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基于ＰＬＣ多台空调机组的自动控制设计
摘要：
当前屋顶式空调机组被电厂等使用单位广泛应用于集控宣，电子设备间等场所，在此环境下，通常有多台屋顶式空调机组需要进行集中控制，控制系统需要安全可靠、性能优越、操作方便等特点。
基于此，本文通过吉荣牌屋顶式空调机组的应用实例，对采用PLC模块式实现多台空调机组的自动控制设计方法进行相关探讨和简要论述。
关键词：
PLC；硬件配置；控制要求；控制方法；网络读写
一、概述
吉荣牌屋顶式空调机组被广泛应用于电厂、医药、军工、写字楼、商场等场所。
对于电厂来说通常有多台屋顶式空调机组需要进行集中控制，可以通过使用SIEMENS（西门子）公司生产的S7-200CN中CPU226控制器的网络读写功能，对多台屋顶式空调机组进行全天候自动控制，实现智能无人操作管理。
华能某电厂工业空调项目使用了多台吉荣牌屋顶式空调机组，本文以此项目为例，对基于PLC多台空调机组的自动化设计方法进行相关探讨和论述。
二、系统硬件配置
S7-200CN通讯端口采用RS-485信号标准9针D型连接器，同时西门子公司提供了两种类型的网络连接器，你可以很轻松的把多台设备连接到一条总线上，这些连接器有一个开关，可以选择网络所需的合适终端匹配。
（具体连接方式见《s7-200可编程序控制器系统手册》。
）
根据上述特点以及吉荣牌屋顶式空调机组的结构控制特点，我们采取如下的控制方案：
一台触摸屏KTP178直接与其中一台PLC相连，以这台PLC为桥梁，其他三台PLC通过这台PLC与KTP178交换数据，通讯通过网络读/写指令来实现，程序既可独立运行又可以四台相联系。
（这种方式在没有使用中继器的情况下，可以直接连接31台PLC，如果加上中继器则可以扩展至125台。
）
此方案的硬件配置为触摸屏KTPl78一台、CPU226四台，其中一台屋顶式空调机组为主模块单元。
配有一个模拟量扩展模块EM235、温湿度传感器及相应的电器控制部分，其余三台屋顶式空调机组作为从模块单元。
由于此方案中KTPl78直接与主模块单元交换数据，主模块单元的PLC通过网络读写与其它PLC通讯，因此其优势在于成本相对较低，可以连多台PLC，结构灵活，控制简便：
但同时随着PLC数量的增加，网络通讯速率降低，出现异常的可能性也会相应增加。
三、输入输出信号
四、控制要求反方法
（一）系统控制要求
1、根据当前温湿度及设定温湿度对系统采取相应控制措施。
2、具有故障检测与报警功能，能查询当前故障和历史故障。
3、系统具有定时控制，能自动开／关机组。
4、四台压缩机要求有轮换功能。
（二）触摸屏KTPl78要求
1、能查看各模块的输入输出状态。
2、查看当前报警和历史报警。
3、显示当前温湿度，并能查看温湿度曲线。
4、对温湿度设定等参数能进行修改。
5、能开／关机组，并能进行定时设定。
6、能对显示的温湿度参数进行校正。
（三）控制方法的实现
1、机组运行控制程序的实现。
温湿度探头采样进来的是0-5V的信号，分别对应0-50℃与0-100％。
计算公式为：
T=A／32000×50,H=A／32000×100（A表示采样值）。
然后根据温湿度设定值控制压缩机、加热器、加湿器的运行。
2、报警处理
在KTPl78的报警信息栏里写上如下信息：
0001机组1送风机过载
0002机组1风压故障
0017机组2送风机过载
0018机组2风压过载
对于历史故障，在KTPl78里的list（historyalarm）中写上：
1 机组1送风机过载
2 机组1风压故障
13 机组2送风机过载
14 机组2风压故障
48 机组4积水报警
3、设定温湿度等参数、当前温湿度读取处理
在主模块中，将采样得到的温湿度值用网络写指令写入从模块。
在从模块中。
用网络读指令读取温湿度设定值等其他一些参数设定值。
4、压缩机轮换处理
在从模块中，用网络写指令将压缩机运行时间写入主模块，在主模块中，根据每台压缩机运行时间，分别列出四种不同的压缩机启动顺序分别进入四个不同的控制子程序。
5、输入、输出状态处理
在每个从模块中分别列出它的输入输出状态，再用网络写指令写入主模块中。
在KTPl78中再做一个模块选择点，根据用户选择模块，将相应模块的I／O状态信息显示在触摸屏KTPI78上。
五、流程图
主模块：
六、结论
对于屋顶式空调机组，其特点在于现场安装方式简易，组合方式灵活多样，可以满足不同用户的不同需求，西门子PLC模块式的设计、灵活多样的组网方式恰好符合多台屋顶式空调机组的控制要求。
吉荣牌屋顶式空调机组采用西门子控制器及相应组网方式后，能很好的达到控制要求，充分体现屋顶式空调机组的优点，完成其相应的功能。
