能量回馈与处理，以缩短减速停车时间;解决好溜钩问题。

2)变频功能应用

根据起升机构特性和技术要求，变频器采用带测速反馈接口的800系列变频器，配合ACC 7.2提升软件，形成闭环直接转矩控制，通过预励磁功能和启动转矩设定,使电机启动瞬间力矩可达300%,实现了优异的启动特性.内置制动斩波器，外接制动电阻，使制动过程中的产生的再生能量通过制动电阻得到释放，达到快速制动的目的。使用机械制动控制功能，使电机转矩释放和制动器紧密配合，好地提高了设备的性，承受频繁起动冲击的能力及性也大为增加。

3) 参数设置

99. 1=ENGLISH 选择语言.

99. 2=CRANE 选择起升宏.

99. 3=YES 复位为工厂设置.

99. 4=DTC 选择直接转矩控制.

99. 5=380V 设定电机额定电压为380V.

99. 6=286A 设定电机额定电流为286A.

99. 7=50HZ 设定电机额定频率为50HZ.

99. 8=722rpm 设定电机额定转速为722转/分.

99. 9=150KW 设定电机额定功率为150KW.

99.10=STANDARD 选择标准旋转型电机数据辩识.

10.1=DI1 设置数字输入1为制动应答信号.

14.1=BRAKE LIFT 设置继电器输出1为机械制动控制.

14.2=WATCHDOG-N 设置继电器输出2为,当发生到通讯故障、制动斩波器故障、CPU阻塞等故障时切断制动器输出并急停.

14.3=FAULT 设置继电器输出3为故障输出，当发生过电流、过电压、过力矩、过载、过速度等故障时保护装置动作.

20.1= -722rpm 设置小转速为-722转.

20.2=722rpm 设置大转速为722转.

20.6=OFF 关闭直流过电压控制器.

21.1=CNST DC MAGN 设置启动特性为恒定励磁模式.

21.2=600ms 设置预励磁时间为600ms.

27.1=ON 制动斩波器的控制.

27.2=ON 制动电阻器的过载保护功能.

30.4= FAULT 选择电机过温时的保护类型为故障跳闸停车.

30.10=FAULT 选择电机缺相时的保护类型为故障跳闸停车.

30.11= FAULT 选择电机发生接地故障时保护类型为故障跳闸停车.

30.12= FAULT 选择现场总线与变频器的通讯异常时的保护类型为故障跳闸停车.

50.1=1024 设定编码器每转的脉冲数为1024.

50.2=A_-_B_-_ 选择对信号A、 B的所有边沿计数并换算成速度.

50.3=FAULT 设定脉冲编码器与编码器接口模块之间,或编码器接口模块与变频器控制板之间检测到通讯故障时的保护类型为故障跳闸停车.

50.5=TRUE 选择将编码器模块的实际速度反馈用于速度和转矩控制.

61.1=110% 设定当电机速度值过额定速度的110%时,传动将跳闸并显示过速度故障.

62.1=TRUE 选择转矩监视功能.

64.1=FALSE 选择控制方式为现场总线.

65.1= FALSE 选择电机停止后只在65.2的时间内保持励磁.

65.2=5s 选择电机停止后电机励磁电流保持on的时间,在此时间内电动机保持励磁并随时准备快速重起.

66.1=TRUE 选择转矩验功能有效.

66.3=** 选择转矩验有效值.在启动时,只有当电机力矩达到该值并通过验时才会发出抱闸打开指令.

67.1=2S 设定制动施加时间为2S,当停止时电机速度下降到零速值,抱闸开始闭合,在此时间内电机保持力矩,直至抱闸闭合完闭.防止重物下滑溜钩.

67.2=2% 设定相对零速值为2%,在当实际速度达到该值以下时,制动器开始闭合.

67.09=P67.10 选择启动转矩调用P67.10的值.

67.10=** 设定启动时转矩给定值为**.

69.2=3S 设定上升方向转速从0到**的加速时间为3S.

69.3=3S 设定下降方向转速从0到-**的加速时间为3S.

