西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8一级代理
0 引言
在汽车制造行业中，车身覆盖件在加工成形过程中，都需要事先对其进行上下翻转，以保证后续工序的顺利进行。以往要完成这一工序，主要依靠工人的手工操作，既费时又费力；如果采用自动翻板机，不但可以减轻劳动强度，还大大的提高了工作效率。目前此类设备多数依赖进口，引进设备投资大，且维修费用高。鉴于这些方面的原因，如何能够自主的开发自动翻板机就具有非常重要的现实意义。
本文介绍了作者在为国内某大型汽车生产制造厂家研制的自动翻版机中，如何利用plc来实现翻板机的自动控制。
1 设备构成及动作实现
1.1 翻板机的整体结构（如图1）：
图1 翻板机结构图
1．驱动电机 2．送料小车 3．活动台板 4．侧挡 5．上横梁 6．夹紧梁
1.2 工作流程：
自动翻板机整体上分为侧工作台部分和翻转圆盘部分。侧工作台部分主要包括驱动电机和送料小车，用来完成送料或取料任务；翻转圆盘部分主要包括夹紧梁、侧挡和翻转圆盘，分别由液压马达和液压油缸来驱动，用来完成夹紧和翻料任务。
自动翻板机的工作流程是：物料由侧工作台送入翻转圆盘，夹紧梁向下夹紧物料后进行翻转，达到合适位置时，停止翻转，撤销夹紧，仍由侧工作台将物料取出、运走。
对系统的功能要求是：能够根据物料吨位的不同适当的调整夹紧力的大小，确保物料能够被可靠地夹紧、翻转；能够方便地进行参数设置、手动调试；具有实时监控功能。
2 控制系统的组成及程序设计
2.1 控制系统组成
图2 控制系统组成
触摸屏和控制面板做为人机交互界面，其中触摸屏通过rs422数据接口与plc进行通讯，为操作人员提供方便的在线监控、参数输入以及手动调试功能；模拟量输入、输出模块（a/d、d/a）通过其侧面的数据线与plc相连接，在自动翻板机工作时，时刻检测液压系统的压力和温度，用来控制液压元件在一定的温度环境下，按照设定的压力值完成预期的动作；plc是整个控制系统的核心部分，主要负责开关量信号的输入、输出控制，模拟量数据的计算处理以及触摸屏信号的响应；plc还通过数据线与扩展模块相连接，扩充了控制系统的输出点数。
软件方面采用mitsubishi公司的gx developer编程软件进行plc程序设计；用mitsubishi公司的fxdu编程软件进行触摸屏程序设计。
2.2 系统的程序设计
自动翻板机设计为手动和自动两种工作模式，可以在控制面板上进行两种模式的自由切换
图3
手动工作模式主要用来调试设备，检测翻板机各机械部分的运动协调状况；在触摸屏上为分别每个运动机构设置了启动按钮，直接操作这些按钮就可以实现对应部分的点动动作。自动模式是自动翻板机的正常工作模式，也是程序设计的关键所在。在设计这一工作模式时，我们将系统的整个自动工作过程划分成若干阶段，每个阶段都独立完成一部分的工作，再由plc将各个阶段按照一定的顺序有机的结合起来，构成完整的自动程序。这样做的目的：一是有利于程序的编制，增加程序的可读性，尤其是为将来设备调试和维修提供方便；二是确保翻板机的各个工作环节更加安全、更加可靠。实践证明，这个办法确实行之有效。自动工作流程如图所示。
下面就以夹紧阶段为例来说明自动翻板机系统的程序设计。夹紧是确保整个自动工作顺利进行的关键所在，故将这一工作单独划分为一个阶段来玩成。进行夹紧之前，在触摸屏上设定相应大小的压力值，由plc对设定的数值进行处理；d/a模块把处理的结果转化为电压信号，输出给比例阀或比例泵，完成液压系统的压力或流量设定。在夹紧过程中，plc控制a/d模块对液压系统的实际工作压力进行实时检测，并与设定的压力值进行比较，当达到预设的压力值时，夹紧动作就自动停止，向下一阶段发出夹紧完成信号。其他阶段的设计思路与夹紧阶段类似，这里不再赘述。
由于液压系统的长时间工作或者周围空气环境的变化，必然会导致液压油的温度发生变化，自动翻板机还需要具有温度检测与自动调节功能，以保证液压元件正常工作。这部分工作由a/d模块来完成，当检测到油温超出设定的温度范围后，自动启动相应的温度调节装置，使液压系统温度控制在一定范围之内。
3 结束语