基于ＰＬＣ的数控机床电气控制研究
摘要:
主要对高精度PCB数控机床的电气控制系统进行介绍,提出了电气控制系统总体方案以及设计框架。
并详细介绍了高精度PCB数控机床的电气控制系统的硬件设计和各功能模块。
系统采用SIMOTIOND、变频器、电机、光栅尺构成全闭环控制系统。
同时为了提高生产率而采用工件自动夹紧、机械手自动换刀、断刀检测等多种功能,实现机床监控的自动化。
关键词:
数控机床;电气控制;可编程逻辑控制器;抗干扰
PCB数控钻床是用于对PCB板进行加工的一种机床,其本质是通过对孔进行平面定位来控制微孔加工钻床。
一般运动执行方式有两种:
一种是采用伺服电机或者步进电机和滚珠丝杠作为运动执行部件,第二种是通过直线电机直接带动工作台运动。
新的电气控制系统设计采用模块化的设计技术,从机床的机械部分、控制系统的硬件和软件方面进行全新的设计。
可以实现高精度的闭环控制,高可靠的状态控制,高效率的加工方式以及友好的人机界面。
1电气控制总体设计
1.1机械设计
总体布局采用X、Y轴分立式结构,装配简单,两方向运动质量基本相同。
X、Y轴的电机带动滚珠丝杠旋转,通过螺母副带动工作台在X、Y方向上移动。
Z轴结构对于高速钻孔极其重要,设计和制造严格保证驱动电机主轴和钻孔主轴共线。
采用上端固定下端悬臂丝杠结构,采用弹性联轴器。
滚珠丝杠和导轨采用国际知名品牌。
机床底座,横梁,工作台采用全花岗石,保证高精度稳定性和温度稳定性。
1.2电气控制原理
机床基本工作原理如下图1所示:
这个系统的工作原理是,机读取文件信息,把数据传递给SIMOTIOND,再根据这些收到的数据控制电机模块驱动电机带动工作台进行位置控制,光栅尺实时检测工作台的位置信息并传递给SIMOTIOND,实现对工作台进行位置调整满足对位置的精度要求。
由于光栅尺信号不能直接识别,所以通过传感器模块转换为标准的信号传递给SIMOTIOND。
被接收到主轴的转速信息通过模拟量模块输出一个相应的电压控制变频器驱动主轴转动。
工作台的工作状态可以通过多个传感器如接近开关、断刀检测传感器、深度检测传感器等检测到并传入系统。
这些传感器的信号先送到扩展模块中,再送入SIMOTIOND中,运用强大的工艺处理、逻辑处理能力,对这些信号进行处理,从而完成整个的加工任务。
2PCB数控机床电气控制
为了实现较高的控制精度,采用变频器、电机、光栅尺构成全闭环控制系统。
同时为了提高生产率,数控机床具有工件自动夹紧、机械手自动换刀、断刀检测、通信检测自动建立通信连接以及刀位检测等多种功能,实现机床监控的自动化。
2.1硬件结构
数控机床是由上位机软件、下位机软件、硬件电路和机械部分组成。
硬件电路负责机床的驱动、各部分之间信息的传递以及系统的保护等。
（1）机械手换刀。
机械手为气动型有两个自由度,向上伸出机械臂和刀具加紧。
分别通过对电磁阀的开关控制实现对机械手气缸进气控制使机械手可以自由的伸出、收回、加紧刀具和松开刀具。
为了刀具被正确的放回刀库,机械手的伸出长度可以由SIMOTIOND控制,实现方式为机械手的运动活塞带有磁性,在气缸外壁安装磁性感应开关,当机械手运动到某一位置时感应开关接通,SIMOTIOND收到信号后立即关闭机械手的进气路达到机械手限位目的。
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（2）断刀检测。
短刀检测采用光纤传感器,为OC门形式,三根接入线可以直接接24V电源,信号线可以通过电阻介入24V构成电平输出。
传感器的一根光纤输出一束红外线,另一根光纤接受这束红外线,这样可以通过是否被遮挡判断道具是否失效。
其原理图如图2所示。
2.2系统功能模块
软件的设计是整个系统的组成部分,是硬件按照要求工作的指挥者。
下位机软件是运行在序,负责从上位机接收数据并控制执行部件工作和检测机床状态的任务。
已经组态好轴以后就可以通过程序对轴进行操作。
SIMOTIOND内部程序是由操作系统调用的,SCOUT为我们提供了大量的功能块方便调用。
（1）轴使能功能块。
此功能块主要是对即将启动的轴进行初始化。
在启动一根轴之前必须先对此轴进行使能。
步骤为在中选择要使能的轴,选择使能方式。
（2）轴的位置控制功能块。
轴的位置控制功能块是驱动一根轴运动到指定的位置。
（3）轴的回零功能块。
对于非绝对值编码器,每次系统上电轴必须回零以确定轴的当前位置。
（4）关闭轴功能块。
在轴不再启动时可以关闭轴。
在关闭轴后如果在操作轴运动是非法的会造成停机。
2.3调试结论
