西门子3VA1163-4EE42-0AA0

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概述：

         工业现场传感器与PLC/FCS/DCS、仪器仪表之间输入输出的模拟信号隔离放大器（亦称模拟量隔离变送器）属于模拟信号调理的范畴。模拟信号隔离放大器能有效保护各级控制回路，或减弱环境噪声对测试电路的影响，抑制公共接地、变频器、电磁阀及浪涌脉冲对设备的干扰，同时对下级设备具有信号限压、扼流的功能。是变送器、仪器仪表、变频器、电磁阀、PLC/DCS输入输出及其通讯接口的可靠防护器件。对于有些环境恶劣的工业现场，控制系统错综复杂，高温、震动、潮湿和干扰信号并存，所以通过隔离放大器将输入输出模拟信号进行放大、转换、远传且各系统回路完全隔离，的确是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。

         所谓带宽（band width）又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，带宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备仪器中，带宽通常以每秒传送周期或赫兹 (Hz)来表示。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。 

        频率响应简称频响，在电子学上用来描述一台仪器仪表、PLC等设备对于不同频率的信号的处理能力的差异。同失真一样，这也是一个非常重要的参数指标。

        带宽指标的测试方法如下，在输入端加上一个频率可调的正弦波模拟信号，输出端可以稳定跟随输入端信号的较大频率范围就是带宽。工业信号隔离放大器带宽指标的工程意义是什么呢？在应用当中我们如何理解“带宽”呢?带宽指标反映了隔离放大器对输入信号变化的响应速度。带宽越大，隔离放大器对信号变化的响应速度越快；带宽越小，说明隔离放大器对输入信号瞬间变化反应不敏感，在某些场合也就意味着抗干能力较强。

         隔离放大器和隔离变送器的工作原理是首先将传感器、仪器仪表、PLC等发送与接收的标准信号或温度、位移、频率、转速等**信号通过半导体器件进行调制，再由光感或磁感器件进行隔离转换变送，然后进行解调还原成精度、线性度一致的原有信号或变换成其它信号，同时对隔离前后信号的工作电源进行隔离处理，以保证信号输入、信号输出与辅助电源即变换前后的信号、电源、地之间三隔离。模拟信号隔离放大器和隔离变送器属于工业仪器仪表与传感器分类中的一种器件，其主要功能是模拟量的隔离、放大、转换及变送，因而就必然有信号带宽和频率响应这个基本的技术指标。

 工业现场信号传输干扰处理参考方案（变频器抗EMC干扰**隔离放大器）：

工业现场有变频控制设备、大功率电磁起动设备、GPS高频信号无线收发装置等存在EMC干扰源的系统，需要针对不同的干扰源及系统控制信号的特性来分析确定干扰信号处理解决方案。 

1、传感器输出模拟信号上的干扰　 
   在传感器输出端加装ISO系列模拟信号隔离放大器可以有效解决模拟信号传输过程中的衰减和EMC干扰，增强显示控制系统的稳定性和可靠性。用于变频器抗EMC干扰的模拟信号隔离放大器：ISO EM U-P-O-M系列，是在IC内部加装输入信号干扰抑制滤波电路和输出干扰谐波吸收电路，增强抗EMC电磁干扰和高频信号空间干扰功能。特别适用于现场有变频控制设备、大功率电磁起动、GPS高频信号无线收发装置的场合。

2、高频信号辐射的空间干扰 
将各控制系统、设备分别加装金属屏蔽盒（不同频率段使用的金属成分不同)并将外壳可靠接地，信号通讯传输线路采用双绞屏蔽电缆。

3、RS232/RS485的远程通讯线路干扰
在RS232/RS485通讯接口上加装DC-DC隔离模块电源，将通讯供电电源与其它电源直接隔离开来。信号通讯传输线路也要采用双绞屏蔽电缆(屏蔽层接地）。

4、系统供电电源电路中的干扰
现场有大电流晶闸管、变频控制设备、大功率电磁起动装置的，对电源系统的供电参数会产生畸变影响。通过电源电路，干扰信号会进入到现场的各个控制装置。因此，首先要确定现场的各个装置接地良好，各装置的供电电源要加装与其相匹配的电源滤波器（低通EMI滤波器或抑制电抗器）。

模拟信号隔离放大器隔离变送器的带宽与频响工业现场技术指标选型应用参考：

1、模拟信号在变化频率缓慢（<50Hz）的场合（如测量温度、压力、位移、流量等），可选用带宽较小、低频响的隔离放大器：ISO EM U(A)-P-O-M系列产品(M：表示低频响)。 所以在变频器控制系统中，为抑制和隔离EMC干扰，常选用：ISO EM U-P-O-M系列的隔离放大器。

2、模拟信号在变化频率高（>2KHz）的场合（如测量转速、调节高速电子开关、开关电源的PWM控制等），为**采集数据的完整和可靠，常选用高带宽、高低频响的隔离放大器：ISO EM U(A)-P-O-H系列产品

(H：表示高频响)。

3、高频与低频响环境以外的大多数系统都选择常规频响（2K）产品：ISO EM A-P-O或ISO EM U-P-O系列。

4、对现场环境有强磁空间干扰（高频电磁大电流负载）场合可选用光电隔离放大器：ISO U(A)-P-O-M系列

引言
    目前我国大多厂的主力机型B1包装机组是在上世纪80～90年代从德国斯慕门公司引进的高速软包包装机组。但由于该卷炯包装机组工作年久，各电子控制部件逐步老化、失效，故障率很高。近年来，BI机组电气控制系统缺陷日益凸显；逻辑组件老化；出现故障不能自动停机；控制线路板布局复杂，国内无相关元件生产厂家，备件困难且价格高。同时BI机组还存在控制方式落后、英文显示导致维修不便等问题。
    改造后的BI机组是以PLC和工控机为核心的电气控制系统。PLC完成所有数据采集和实时控制，完成启动、停车、工艺流程控制、检测等整个运行过程。工控机作为上位机，具有良好的人机界面，同时增加统计报表和预留网络化管理功能，并为远程数据提供技术支持，从而彻底解决BI机组电控系统所存在的问题。

