精品資料（2021-2022年收藏）科技論文

1、基于多臺(tái)空調(diào)機(jī)組的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)摘要：當(dāng)前屋頂式空調(diào)機(jī)組被電廠等使用單位廣泛應(yīng)用于集控宣，電子設(shè)備間等場(chǎng)所，在此環(huán)境下，通常有多臺(tái)屋頂式空調(diào)機(jī)組需要進(jìn)行集中控制，控制系統(tǒng)需要安全可靠、性能優(yōu)越、操作方便等特點(diǎn)?；诖?，本文通過吉榮牌屋頂式空調(diào)機(jī)組的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)采用PLC模塊式實(shí)現(xiàn)多臺(tái)空調(diào)機(jī)組的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)方法進(jìn)行相關(guān)探討和簡(jiǎn)要論述。 關(guān)鍵詞：PLC；硬件配置；控制要求；控制方法；網(wǎng)絡(luò)讀寫 一、概述 吉榮牌屋頂式空調(diào)機(jī)組被廣泛應(yīng)用于電廠、醫(yī)藥、軍工、寫字樓、商場(chǎng)等場(chǎng)所。對(duì)于電廠來說通常有多臺(tái)屋頂式空調(diào)機(jī)組需要進(jìn)行集中控制，可以通過使用SIEMENS(西門子)公司生產(chǎn)的S7-200CN中CPU226

2、控制器的網(wǎng)絡(luò)讀寫功能，對(duì)多臺(tái)屋頂式空調(diào)機(jī)組進(jìn)行全天候自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)智能無人操作管理。華能某電廠工業(yè)空調(diào)項(xiàng)目使用了多臺(tái)吉榮牌屋頂式空調(diào)機(jī)組，本文以此項(xiàng)目為例，對(duì)基于PLC多臺(tái)空調(diào)機(jī)組的自動(dòng)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行相關(guān)探討和論述。 二、系統(tǒng)硬件配置 S7-200CN通訊端口采用RS-485信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)9針D型連接器，同時(shí)西門子公司提供了兩種類型的網(wǎng)絡(luò)連接器，你可以很輕松的把多臺(tái)設(shè)備連接到一條總線上，這些連接器有一個(gè)開關(guān)，可以選擇網(wǎng)絡(luò)所需的合適終端匹配。(具體連接方式見s7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)。) 根據(jù)上述特點(diǎn)以及吉榮牌屋頂式空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)控制特點(diǎn)，我們采取如下的控制方案：一臺(tái)觸摸屏KTP178直接與其

3、中一臺(tái)PLC相連，以這臺(tái)PLC為橋梁，其他三臺(tái)PLC通過這臺(tái)PLC與KTP178交換數(shù)據(jù)，通訊通過網(wǎng)絡(luò)讀/寫指令來實(shí)現(xiàn)，程序既可獨(dú)立運(yùn)行又可以四臺(tái)相聯(lián)系。(這種方式在沒有使用中繼器的情況下，可以直接連接31臺(tái)PLC，如果加上中繼器則可以擴(kuò)展至125臺(tái)。) 此方案的硬件配置為觸摸屏KTPl78一臺(tái)、CPU226四臺(tái)，其中一臺(tái)屋頂式空調(diào)機(jī)組為主模塊單元。配有一個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊EM235、溫濕度傳感器及相應(yīng)的電器控制部分，其余三臺(tái)屋頂式空調(diào)機(jī)組作為從模塊單元。由于此方案中KTPl78直接與主模塊單元交換數(shù)據(jù)，主模塊單元的PLC通過網(wǎng)絡(luò)讀寫與其它PLC通訊，因此其優(yōu)勢(shì)在于成本相對(duì)較低，可以連多臺(tái)PLC