本系统具有6根轴,使用了接近开关、深度检测传感器、机械手、压力传感器和变频器等多种输入输出器件,各器件之间的相互融合性对系统的性能具有决定性作用。
所以本系统的调试工作极为重要。
经过空载调试、主轴调试、传感器工作参数调试、自动换刀和上位机控制调试,可以知道,高精度PCB数控机床的电气控制系统是成功的,具有高的可靠性和抗干扰能力,具备较高的动态特性与快速反应能力。
其中电机调试中的低速鸣叫与其载波频率相关,而一般鸣叫则与其电流增益相关,严重的振动则是伺服增益参数需要较大调整,也就还需要进一步努力。
参考文献
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机械工业出版社,2005,（7）.
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清华大学出版社,2000,（7）.
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北京航空航天大学版社,2005,（3）.
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北京理工大学出版社,1996,（9）.
[5]熊幸明.控制系统接地抗干扰技术的研究[J].低压电器,2004,（6）.
转贴于中国论窑炉系统ＰＬＣ抗干扰工业设计分析
tt 摘要:
在工业环境中,PLC抗干扰设计在PLC控制系统设计中占有十分重要的地位,对干扰源进行了详尽的分析、论述,从硬件和软件两方面阐述了PLC控制系统的抗干扰设计方法。
关键词:
PLC;干扰源;抗干扰设计
1PLC控制系统中电磁干扰的主要来源
1.1来自电源的干扰
工业现场种类繁多的动力设备的启停运转,可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰,这些干扰均会通过耦合到PLC系统的电路,给系统造成极大的危害。
同样,这些干扰源也能以电磁场方式作用到PLC系统上而造成干扰。
例如:
某厂在氮化炉控制系统最初采用调压方式进行炉温控制,常常造成近百伏的瞬时过压或欠压形成涌流,严重影响系统正常运行。
1.2信号通道干扰
信号通道干扰:
一是通过变送器供电电源或共用仪表的供电电源窜入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射的干扰。
由信号线引入的干扰会引起1/0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、误动作和死机。
1.3来自接地系统混乱时的干扰
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。
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控制系统无法正常工作。
接地系统混乱使各个接地点电位分布不均,引起地环路电流,影响系统正常工作。
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,形成干扰信号回路。
若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布。
逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱或死机。
1.4来自空间的辐射干干扰
在工业环境中,空间电磁波污染十分严重。
空间辐射干扰以电磁感应的方式通过检测系统的壳体、导线等形成接收电路,造成对系统的干扰——辐射干扰,其分布极为复杂。
在此情况下,干扰主要通过两条路径:
一是直接对PLC内部的辐射产生干扰;二是对PLC通信与接口网络的辐射引入干扰。
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、PLC局部屏蔽、建立高压泄放回路进行保护。
2PLC控制系统的抗干扰设计与施工
2.1设备选型
首先应选择有较高抗干扰能力的产品,如:
采用浮地技术、隔离性能好的PLC;其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标,按我国的标准（GB/T13926）合理选择。
再次在设备选型时,应注意PLC的输入、输出方式。
在设计时,应尽量选用可靠性高的元器件。
例如:
选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。
对于直流与交流信号分别使用各自的电缆;对于系统的输入、输出信号线、必须使用屏蔽电缆,屏蔽电缆在输入、输出侧悬空,而在控制侧接地。
2.2综合抗干扰设计