69.4=2S 设定上升方向转速从**到0的减速时间为2S.

69.5=2S 设定下降方向转速从-**到0的减速时间为2S.

98.1=RTAC-SLOT1 与脉冲编码器模块的通讯.

4)主要功能介绍

转距验

转矩验用于确认在松开抱闸和开始提升运行之前传动能够产生转矩,抱闸没有打滑.它是将机械抱闸被施加时给一个正的转矩给定(P67.10的值)来完成的.如果转矩验成功,则表示转矩达到了正确的等级,才能执行启动序列中的下一步骤.当变频器启动信号有效时,转矩验程序就开始了,完成之后,转矩验OK被置1,如果在转矩验期间到了任何故障,则转矩验失败,且传动跳闸停车,并在监控系统中给出故障指示，大大增加了起重机的性。

机械制动控制

变频器内置了制动逻辑控制器,用来控制抱闸接触器的动作.当接收到启动命令时,变频器对电动机进行预励磁,然后释放速度和转矩控制器,如果转矩验OK通过,制动器将抬起,电动机将按照正常的加速时间运行.如果在规定的时间内没有接收到制动应答信号,传动将故障跳闸并指示制动器故障.启动命令撤去之后,传动将按减速时间减速到相对零速,当接到零速信号反馈后,制动抬起命令被关闭,在制动施加时间(即P67.1的值)内传动将保持励磁和转矩输出,直至制动器闭合完毕，有效地预防了溜钩事故的发生。

再生能量的处理

重载下降时电动机处于再生制动状态，对于再生电能，能够妥善处理，以保能使减速停车时间尽量缩短。通过设置20.6=OFF关闭直流过电压控制器、27.1=ON 制动斩波器的控制，设置P69.04、P69.05选择合理的减速时间，当重物下降减速时，所产生的再生电能将通过和逆变管所并联的二管全波整流后反馈到中间直流电路，这一过程将产生泵升电压，当此电压过门限值，制动斩波器就会被，把多余的电能通过制动电阻快速得到释放，保了在短时间内快速减速或停车。

总结

综上所述，该系统PLC程序控制使外部硬接线简单明了，故障率低且易于维护，整个系统电网适应性强，起动转矩和低速转矩高，速度响应快，调速范围宽，各档位速度可任意设置，加减速时间可调，尤其是提升软件，使该起重机具备了提升机应用所需的全部控制和功能，确保了地运行。

矿井副井提升信号系统是副井提升电控系统的重要组成部分，其工作性能的优劣将直接影响到提升机的运行，甚至影响到整个煤矿的生产。本文以PLC控制器为设计了一种矿井副井的提升信号系统，提出了系统设计的框图和系统实现的功能，并对该系统的工作原理进行了阐述。该系统已在平山市部分煤矿初步试用，结果表明：该系统运行正常，性能稳定，信号发送准确，显示屏显示，有力地了提升的性，为煤矿生产奠定了坚实的基础。

河南省是一个资源大省，平山市的煤炭资源尤为丰富，改造传统煤炭工业，改变煤炭工业形象，提高企业现代管理水平，提高煤矿，从而能在市场竞争中处于优势地位。计算机控制技术和网络技术在煤炭行业的应用，改变了煤炭行业的技术和产业结构，提高了煤炭的产量和煤炭生产的性，提高了企业的自动化和管理水平。

副井提升信号系统是副井提升电控系统的重要组成部分，该系统性能的好坏将直接影响到副井提升机的运行。随着计算机技术和电子元器件的发展，产生了一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置——可编程逻辑控制器。它采用可以编制程序的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。由于PLC及其有关的外围设备易于与工业控制系统形成一个整体、扩展其功能，已成为当今应用场合为广泛的工业控制装置，成为机电控制不可缺少的控制部件，随着工业生产自动化程度要求的不断提高，加的可编程控制器（PLC）已应用到煤炭行业的各个系统中。本文提出了一种以PLC为的矿井副井提升信号系统的设计方案。

