西门子6ES7231-0HF22-0XA0支持验货
1 引言
PLC由于具有功能强、程序设计简介，维护方便等优点，特别是高可靠性、较强的适应恶劣工业环境的能力，已被广泛应用于自来水行业。但由于现场环境条件恶劣、湿度高、以及各种工业电磁、辐射干扰等，会影响系统的正常工作,必须重视工程的抗干扰设计。
水厂应用中的PLC所受的干扰源主要有电源系统引入的干扰、接地系统引入的干扰和输入输出电路引入的干扰三类。如果PLC的干扰问题解决得不好，系统将无法可靠运行，将会影响到正常供水。有必要对PLC应用系统中的干扰问题进行探讨。主要本文分别讨论PLC的三种抗干扰技术。
2 抗干扰的技术对策分析
为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施，其中，硬件抗干扰是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和消除干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。
2.1 电源系统引入的干扰
电网的干扰，频率的波动，将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。
(1) 加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统。
设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线传导到系统中，使用隔离变压器，必须注意:屏蔽层要良好接地;次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线;次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。
为了抑制电网大容量设备起停(如送水泵等)引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压，可采用开头稳压电源。
(2) 分离供电系统
PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。如图1所示。
图1 分离供电系统图
2.2 抑制接地系统引入的干扰
PLC系统分为逻辑电路接地和功率电路接地，有共地、浮地及机壳共地和电路浮地等三种方式。一般采用控制器与其它设备分别接地方式好，接地时注意:接地线尽量粗，一般大于2mm2的线接地;接地点应尽量靠近控制器，接地点与控制器之间的距离不大于50m;接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交，应尽量缩短平行走线的长度。
实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。
2.3 抑制输入输出电路引入的干扰
为了实现输入输出电路上的完全隔离，近年来在控制系统中光电耦合得到广泛应用，已成为防止干扰的有效措施之一。光电耦合器具有以下特点:由于是密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰;由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系;第三，发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;第四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不如晶体管对干扰信号那么灵敏，而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二极管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。
由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内，应保证被传信号的变化范围始终在线性区内。为了保证线性耦合，既要严格挑选光电耦合器，又要采取相应的非线性较正措施，否则将产生较大的误差。
(1)光电耦合输入电路如图2所示。其中图2(a)、图2(b)用的较多，高电平时接成形式，低电平输入时接成形式。图2(c)为差动型接法，它具有两个约束条件，对于防止干扰有明显的优越性，适用于外部干扰严重的环境，当外部设备电流较大时，其传输距离可达100~200m，图2(d)考虑到COMS电路的输出驱动电流较小，不能直接带动发光二极管，加接一级晶体管作为功率放大，需要注意的是图中发光二极管和光敏三极管应分别由两个电源供电，电阻值视电压高低选取。