2 BI包装机组电控系统硬件构成
    BI包装机组由NF卸盘机、BE包装机、RC小包透明机、PHZ大条机和NK大条透明机等5部分组成，

改造后的电控系统则采用BE、RC、NF、FHZ/HK等4个独立部分组成，并且各部分之间单独控制和单独显示。其中BE包装机为主机，其他部分为从机。各部分之间增加信息交换功能，实现B1机组的整体控制，而相位控制则采用**值编码器，从而使B1机组协调工作。

3 改造设计方案
3．1 改造总体框图
    原BI机组的主机BE、RC、FHZ／NK的控制系统不在同一套控制柜中，各部分通过开关量交换设备运行信息。BE机的主要动作是由机械装置完成，各部分共同特点为检测信号多，执行元件少。针对这一特点，整体改造BI机组，

3．2 BI主机改造
    控制器采用高性价比的S7-400 PLC，该器件是西门子公司生产的高性能大型PLC控制系统，具有高速、稳定、可靠、开放等特点。该软件功能强大，具有面向对象、直观的用户界面，易于使用。新的设计只保留较少数的继电器，控制逻辑由PLC实现。去除继电器后多出来的空间用于放置PLC的子站点，PLC的子站点主要包括通讯、输入输出和特殊功能等模块。改造BI主机主要是对其角度反馈系统、控制系统和调速传动系统进行改造。

3．2．1 角度反馈装置的改造
    采用**型编码器替换原机的增量型编码器。与增量型编码器相比，**型编码器实时反馈输出角度值，*通过脉冲计数方式计算设备当前角度，即使设备断电，在恢复供电后也可立即知道断电前的角度值，并立即投入生产，*重新寻找零脉冲。
3．2．2 主驱动的改造
    鉴于现今交流变频技术已具有较高的可靠性，可取消原系统直流电机、直流调速器和智能随动单元，采用交流电机加变频器方式实现主机速度控制。同时，采用BI主机的改进机型BO机特点，在其控制台增加手动调速电位器，便于操作和维护人员调试保养设备。
3．2．3 辅助驱动系统的改造
    除主驱动系统外，BI主机还有进料传送带、下烟道电机、盒皮胶辊、封签胶辊和出口传送带等5个辅助驱动装置。这些辅助驱动的直流电机全部改为普通交流调速电机，均选用西门子420变频器控制。
3．2．4 温度调节系统的改造
    需调节控制BI主机的烘干转塔的加热温度(虽然原机有油加热器，但一般不用，因为设备在卷包车间内工作滑油是**不会出现冻结的)。原机温度调节系统由Pt100热电阻、TEMPMOD A176／A177转换板、测温板SMC-MAX(A30)、A／D转换板SMC-02B(A24)、和固态继电器、加热器组成。改造温度调节系统是在保留原机的热电阻和加热器的基础上，取消热电阻转为4～20 mA的模块TEMPMOD A176／A177，而将热电阻的线直接引入控制柜，接至西门子PLC的模拟量模块。温度调节采用软PID实现，由西门子PLC的PID功能块控制加热器温度。
3．2．5 人机界面的改造
    采用液晶触摸屏技术代替老式的CRT显示和键盘输入，大大减轻机组重量，缩小外形体积，提高显示质量，并新增有关整机的参数设置、产耗分析、故障信息报警等功能。采用全中文菜单设置监控功能，实现运行状态显示、车速显示、参数设置、故障指示、交班记录等；设置有密码功能防止无关人员改动参数。维修密码可授权给机器维修人员。

3．2．6 烟支检测器的改造
    选用ZN0228-B1型B1光电小包烟支器替代原装小包烟支器。恢烟支检测器是一款全新的数字化检测模式，它由空头检测探头、缺支检测探头和控制器3部分组成，*改动原主机，只需将原缺支、空头检测头换成新的检测头，并把控制器的输出线连接到B1主机相应的接线端子上，在不改变原主机任何控制电路和机械装置的情况下，可直观、方便调整缺支、空头的灵敏度。
3．3 现场总线与网络连接
    INTERBUS是德国Phoenix公司提供的工业现场总线，符合IEC61158国际标准总线。现已广泛应用于汽车工业、工业、仓储及传送技术、造纸工业、包装工业、食品工业等领域。独立的诊断程序提供详细的故障信息(故障地址、故障类型和故障历史记录)，诊断寄存器提供用户程序处理故障信息的工具，控制板3行16段LCD显示器直观醒目。

 S7-400，S7-300和ILC200IB控制器分别安装于BE控制柜、RC控制柜以及FHZ／NK控制柜内。S7PLC配有电源、CPU、中断、 PID等模块。INTERBUS总线适配控制板安装于PLC底板，处理PLC与过程I／O设备之间的数据交换，大量的I／O模块及机组的操作面板安装在现场，通过INTERBUS总线连接到PLC。

4 结论
    改造后机组已运行一年，运行良好，性能稳定且故障率低，设备有效作业率平均为83．7％，较原来的 70％提高了13％，改造效果明显，上位机界面完全汉化，方便故障检查和排除。新设计的电控系统采用通用的元件，成本降低。大大节省维修费用。该系统为车间的网络化管理及远程数据提供技术支持，具有很强的扩展功能。