1 总体设计

以PLC为的矿井副并提升信号系统设计框图如图1所示。本系统主要由PLC控制器、信号输入、信号输出、井口信号箱、井底信号箱、绞车房信号箱、保护系统等几部分组成。

PLC控制器是整个系统的部分。具有功能变化灵活、编程简单，自动检测故障点，噪音低，性高，抗干扰能力强，硬件配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。

信号输入主要包含提升机去向、提升机位置、功能信号等部分。其中提升机信号包括提矿、提物、提人、上行、下行等信号。

信号输出主要包含下行音响、显示信号，上行音响、显示信号，提物、提矿、提人计数信号和电视显示器信号等。

井口信号箱主要包括各种提升信号的汉字显示及声音提示，各种信号的按钮检测。完成对本水平各种信号的闭锁功能及对井下信号的闭锁功能，同时完成向绞车房发送相应的信号。

井底信号箱主要包括各种提升信号的汉字显示及声音提示，各种信号的按钮检测。完成向井口发相应的信号，同时完成对本水平各种信号的闭锁功能。

绞车房信号箱主要完成井口、井底提升信号的数字和汉字显示及声音提示，次或前几次信号的存储记忆和显示。完成急停信号对回路的闭锁，换程信号的发出，停车信号的闭锁等功能。

保护系统主要包含故障信号预报、事故停车信号、紧急停车信号等。当提升机控制系统发生故障时由保护系统发送信号到，然后由PLC控制器发出信号到绞车房，并进行相应的操作，对煤矿的起到很重要的作用。

2 系统分析

2．1 系统功能

设计出的以PLC为的矿井副井提升信号系统可以实现以下功能：1）提升信号有数字显示功能；2）提升指令有汉字显示功能；3）急停报警功能和急停扩展功能；4）井上下信号一致方可开车；5）井下信号只能通过井上信号才能传至绞车房，不能直接传至绞车房；6）事故点个停车点，均由井上、下直接传至绞车房，停止绞车运行；7）实现方向闭锁功能；8）实现快慢连锁功能。

2．2 系统工作原理

系统的工作过程如下：

提升机到位后，井口电磁传感器通过信号输入向PLC控制器传送1个到位信号。经PLC控制器处理后向绞车房发出操作指令，信号工此时可进行操车作业，打开门，落下摇台，开启阻车器。发信号顺序：下井口→上井口→绞车房。提升机装载完毕后，解除井口所有闭锁：关闭门，抬起摇台，关闭前阻车器。

1）提升机快上

下井口先打点2次，经PLC控制器的作用后输出，X1动作2次，移位寄存器左移2位，内部继电器R20接通，X1触发“Y8”2次，在下井口显示器上显示本次信号点数“2”，上井口、下井口电铃同时打铃2次；上井口接到打点信号后，开始打点。上井口打点器X3打点“2”，左移指令也向左移2位，Y0接通，电机做“正上”快速运动；同时，由于Y0互锁，电路Y7接通，红色指示灯亮。

上井口打点时，Y4、Y5、Y6继电器接通，下井口、上井口、提升机房电铃晌，响铃次数与打点数相同，此时Y9接通，触发上井口显示电路显示“2”；当达到井面时，停车开关地X4打点寄存器复位，线圈失电，提升机停车、显示器复位。

2）提升机快下

下井口先打点3次，经PLC控制器的作用后，移位寄存器移位至R2，R0～R2接通，R1、R20失电，R21带电，其相应的触点动作闭合，上井口、下井口电铃响，下井显示“3”。上井听到指示后开始打点，过程与上相同，提升机开动。

3）提升机慢上

即正方向开慢车，下井打点“4”为慢车，经PLC控制器处理后在显示器显示为“4”，通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作。

4）提升机慢下

即反方向开慢车，下井打点“4”为慢车，经PLC控制器处理后在显示器显示为“4”。通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作。

3 结束语

该系统设计出之后，已经在平山市部分煤矿初步试用，试用以来，系统运行正常，性能稳定，信号发送准确，显示屏显示，有力地了提升的性，为煤矿生产奠定了坚实的基础。

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，入开关操作浪涌、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。