目前，此自动翻板机已经在一汽轿车股份有限公司调试运行，各个环节都已达到预期的设计要求。综合起来，在自动翻板机中使用plc进行控制，具有安全性高，稳定性好，易于控制和调试等诸多优点；用plc对触摸屏进行控制，不仅实现了对设备运转的实时监控，更重要的是提供了人机交互界面，使后台的程序控制转化为直观的按钮操作，极大的方便了操作人员的使用
一．前 言
水电站，1981年并网发电，装机容量为3X3400kW，三台调速器型号均为CT-40机械液压调速器，调速功2400Kgm，额定油压25kg／cm2。调速器作为自动控制重要设备之一，直接关系着电站的综合自动化程度，由于CT—40调速器系机械调速器，其操作速度慢，调节灵敏度低，不能满足电站信息自动化改造的要求，况且本站引水管道较长，水流惯性时间常数较大，易引起较大的水击现象，改造比较适合使用微机型调速器。
为了贯彻执行水利部水电[2003]170号文件，加快推进农村水电现代化的步伐，鸭河口水库第二水电站于2006年4月完成了水电站微机综合自动化改造．
二．调速器改进方案比较
1．方案一，整体更换CT—40调速器
就是将CT—40调速器整体拆掉，更换为微机型调速器，而目前中小型微机调速器的成熟产品是以PLC为控制核心，步进电机代替电液转换器随动系统，触摸屏为人机界面，其代表产品如YPBT一3000型，BWT-3000型；而流行产品是PLC为控制核心，数字球阀和插装阀标准液压元件组成的电液随动系统，触摸屏为人机界面，其代表产品如(G)LYWT-3000型，SLT-3000型全数字微机调速器；新研制产品是以PCC为控制核心，步进电机或数字阀电液随动系统，触摸屏为人机界面，如YZBT—3000，ZFST型。
上述产品中PLC可编程序控制器均采用进口产品，其控制规律是自适应PID控制规律，除部分厂家的测频精度略有差别以外，其他功能基本相同，步进电机或数字阀电液随动系统各有优缺点，新研制产品PCC可编程计算机控制器，是一种分时多任务操作智能型调速器，其测频是靠PCC完成的，PCC高达6.3MHz的计数频率，具有很高的测频精度和可靠性，而PLC产品是靠独立的单片机完成的，其测量精度不如PCC。调速器油压部分，有高压取代低油压趋势。高油压使得调速器体积变小，重量轻，用油量更小，采用皮囊式高压氮气蓄能压力油罐，使油气隔离，油质不宜老化，氮气不宜漏失，运行中不需补气，可节省高压系统，高油压凋速器比较适合用在新建电站。
2．方案二，局部改造CT—40调速器
保留CT—40储油柜，压力油罐，油泵及主接力器，将原机械柜拆除，更换微机型控制柜(电气柜+机械电液随动系统，两柜合一。局部改造的优点在于凋速器整体不动，不需再拆除调速器基础，再重新埋地脚螺栓，不需进行调速器的水平及角度调整，从而减少不必要的麻烦，缩短了安装工期。
针对局部改造也有两种方案，其一采用PLC及步进电机型控制柜，该方案比较成熟，应用较多，已有CT—40改造实例；其二采用PLC及数字阀液压元件(数字球阀与插装阀)组成的控制系统柜；其三采用PCC为控制核心的控制柜，因其为新研制产品，其运行可靠性有待实际验证，此改进方案也未见报道。
3．采用局部改进(PLC及电液换向阀)方案
根据本站实际情况，厂房宽敞，高压空压机巳更新，且担负着蝶阀油压装置的充气，选择高压调速器意义不大。
数字阀式电液换向阀控制接力器，其结构简单，使用标准液压元件少，其原理是当位置偏差大时，有电液换向阀(大阀)进行大流量输出，系统粗调，当位置偏差小时，转入小阀精密调节，紧急停机时，动作于事故阀；而数字阀与插装阀组合控制接力器方式结构原理相对复杂，不易掌握。为此，改造时保留油压装置和接力器不动，仍采用2.5MP油压，只改造原控制柜部分，采用PLC及数字阀式电液换向阀控制接力器型微机型控制柜，既可保证设备改造后安全可靠运行，又能确保设备的先进性，况且这样改造成本很低，一台大概可节约5万元左右。
三．微机控制柜的构成功能及原理
1．电气控制系统原理
(1)主要硬件包括：