2.2.1电源抗干扰措施
在PLC控制系统中,电网引入的干扰主要通过PLC系统的供电电源、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。
因此,对于PLC系统供电的电源,可以采用隔离性能较好电源,例如:
UPS2.2.2通道抗干扰措施
（1）通道隔离技术。
对于系统通道来说,由于测控点离控制中心很远,对每个测控量的输入,输出通道两端,无论是模拟量还是数字量,接地点不可能等电压,这样,就会在通道中形成地环路电流。
另外,别的干扰也会通过通道窜入系统。
因此,采用隔离技术能很好地抑制这种干扰。
对数字量来说,可以采用光电耦合器、继电器等器件隔离,并辅以施密特、RC等滤波、整形电路;对模拟量来说,则可以采用线性光耦、隔离变压器、隔离放大器、差动放大电路等方法予以解决。
在I/O通道有感性负载时,为了防止电路信号突变而产生感应电势的影响,对于交流负载,应在线圈两端并联RC吸收电路。
对于直流输入信号,可并接续流二极管。
（2）接地技术。
在PLC控制系统中,接地是抑制干扰的主要方法。
系统接地方式有:
浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。
对PLC控制系统而言,它属高速低电平控制装置,应采用直接接地方式。
由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响,装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz,所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。
接地极的接地电阻小于5Ω,接地极最好埋在距建筑物10-15m远处,而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10M以上。
信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多芯电缆连接时,各屏蔽层也应相互连接好,并经绝缘处理,为此可以采用航空插头进行连接。
（3）屏蔽技术。
屏蔽技术是破坏“场”干扰途径的重要方法,笔者在上述工程的现场参数检测中,就深刻体会到:
正确的屏蔽技术与接地技术结合,可以取得良好的抗干扰效果。
导线间的相互干扰,主要是通过三种耦合产生的:
其一是电容性耦合,即两回路的电场相互作用的结果;其二是电感性耦合,即两个回路的磁场相互作用的结果:
其三是电场和磁场组合而成的,又称电磁耦合或辐射。
对于导线间的电磁干扰,可采用两种主要方法抑制:
一是抑制干扰源、二是屏蔽干扰源。
抑制干扰源是将干扰源远离易受干扰的信号线,即严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠近平行敖设,不同类型的信号分别由不同电缆传输,信号电缆应按传输信号种类分层敖设,将强、弱信号线远离,以减少电磁干扰。
2.2.3空间的抗干扰措施
空间的干扰主要来自空间的多种电磁波,这些电磁波以电磁感应的方式通过系统的导线、壳体等形成接受电路,造成对电路的干扰。
抗干扰的措施主要有:
其一,屏蔽:
在干扰源的周围加上屏蔽层,并将屏蔽层一点接地;
其二,是使用双绞线、同轴电缆、光缆和屏蔽电缆等缆线防止耦合干扰;
其三,浮地。
信号地与机壳、大地浮空,使电路与机壳或大地之间无直流联系。
这就加大了信号地与外界的阻抗,阻断了干扰电流的通路;
其四,可在信号通道中设置滤波器,以滤除干扰。
2.3采用软件抗抗干扰措施
硬件的抗干扰措施可以大大提高系统的测控精度和工作可靠性,而系统的抗干扰又不能完全依靠硬件解决。
因此在PLC控制系统的软件设计和组态时,还应从软件方面进行抗干扰处理,进一步提高系统的可靠性。
常用的一些措施:
数字滤波和工频整形采样,可有效消除周期性干扰;定时校正参考点电位,并采用动态零点,可有效防止电位漂移;采用指令、数据冗余技术;设计相应的软件标志位,采用间接跳转,设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。
3结语
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰,对有些干扰情况还需做具体分析,采取对症下药的方法,才能够使PLC控制系统正常工作,取得了满意的效果。
参考文献
[1]周万珍,高鸿斌.PLC分析与设计应用[M].北京:
电子工业出版社,2004.
[2]徐科军.自动检测和仪表的共性技术[M].北京:
清华人学出版社,2000.