(2)光电耦合输出电路如图3所示。为了得到和输入同相的信号，可以采用图3(a)形式。若要求输出和输入反相，可以接成图3(b)形式。当输出电路所驱动的元件较多时，可以加接一级晶体管作为驱动功率放大，其接法如图3(c)所示。有时为了获得更好的输出波形，输出信号可经施密特电路整形。
图2 光电耦合输入电路
图3 光电耦合输出电路
以上两点是对开关量输入输出信号的处理方法，而对模拟输入输出信号，为了消除工业现场瞬时干扰对它的影响，除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外，可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。
1 引 言
在内燃机动力装置的船舶上，锅炉是船舶的重要辅机设备，主要产生蒸汽用于加热燃油、主机暖缸、驱动辅助机械及生活杂用。当前船舶机舱自动化的要求越来越高，锅炉的自动控制在实现无人机舱中是必不可少的。目前我国船舶(特别在远洋渔船)上，虽有一定程度的自动化控制，但控制系统基本上是采用接触器—继电器系统,系统线路复杂、可靠性差、维护工作量大。为改造船舶设备，改善船员劳动强度，提高生产效率, 采用可编程序控制器来实现锅炉的自动控制,可以使线路简单、可靠性提高、维护方便且容易实现现场调试等。可编程序控制器控制系统的经济性能比高于接触器—继电器控制系统。
2 设备与工艺要求
本文主要针对的是船舶辅助燃油锅炉,其蒸发量一般为0.45-2.5t/h，蒸汽压力在0.3-0.7Mpa左右，但只要简单修改PLC程序就可以适用不同型号的船舶锅炉。船舶锅炉自动控制一般有以下几个环节:蒸汽压力自动控制，燃烧程序的自动控制，锅炉水位自动控制，保护与报警。
系统的全自动起动、停炉和故障事件处理，按照要求在PLC中编制用户程序，实现:给水、扫气、点火、燃烧等过程的全自动起、停控制。锅炉定期定时保养维护的自动提示和超期不维护的系统自动闭锁。为配合燃烧，PLC在系统的起停运行中，根据控制要求自动起停风机电机和开闭风门完成扫气工序，并根据燃烧情况，控制风门的开闭大小。风机电机故障、炉内压力超限联锁、燃烧发生故障的联锁控制和报警处理，报警联锁等控制处理等也由PLC用户程序实现。
2.1 水位控制
采用水位计对水位进行检测，根据控制需要将3个水位(下限水位、下下限水位、上限水位)的3个开关量信号接入PLC，经PLC控制水泵电机，实现合适给水量的控制、低水位联锁、报警处理给水水泵电机故障时的联锁控制等，使系统全自动平稳地运行。
2.2 蒸汽压力控制
蒸汽压力通过压力传感器测量实现。水位正常时，如蒸汽压力在0.4-0.46Mpa时锅炉正常燃烧;当负荷减少时，蒸汽压力上升到0.46Mpa时锅炉停止燃烧;如故障蒸汽压力仍上升至0.49Mpa时，切断电源并发出报警;当蒸汽压力下降到0.4Mpa以下时锅炉重新点火燃烧。
采用压力传感器测量当前蒸汽压力，通过压力开关，信号接入PLC的两点开关量输入，或者用压力传感器测量通过变送器将信号接入PLC的一路模拟量输入，实现两级燃烧(大、小火)控制和压力上限保护及实时监视。
2.3 燃烧程序自动控制
燃烧系统的自动控制就是蒸汽压力的自动控制。汽压是燃烧自动控制的被控参数。对锅炉发出起动信号后，自动起动油泵和风机，并把风门调到大而不向炉膛内供油，用压缩空气大风量吹扫，即“予扫风”，以防止点火时发生“冷爆”。预扫气结束后自动把风门关到小位置，打开点火喷油电磁阀，喷入少量燃油;接通点火变压器进行点火。点火成功后，自动断开点火变压器，燃油电磁阀正常打开，进入正常燃烧。
2.4 自动保护和报警
按照要求在PLC编制中实现过水位保护、高水位保护、点火失败报警、燃烧熄火报警等。
3 系统设计
3.1 PLC选型及I/O分配
根据以上控制要求，船用辅锅炉控制系统采用FX2N-32MRPLC，它是日本三菱公司的产品，具有运行速度快，功能强，提供的I／O点数为16/16，除实际使用外，有足够的余量供系统以后扩展。模拟块采用FX2N－4AD和FX2N-4DA。提供4路输入和输出。通信模块采用FX-232AWC。
本系统PLC的I／O分配表如表1。
为了节能，锅炉控制系统中的给水、燃烧控制部分能采用变频器，那么整个锅炉的控制水平(如温度、压力、水位的控制精度)将可得到较大的提高，并且其节能效益是十分明显的，这点在很多的锅炉系统，特别是较大容量的锅炉控制系统中己得到证实，其明显的节能效益使得由于使用变频器带来的控制系统成本提高在短期内就可得到回收，我们设计的控制器作了改进，以适应不同的要求。
为了利用船舶主机排出的废气余热，在控制系统中加入了主机废气控制开关。
表1 PLC的I／O分配表
3.2 系统软件设计
按照船舶锅炉的全自动控制流程，在PLC中编制用户程序[2]。图1、图2为控制系统程序。
1 引言