4、，結(jié)構(gòu)靈活，控制簡(jiǎn)便：但同時(shí)隨著PLC數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)通訊速率降低，出現(xiàn)異常的可能性也會(huì)相應(yīng)增加。 三、輸入輸出信號(hào) 四、控制要求反方法 (一)系統(tǒng)控制要求 1、根據(jù)當(dāng)前溫濕度及設(shè)定溫濕度對(duì)系統(tǒng)采取相應(yīng)控制措施。 2、具有故障檢測(cè)與報(bào)警功能，能查詢當(dāng)前故障和歷史故障。 3、系統(tǒng)具有定時(shí)控制，能自動(dòng)開關(guān)機(jī)組。 4、四臺(tái)壓縮機(jī)要求有輪換功能。 (二)觸摸屏KTPl 78要求 1、能查看各模塊的輸入輸出狀態(tài)。 2、查看當(dāng)前報(bào)警和歷史報(bào)警。 3、顯示當(dāng)前溫濕度，并能查看溫濕度曲線。 4、對(duì)溫濕度設(shè)定等參數(shù)能進(jìn)行修改。 5、能開關(guān)機(jī)組，并能進(jìn)行定時(shí)設(shè)定。 6、能對(duì)顯示的溫濕度參數(shù)進(jìn)行校正。 (三)控制方

5、法的實(shí)現(xiàn) 1、機(jī)組運(yùn)行控制程序的實(shí)現(xiàn)。 溫濕度探頭采樣進(jìn)來的是0-5V的信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)0-50與0-100。計(jì)算公式為：T=A32000×50,H=A32000×100(A表示采樣值)。然后根據(jù)溫濕度設(shè)定值控制壓縮機(jī)、加熱器、加濕器的運(yùn)行。 2、報(bào)警處理 在KTPl78的報(bào)警信息欄里寫上如下信息： 0001機(jī)組1送風(fēng)機(jī)過載 0002機(jī)組1風(fēng)壓故障 0017機(jī)組2送風(fēng)機(jī)過載 0018機(jī)組2風(fēng)壓過載 對(duì)于歷史故障，在KTPl78里的list(history alarm)中寫上： 1機(jī)組1送風(fēng)機(jī)過載 2機(jī)組1風(fēng)壓故障 13機(jī)組2送風(fēng)機(jī)過載 14機(jī)組2風(fēng)壓故障 48機(jī)組4積水報(bào)警

6、3、設(shè)定溫濕度等參數(shù)、當(dāng)前溫濕度讀取處理 在主模塊中，將采樣得到的溫濕度值用網(wǎng)絡(luò)寫指令寫入從模塊。在從模塊中。用網(wǎng)絡(luò)讀指令讀取溫濕度設(shè)定值等其他一些參數(shù)設(shè)定值。 4、壓縮機(jī)輪換處理 在從模塊中，用網(wǎng)絡(luò)寫指令將壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間寫入主模塊，在主模塊中，根據(jù)每臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間，分別列出四種不同的壓縮機(jī)啟動(dòng)順序分別進(jìn)入四個(gè)不同的控制子程序。 5、輸入、輸出狀態(tài)處理 在每個(gè)從模塊中分別列出它的輸入輸出狀態(tài)，再用網(wǎng)絡(luò)寫指令寫入主模塊中。 在KTPl78中再做一個(gè)模塊選擇點(diǎn)，根據(jù)用戶選擇模塊，將相應(yīng)模塊的IO狀態(tài)信息顯示在觸摸屏KTPI 78上。 五、流程圖 主模塊： 六、結(jié)論 對(duì)于屋頂式空調(diào)機(jī)組，其特點(diǎn)在于

7、現(xiàn)場(chǎng)安裝方式簡(jiǎn)易，組合方式靈活多樣，可以滿足不同用戶的不同需求，西門子PLC模塊式的設(shè)計(jì)、靈活多樣的組網(wǎng)方式恰好符合多臺(tái)屋頂式空調(diào)機(jī)組的控制要求。吉榮牌屋頂式空調(diào)機(jī)組采用西門子控制器及相應(yīng)組網(wǎng)方式后，能很好的達(dá)到控制要求，充分體現(xiàn)屋頂式空調(diào)機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)，完成其相應(yīng)的功能?；诘臄?shù)控機(jī)床電氣控制研究摘要:主要對(duì)高精度PCB數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹,提出了電氣控制系統(tǒng)總體方案以及設(shè)計(jì)框架。并詳細(xì)介紹了高精度PCB數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和各功能模塊。系統(tǒng)采用SIMOTION D、變頻器、電機(jī)、光柵尺構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時(shí)為了提高生產(chǎn)率而采用工件自動(dòng)夾緊、機(jī)械手自動(dòng)換刀、斷刀檢測(cè)等多種