PLC采用日本三菱的FX2n—32MT系列作控制主机，实现对整个系统的控制输出，监控操作，运算处理等功能；彩色触摸屏MT506S：触摸式图形显示操作终端，用于对调速系统的参数修改，现地操作和临视；A／D模块FX2n-4AD：采样现场的模拟量送PLC进行运算和控制；测频模块：测量发电机的TV送来机频信号和网频信号向PLC输入频率信号供PLC进行运算控制处理，其信号电缆应采用屏蔽电缆；通信模块：用FX2N一485BD通信模块作为与上位机的通讯接口，具有标准RS485串口，具有“四遥”功能；以实现电站计算机控制管理；电源模块：采用交直流供电方式；互为热备用。
(2)主要功能：
调节方式：可编程控制并联补偿自适用式PID调节；运行模式：频率调节、开度凋节、水位控制和功率调节等；操作方式：具有手动和自动两种操作方式；调节修定值：利用触摸屏可修改调整如下参数：永态转差系数bp，暂态转差系数bt，缓冲时间常数Td，加速时间常数Tn，频率死区，频率给定，电气开限，放大倍数，水头等。
2．机械液压随动系统(见图1)
机械液压随动部分采用进口的液压元件，它标准化程度高，性能稳定，实现模块化结构，无杠杆、无明管，安装维护方便，互换性能好。
(1)电液换向阀
4WE系列电液换向阀是以电磁阀作为先导控制，靠电磁铁通电吸合时产生的推力推动先导阀换向，控制油作用在主阀芯两端的任一端面上，驱动液动换向运动控制流体流向的开始、停止和换向。电液换向阀用于完成凋速器的调节功能和紧急停机操作，按下换向阀的关闭侧，即可以完成调速器的紧急关机操作。阀体材料具有足够硬度、耐磨，耐冲击复位能力强，电磁铁驱动力大，动作稳定可靠，对油质无特殊要求，抗污能力强，结构简单，工艺性好，可在31.5MPa工作压力下做高频率换向工作。
(2)手动控制阀
手动控制阀是实现接力器纯手动先导控制的组件，其功能足通过手柄的推／拉带动阀芯产生通／断动作，进而控制手动阀先导控制油口压力油的通／断，以控制主控阀液流产生相应通／断的动作，以实现液压手动操作凋速器的目的。
3．工作原理
当调速器自动运行时，接收到开机令后，按照预先设定好的开机规律开机。当网频测量正常时，调速器自动选择频率调节模式，PLC按照机频与网频的差值进行PID运算，为实现快速并网作好准备；当网频测量故障时，自动切换为开度调节模式，PLC按照机频与频率给定的差值进行PID运算。PLC根据电气开度和实际开度的差值输出脉宽凋制(PWM)信号，经功率放大后驱动电液换向阀，调节导叶开度，使机组自动运行于空载工况。并网后，如为并大电网运行，自动切换为开度调节模式。如为孤网运行，自动选择频率调节模式。通过上位机或触摸屏改变功率给定值，调节器经PI运算后，实现负荷凋节。接到停机令后，调速器自动将机组关机，完成停机过程。
四．改造中应注意的问题
1．电液换向阀与接力器的联接
标准液压件采用板式连接，取消明管连接，结构紧凑维护维修方便，改造中为了实现标准液压件与接力器的联结，厂方派技术人员到现场，实测调速器原主配压阀基座与接力器的联结螺栓大小及间距，随后有厂方加工一套联结过渡块(按设计有开停机进油孔，回油孔)，以达到标准液压件与接力器联结，原压力供油管采用高压橡皮管。
2．接力器反馈装置的装设
采用200mm级的滑动电位器，安置在油柜内，自制三角架的一端固定接力器内端盖螺栓上，通过接力器位移改变电位器电阻，把位移转换为电压信号输出，这样由接力器反馈电位器提供的反馈电压，通过反馈电路(测频调理板)对应于开度0～100％，电压为0～10V。
3．对外配线
调速器对外接线按端子排图进行配线，调速器油压装置二次回路连线不动。“开机”、“停机”、“并网”、“增加”、“减少”等是远方控制命令，此接点为无源接点；“紧急停机”是外部紧急停机令输入端子；“机频”、“网频”是机组频率、电网频率信号的输入端子。应使用屏蔽线自TV上接入机频、网频信号，并且屏蔽层应单边接地，以避免干扰；“AC220V”、“DC220V”是厂用交流电源和厂用直流电源的输入端子，须注意DC220V电源的正、负极与端子保持一致，否则会烧毁紧急停机电磁阀和继电器上的续流二极管，交直流电源应分开敷设。
五．改造效果
实施凋速器改造后，可以有效地提高电站的经济效益，比较突出的特点是开机速度快，容易并网，大大缩短并网时间，减少工人劳动强度，强大的通讯和控制功能完全能够满足水电站计算机监监控系统的要求。