在塑料、印染以及造纸纺织等业生产中，往往具有很多个同步传动单机，每个机组都有各自独立的拖动系统。又要求各单元间被加工物(布匹、纸张等)的运行线速度能够步调一致，即实现同步运动。造纸设备种类繁多，传动结构也各异，但从系统组成来看都是由压榨、烘干、压光、卷取等几个部分组成，各部分都有电机驱动。造纸工艺要求:设备传动时应保证纸在各部分传送时具有恒定的速度及恒定的张紧度。目前造纸设备实现这个要求的佳控制方案是变频调速，而对变频器的控制主要有两类:一类是PLC控制，另一类是IPC机或工控机控制[1][2]。本文采用PLC控制来实现造纸机的同步传动。
2 造纸机同步传动系统
2.1 造纸生产线控制要求分析
图1为造纸生产线操作台的面板图。由于该系统由多个单元组成，各单元要求保持同步，从而构成同步传动控制系统。对同步控制的要求:
图1 操作台布置图
(1) 统调:各单元要能够升速和降速。统调是根据主指令单元(通常是一单元)对转速的要求来进行调节的。
(2)局部微调:当操作人员发现某单元的速度不同步时，可以进行微调(人工干预)。微调时，该单元以后的各单元的转速必须升速或降速，而不必逐个的进行。
(3) 单独微调:在检修和调试阶段，或者遇到特殊情况，又必须能够对每个单元进行单独的微调。
假设该生产线由四个单元组成，各个单元的运行情况可以由各自的线速表直观的显示出来。
2.2 同步运行
(1) 当进行统调操作时，将单/统调开关切换到统的位置，通过统调按钮的增/减对四个单元进行同步控制;
(2) 当发现某单元的速度不同步时，可以进行同步微调，例如:当2单元需要调节时，则2~4单元则升速或降速;
(3)当由于某种原因，某个个别单元速度跟不上时，这时需要进行绷紧。对于造纸系统来说，需要按下绷紧按钮，使其速度短暂提升一小段时间，达到绷紧效果。
为了便于操作人员直观的了解系统运行情况，各个操作均有相应的指示灯显示。
2.3 造纸机同步传动控制原理
(1) 变频器的启停
如图2所示，以＃1单元的变频器控制图为例，SA13为变频器的启动开关，当SA13接通时，运行指示灯LA11亮，停止指示灯LA12灭，此时变频器处于运行状态;当按下变频器停止按钮SA12时，线圈KA13失电，变频器停止运行。
图2 #1 变频器控制图
(2) 统/单调控制
统/单调开关SA11置于统调位置，此时，线圈KA12接通，生产系统处于统调状态，通过同步器，可以使＃1~＃4进行升速和降速调整。当拨到单调位置时，线圈KA12失电，线圈KA11通电，进入同步微调状态。这时可以调整该变频器及其以下的单元。
(3) 绷紧
当常开开关SA14闭合，此时线圈KA14通电，此时变频器会从外部得到一个瞬间稍高电压，控制该单元转速提升到正常水平;断开SA14，恢复的统调状态。
图3为由4个控制单元组成的生产系统接线图。
图3 由4个控制单元组成的控制系统
2.4 造纸机同步传动系统的PLC控制
采用欧姆龙公司的可编程序控制器CPM1A-40CDR-D对该造纸机同步系统进行改造[3][4]，选择两个数字信号输入端X1和X2，通过功能预置，作为升速和降速之用，把绷紧功能整合到各单元的单独微调;改造后的控制系统图如图4所示。
图4 采用PLC进行控制的同步系统
(1) 控制原理
变频器VFD-1至变频器VFD-4的FWD端在得到输入信号时，启动;失去信号时，停止;
变频器VFD-1的X1端子在统调升速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速和单调降速时得到信号;
变频器VFD-2的X1端子在统调升速、2~4单元的同步微调升速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2~4单元的同步微调降速和单调降速时得到信号;
变频器VFD-3的X1端子在统调升速、2~4单元的同步微调升速、3~4单元同步微调降速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2~4单元的同步微调降速、3~4单元同步微调降速和单调降速时得到信号;
变频器VFD-4的X1端子在统调升速、2~4单元的同步微调升速、3~4单元同步微调降速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2~4单元的同步微调降速、3~4单元同步微调降速和单调降速时得到信号。
(2) I/O分配
该型号PLC的输入端的I/O地址为:00000-00915;输出端的I/O地址为:01000-01915。
I/O分配表附表所示。
附表 I/O分配表
(3) 梯形图控制程序
造纸机同步系统的PLC控制梯形图如图5所示。
图5 造纸机同步系统的PLC控制梯形图
3 结束语
根据以上的设计，我们采用了欧姆龙公司的可编程序控制器CPM1A-40CDR-D、台达VED-B变频器和SCD同步器进行了造纸机同步系统的试验。在运行中效果良好，充分显示出其功能较强、构造简单、便于维护和检修、可靠性高等待点，达到了预期目的，具有广阔的应用空间。