8、功能,實(shí)現(xiàn)機(jī)床監(jiān)控的自動(dòng)化。 關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床;電氣控制;可編程邏輯控制器;抗干擾 PCB數(shù)控鉆床是用于對(duì)PCB板進(jìn)行加工的一種機(jī)床,其本質(zhì)是通過對(duì)孔進(jìn)行平面定位來控制微孔加工鉆床。一般運(yùn)動(dòng)執(zhí)行方式有兩種:一種是采用伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠作為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件,第二種是通過直線電機(jī)直接帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。新的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)技術(shù),從機(jī)床的機(jī)械部分、控制系統(tǒng)的硬件和軟件方面進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)?？梢詫?shí)現(xiàn)高精度的閉環(huán)控制,高可靠的狀態(tài)控制,高效率的加工方式以及友好的人機(jī)界面。 1電氣控制總體設(shè)計(jì) 1.1機(jī)械設(shè)計(jì) 總體布局采用X、Y軸分立式結(jié)構(gòu),裝配簡(jiǎn)單,兩方向運(yùn)動(dòng)質(zhì)量基本相同。X、Y軸的電

9、機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn),通過螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)在X、Y方向上移動(dòng)。Z軸結(jié)構(gòu)對(duì)于高速鉆孔極其重要,設(shè)計(jì)和制造嚴(yán)格保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)主軸和鉆孔主軸共線。采用上端固定下端懸臂絲杠結(jié)構(gòu),采用彈性聯(lián)軸器。滾珠絲杠和導(dǎo)軌采用國(guó)際知名品牌。機(jī)床底座,橫梁,工作臺(tái)采用全花崗石,保證高精度穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。 1.2電氣控制原理 機(jī)床基本工作原理如下圖1所示: 這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是,機(jī)讀取文件信息,把數(shù)據(jù)傳遞給SIMOTION D,再根據(jù)這些收到的數(shù)據(jù)控制電機(jī)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行位置控制,光柵尺實(shí)時(shí)檢測(cè)工作臺(tái)的位置信息并傳遞給SIMOTION D,實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行位置調(diào)整滿足對(duì)位置的精度要求。由于光柵尺信號(hào)不能直接識(shí)

10、別,所以通過傳感器模塊轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)傳遞給SIMOTION D。被接收到主軸的轉(zhuǎn)速信息通過模擬量模塊輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓控制變頻器驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái)的工作狀態(tài)可以通過多個(gè)傳感器如接近開關(guān)、斷刀檢測(cè)傳感器、深度檢測(cè)傳感器等檢測(cè)到并傳入系統(tǒng)。這些傳感器的信號(hào)先送到擴(kuò)展模塊中,再送入SIMOTION D中,運(yùn)用強(qiáng)大的工藝處理、邏輯處理能力,對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理,從而完成整個(gè)的加工任務(wù)。 2PCB數(shù)控機(jī)床電氣控制 為了實(shí)現(xiàn)較高的控制精度,采用變頻器、電機(jī)、光柵尺構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時(shí)為了提高生產(chǎn)率,數(shù)控機(jī)床具有工件自動(dòng)夾緊、機(jī)械手自動(dòng)換刀、斷刀檢測(cè)、通信檢測(cè)自動(dòng)建立通信連接以及刀位檢測(cè)等多種功能,實(shí)

11、現(xiàn)機(jī)床監(jiān)控的自動(dòng)化。 2.1硬件結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床是由上位機(jī)軟件、下位機(jī)軟件、硬件電路和機(jī)械部分組成。硬件電路負(fù)責(zé)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)、各部分之間信息的傳遞以及系統(tǒng)的保護(hù)等。 (1)機(jī)械手換刀。 機(jī)械手為氣動(dòng)型有兩個(gè)自由度,向上伸出機(jī)械臂和刀具加緊。分別通過對(duì)電磁閥的開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手氣缸進(jìn)氣控制使機(jī)械手可以自由的伸出、收回、加緊刀具和松開刀具。為了刀具被正確的放回刀庫,機(jī)械手的伸出長(zhǎng)度可以由SIMOTION D控制,實(shí)現(xiàn)方式為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)活塞帶有磁性,在氣缸外壁安裝磁性感應(yīng)開關(guān),當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)感應(yīng)開關(guān)接通,SIMOTION D收到信號(hào)后立即關(guān)閉機(jī)械手的進(jìn)氣路達(dá)到機(jī)械手限位目的。 轉(zhuǎn)貼于 中國(guó)論