[3]工培清,李迪译.电子系统中噪声的抑制与衰减技术[M].北京;电子工业出版社,2003
井下排水ＰＬＣ自动控制系统的研究
[摘要]井下自动控制排水系统在开采的过程和水资源的利用方面具有重要的意义，PLC可编程控制系统技术在自动控制中具有广泛的应用，本文以煤矿井下作业为例，从影响井下排水自动控制系统的稳定的主要因素出发，提出了抗干扰的措施，阐述PLC技术在井下排水自动控制的设计原理。
[关键词]自动控制排水PLC
在煤矿生产过程中，地下水流入巷道或工作面，形成矿井水。
矿井水的形成一般是由于巷道揭露和采空区塌陷波及到水源所致，水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水。
采矿活动造成采动区域及其周边区域水文地质系统和单元隔水构造的破坏，改变了水径流方向和途径，最终在采空区或采动场所汇集，并在汇集过程中因物化作用与时间效应遭受污染的，交替性差的水体。
一、井下排水的重要性
在煤矿的原煤开采中，我国平均每年将有20～40亿立方米的地下水被抽排到地面且绝大部分被排放掉。
但是，煤矿生产抽排的地下水是在煤炭开采过程中才被污染的，而并非本身就是污染严重的水。
所以，在我国水资源不足的环境中，这些水被浪费掉实在是有点可惜，如果在水质较好的地方，对井下水进行适当的处理，就完全可以达到工业和生活用水标准。
另外，井下水对矿井的危害很大，在发生的煤矿安全事故中，以瓦斯爆炸和水灾害最为频繁和严重。
如果矿井水排放不畅，水在井下放任自流，将势必造成水灾，更严重的造成设备财产损失，人员伤亡，矿井坍塌等灾难性的后果。
我国在优化排水方案、改造排水设备及巷道合理布置方面也做了大量的研究，但是，监测技术和手段还处在摸索阶段。
随着煤矿安全问题的要求的提高，井下水的检控要求也随之提高。
目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有低效率、高劳动量，且容易造成高劳动量的弊端。
因此，采用自动控制系统具有重要的意义。
二、PLC井下排水自动控制系统
1.PLC井下排水自动控制系统的技术
可编程控制器（PLC），是一种数字运算操作的电子系统，向用户的“自然语言”编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。
PLC是通过在存储器中的程序实现控制功能，且同一台PLC还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现不同控制的控制要求，具有很大的灵活性和通用性。
PLC的输入、输出电路一般用光电祸合器来传递信号，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，具有可靠性高、抗干扰性强的特点。
此外，PLC的I/O接口可直接与控制现场的用户设备联接。
2.影响PLC控制系统稳定的干扰因素
PLC作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置。
因为其本身的高可靠性，它的应用场合越来越广，环境越来越复杂，所受到的干扰也越来越多。
在PLC控制系统中，就PLC本身来说，其薄弱环节在I/O端口。
来自电源波形的畸变、现场设备所产生的电磁干扰、接地电阻的祸合、输入元件触点的抖动等各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作。
研究影响PLC控制系统的干扰因素，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。
对PLC的干扰的产生过程主要有三个因素组成：
（1）电源引入的干扰。
雷电冲击、开关操作、大型电力设备启停等，都有可能会影响系统的正常运行，造成PLC系统故障。
（2）I/O信号线引入的干扰。
在使用PLC组成控制系统时，要连接大小设备和各种通信线路，这样就有可能会发生各种个样的电磁干扰环境，影响PLC系统的运行。
（3）接地线引入的干扰。
若接地线处理混乱或是电线上的电位分布不等，则会电路的正常运行，有可能在成数据换乱，信号失真。
3.PLC控制系统的抗干扰措施
对PLC的干扰的产生过程主要有三个因素组成，相应地对抑制所有电磁干扰的方法也从这三个要素着手解决。
（1）最大限度地抑制干扰源。
电源系统的抗干扰措施是为了抑制电网电压的波动及畸变对系统电源产生的干扰，可采用使用隔离变压器或者使用低通滤波器的措施来解决。
另外，也可以使用交流稳压电源来增大抗干扰能力或使用在线式不间断供电源（UPS）来作为PLC控制系统的理想电源。
（2）阻隔祸合通道或衰减干扰信号。
输入端有感性负载时，在交流信号输入负载两端并联RC浪涌吸收器或压敏电阻RV；在直流信号负载两端并联续流二极管VD或压敏电阻RV或稳压二极管VX或RC浪涌吸收器等。
在使用多芯信号电缆时，要避免I/O线和其它控制线共用同一电缆。
（3）降低系统本身对电磁噪声的灵敏度，提高自身抗干扰能力。
三、PLC井下排水自动控制系统的设计原理分析
在PLC井下排水自动控制系统的开发中，为了更好地实现自动控制，应该注重以下几点：
（1）需要开发电器控制系统，用PLC（可编程逻辑控制器）控制系统代替传统继电器控制系统。
（2）在开发PLC控制系统的同时，还要选择可靠的控制器及附属电气元件，以更好地适应井下环境。
在符合矿用设备的安全标准的同时，还要在设计
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