可编程控制系统(PLC)由于设计和安装现场环境等因素影响，会受到干扰而发生故障，进而导致设备失控和误动作。要提高PLC的可靠性，除要求控制器制造厂提高设备性能外，更需要工程设计、安装施工和使用维护中重视并解决好干扰问题。台山发电有限公司在PLC应用中采取了一些抗干扰技术措施，经现场试验和改进，取得了较好的效果。
一、PLC的干扰及其来源
1.1干扰源及分类
影响PLC工作的干扰源(噪声源)大都产生在电流或者电压剧变场所。干扰类型通常按干扰产生的原因、干扰模式和波形性质的不同来划分:按干扰产生的原因不同分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等;按干扰的波形、性质不同分为持续噪声、偶发噪声等;按干扰模式不同分为共模干扰和差模干扰。一般控制系统常用共模干扰和差模干扰进行分类。共模干扰是信号对地的电位差，主要由地电位差及空间的电磁辐射在信号线上的电压迭加而形成，这种共模干扰可分为直流、交流两种。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响反馈信号，造成元器件损坏(如I/0模板损坏等)。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应，也可以由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制的精度。
1.2干扰的来源及途径
(1)辐射干扰辐射干扰分布较复杂，常见的有控制和动力电缆混合敷设、电缆布置不规范等，其传播途径主要有:一是直接对PLC内部的辐射，由电路产生干扰;二是对通讯网络的辐射，由通讯线路的感应引起干扰。辐射干扰与现场设备的布置和环境有关，尤其对频率反应较敏感，一般通过屏蔽进行消除。
(2)传导干扰 传导干扰主要通过电源和信号的接线引起，这种干扰在我国生产应用中较为普遍。
(3)电源干扰 PLC供电取自电网，由于覆盖范围广，电网极易受到空间电磁干扰而在电路上产生感应电压。PLC通常采用隔离电源，由于大量分布电容的存在，完全消除是不可能的，PLC仍会受到一定的电源干扰。
(4)信号线干扰与PLC相连的硬接线，除了传输有效的各类信息外，也会成为干扰信号侵入的捷径。此类干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用仪表的供电电源串入的电网干扰，这种干扰往往会被忽视;二是信号输入线的外部感应干扰，不但会引起I/O模块工作异常和测量精度大大降低，严重时还会引起元器件损坏，如I/O模板烧坏等。对于隔离性能较差的系统，还会导致信号相互干扰，造成逻辑数据变化，误动和死机，这是常见的系统干扰故障现象。
(5)来自接地系统的干扰如果两个装置(如变频器布置在PLC旁边)没有电磁兼容性，则噪声发射源的噪声发射应减小或噪声接收器的抗干扰度应增大。噪声源通常是大功率电子装置，除去加装综合滤波器等技术手段外，利用良好的接地是解决干扰省钱普遍的办法。正确和良好的接地既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备本身向外发射干扰;而错误的接地，则会产生严重的干扰信号，使控制系统无法正常工作。
PLC的接地包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。当接地点向电位分布不均匀，电位差过大时，会引起环路电流，影响系统的正常工作。例如控制电缆的屏蔽层必须有端接地，如果两端都接地，就存在电位差，屏蔽电缆将有环路电流通过，引起控制信号的异变，导致控制系统异常工作。
二、实际抗干扰技术的应用情况
2.1干扰现象及处理措施
QuantumPLC应用于电厂燃料堆卸场上的斗轮机系统，分别控制大车行走、皮带传动、回转、俯仰、斗轮传动等机构，实现煤料堆、取作业。国华粤电台山发电公司在投产初期，斗轮机因干扰发生过多次故障。
2.1.1 模板内部互相干扰