12、文下載中心 http:/www.studa.ne(2)斷刀檢測(cè)。 短刀檢測(cè)采用光纖傳感器,為OC門形式,三根接入線可以直接接24V電源,信號(hào)線可以通過電阻介入24V構(gòu)成電平輸出。傳感器的一根光纖輸出一束紅外線,另一根光纖接受這束紅外線,這樣可以通過是否被遮擋判斷道具是否失效。其原理圖如圖2所示。 2.2系統(tǒng)功能模塊 軟件的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的組成部分,是硬件按照要求工作的指揮者。下位機(jī)軟件是運(yùn)行在序,負(fù)責(zé)從上位機(jī)接收數(shù)據(jù)并控制執(zhí)行部件工作和檢測(cè)機(jī)床狀態(tài)的任務(wù)。已經(jīng)組態(tài)好軸以后就可以通過程序?qū)S進(jìn)行操作。SIMOTION D內(nèi)部程序是由操作系統(tǒng)調(diào)用的,SCOUT為我們提供了大量的功能塊方便調(diào)用。 (

13、1)軸使能功能塊。 此功能塊主要是對(duì)即將啟動(dòng)的軸進(jìn)行初始化。在啟動(dòng)一根軸之前必須先對(duì)此軸進(jìn)行使能。步驟為在中選擇要使能的軸,選擇使能方式。 (2)軸的位置控制功能塊。 軸的位置控制功能塊是驅(qū)動(dòng)一根軸運(yùn)動(dòng)到指定的位置。 (3)軸的回零功能塊。 對(duì)于非絕對(duì)值編碼器,每次系統(tǒng)上電軸必須回零以確定軸的當(dāng)前位置。 (4)關(guān)閉軸功能塊。 在軸不再啟動(dòng)時(shí)可以關(guān)閉軸。在關(guān)閉軸后如果在操作軸運(yùn)動(dòng)是非法的會(huì)造成停機(jī)。 2.3調(diào)試結(jié)論 本系統(tǒng)具有6根軸,使用了接近開關(guān)、深度檢測(cè)傳感器、機(jī)械手、壓力傳感器和變頻器等多種輸入輸出器件,各器件之間的相互融合性對(duì)系統(tǒng)的性能具有決定性作用。所以本系統(tǒng)的調(diào)試工作極為重要。經(jīng)過空

14、載調(diào)試、主軸調(diào)試、傳感器工作參數(shù)調(diào)試、自動(dòng)換刀和上位機(jī)控制調(diào)試,可以知道,高精度PCB數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)是成功的,具有高的可靠性和抗干擾能力,具備較高的動(dòng)態(tài)特性與快速反應(yīng)能力。其中電機(jī)調(diào)試中的低速鳴叫與其載波頻率相關(guān),而一般鳴叫則與其電流增益相關(guān),嚴(yán)重的振動(dòng)則是伺服增益參數(shù)需要較大調(diào)整,也就還需要進(jìn)一步努力。 參考文獻(xiàn) 1寥常初.PLC編程及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005,(7). 2邱公偉.可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2000,(7). 3王永華等.現(xiàn)代電氣控制及應(yīng)用技術(shù)M.北京:北京航空航天大學(xué)版社,2005,(3). 4任玉田.機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)M.

15、北京:北京理工大學(xué)出版社,1996,(9). 5熊幸明.控制系統(tǒng)接地抗干擾技術(shù)的研究J.低壓電器,2004,(6). 轉(zhuǎn)貼于 中國(guó)論窯爐系統(tǒng)抗干擾工業(yè)設(shè)計(jì)分析tt摘 要:在工業(yè)環(huán)境中,PLC抗干擾設(shè)計(jì)在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位,對(duì)干擾源進(jìn)行了詳盡的分析、論述,從硬件和軟件兩方面闡述了PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞:PLC;干擾源;抗干擾設(shè)計(jì) 1 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源 1.1 來自電源的干擾 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)種類繁多的動(dòng)力設(shè)備的啟停運(yùn)轉(zhuǎn),可能引起電源過壓、欠壓、浪涌、下陷及產(chǎn)生尖峰干擾,這些干擾均會(huì)通過耦合到PLC系統(tǒng)的電路,給系統(tǒng)造成極大的危害。同樣,這些干擾源也