尾车皮带在运行过程中，主接触器不时断开-吸合，造成电动机断续启停，当回转俯仰等机构同步动作时出现的次数更频繁。表面观察该输出模块工作正常(输出指示灯一直显示绿色平光)，经测量发现，输出时断时续，与电动机断续启停现象一致。检查又发现该输出点隔离熔丝不符合规定(偏大)，内部元器件有受损伤迹象。由于模板内部元器件受损，导致性能下降(输出点时断时续)，当同一模板的其它输出点亦导通时，干扰该点输出可控硅的导通质量。对此，可更换模板、更换合格的输出隔离熔丝，将输出点接线重新合理敷设进行消除。
2.1.2 安装失误造成的干扰
故障表现为斗轮机构不能正常运行，如不能启动或启动后自动停止(无故障报警提示)。由于该故障无报警提示，系统模板自诊断正常，程序检查正常，应重点考虑PLC干扰。经检查为通讯网络安装失误:一是通讯电缆两端接地，二是主站和远程站连接违反Modicon TSXQuantum硬件手册的设计规定，错误使用分支器。在正确安装屏蔽层接线和纠正分支器的错误接法后，斗轮机运行有明显改善。
2.1.3 辐射干扰
故障表现为:斗轮机运行中有若干机构停止运行，并报发大量故障信息。经过细致检查，可以排除外围设备的因素。该系统PLC通讯用的是同轴电缆传统连接。同轴电缆的优点是传输距离长，造价低，它对电缆敷设有较大依赖，抗干扰(辐射)能力相对较差，而I/O输入引线干扰现象又非常严重。通过在线观察，基本上每一个信号反馈点都对系统造成干扰。将通讯电缆重新正确敷设，并在干扰特别严重的I/O点增加(0.5～1.5)s的延时屏蔽时间(如图1)，运行证明这些临时措施非常有效。
2.2消除干扰的改造措施
斗轮机控制系统的设计和安装目前还存在几个隐性问题:一是PLC控制柜与变频器柜紧临布置，噪声干扰较大;二是斗轮机为轨道行走设备，其接地性能难以保证。外围设备的质量也将影响输入型干扰的大小。
从原设计(图2)可以看出，原设计方案存在明显的错误:(l)CRP93100与CRA93100同轴电缆屏蔽层双端接地;(2)无分支器连接;(3)ModbusPlus与SA85网卡连接无屏蔽接地;(4)Modbus与触摸屏连接无屏蔽接地。
考虑到斗轮机电缆敷设的复杂性，改造方案里增加了通讯转换(光中继器)技术。通过光纤传输的优点来减少辐射干扰，仍保持原来的接地屏蔽接法(因为中间增加了中继器，原来的双端接地变为单端接地)。ModbusPlus与SA85网卡、Modbus与触摸屏之间都增加了单端接屏蔽线设计(图3)。该改造方案的大特点是不改变原设计的模板数量和种类，节约了改造经费，施工容易，调试方便，改造周期极短，对生产影响较小。
三、其它抗干扰技术
3.1利用软件方法减少干扰
由于电磁干扰的复杂性，要完全消除干扰影响是不可能的。在PLC软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，如:增加时间延时屏蔽功能、数字滤波和工频整形采样(可有效消除周期性干扰)、定位校正(零)(可以消除干扰、偏差积累)。对于要求较高的控制系统，还可利用三选二等比较法提高安全系数;对于粗放型的控制系统，可采用间接跳转、软件陷阱、容错软件等技术提高可靠性。
3.2优化接地性能，抑制干扰
接地的目的一方面是为了安全，另一方面是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC电磁干扰的重要措施之一。也可在输入点与地间并接电容，抑制共模干扰的影响。
3.3提高外围设备质量和安装质量，减少干扰
在工程设计和改造时，应充分选用质量高的电气产品，消除因进水进尘等引起的接地、短路故障，减少共模干扰的影响。还应重视工程的安装质量，避免动力电缆和控制(通讯)电缆混合敷设等错误，减少人为因素造成的干扰源。
3.4运用隔离供电，隔离干扰
PLC宜采用独立的隔离控制电源，不宜与检修、动力电源共用，这样既可以保证电源的纯净度，亦可以避免电源耦合的干扰。佳方案是使用在线式不间断UPS电源供电。UPS具有较强的干扰隔离性能，将会提高PLC的安全和抗干扰性能。
四、结语
PLC抗干扰，是一个十分复杂的技术问题，以上所讲的几种技术措施，经过若干试验和实践证明基本可以消除现场的干扰，在实际运用中还应综合考虑各方面的因素，具体分析，合理制定抗干扰技术措施，才能解决实际问题。