16、能以電磁場(chǎng)方式作用到PLC系統(tǒng)上而造成干擾。例如:某廠在氮化爐控制系統(tǒng)最初采用調(diào)壓方式進(jìn)行爐溫控制,常常造成近百伏的瞬時(shí)過壓或欠壓形成涌流,嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。 1.2 信號(hào)通道干擾 信號(hào)通道干擾:一是通過變送器供電電源或共用儀表的供電電源竄入的電網(wǎng)干擾;二是信號(hào)線受空間電磁輻射的干擾。由信號(hào)線引入的干擾會(huì)引起1/0信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng),還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾,引起共地系統(tǒng)總線回流,造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)作和死機(jī)。 1.3 來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾 PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。正確的接地,既能抑制電磁干擾的

17、影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地,反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào),使PLC控制系統(tǒng)無法正常工作。 接地系統(tǒng)混亂使各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,引起地環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正常工作。此外,屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場(chǎng)的作用下,屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過屏蔽層與芯線之間的耦合,形成干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布。邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯,造成數(shù)據(jù)混亂或死機(jī)。 1.4 來自空間的輻射干干擾 在工業(yè)環(huán)境中,空間電磁波污染十分嚴(yán)重?？臻g輻射干擾以電磁感應(yīng)的方式通過檢測(cè)系統(tǒng)的殼體、導(dǎo)線等形成接收電路

18、,造成對(duì)系統(tǒng)的干擾輻射干擾,其分布極為復(fù)雜。在此情況下,干擾主要通過兩條路徑:一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射產(chǎn)生干擾;二是對(duì)PLC通信與接口網(wǎng)絡(luò)的輻射引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小,特別是頻率有關(guān),一般通過設(shè)置屏蔽電纜、PLC局部屏蔽、建立高壓泄放回路進(jìn)行保護(hù)。 2 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)與施工 2.1 設(shè)備選型 首先應(yīng)選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品,如:采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC;其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標(biāo),按我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13926)合理選擇。 再次在設(shè)備選型時(shí),應(yīng)注意PLC的輸入、輸出方式。在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量選用可靠性高的元器件。例如:選用可靠性高

19、的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。對(duì)于直流與交流信號(hào)分別使用各自的電纜;對(duì)于系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)線、必須使用屏蔽電纜,屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)懸空,而在控制側(cè)接地。 2.2 綜合抗干擾設(shè)計(jì) 2.2.1 電源抗干擾措施 在PLC控制系統(tǒng)中,電網(wǎng)引入的干擾主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的。因此,對(duì)于PLC系統(tǒng)供電的電源,可以采用隔離性能較好電源,例如:UPS2.2.2 通道抗干擾措施 (1)通道隔離技術(shù)。 對(duì)于系統(tǒng)通道來說,由于測(cè)控點(diǎn)離控制中心很遠(yuǎn),對(duì)每個(gè)測(cè)控量的輸入,輸出通道兩端,無論是模擬量還是數(shù)字量,接地點(diǎn)不可能等電壓,這樣,就會(huì)在

20、通道中形成地環(huán)路電流。另外,別的干擾也會(huì)通過通道竄入系統(tǒng)。因此,采用隔離技術(shù)能很好地抑制這種干擾。對(duì)數(shù)字量來說,可以采用光電耦合器、繼電器等器件隔離,并輔以施密特、RC等濾波、整形電路;對(duì)模擬量來說,則可以采用線性光耦、隔離變壓器、隔離放大器、差動(dòng)放大電路等方法予以解決。 在I/O通道有感性負(fù)載時(shí),為了防止電路信號(hào)突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的影響,對(duì)于交流負(fù)載,應(yīng)在線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路。對(duì)于直流輸入信號(hào),可并接續(xù)流二極管。 (2)接地技術(shù)。 在PLC控制系統(tǒng)中,接地是抑制干擾的主要方法。系統(tǒng)接地方式有:浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言,它屬高速低電平控制裝置,應(yīng)采用直

21、接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響,裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低于1MHz,所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。接地極的接地電阻小于5,接地極最好埋在距建筑物10 - 15m遠(yuǎn)處,而且PLC系統(tǒng)接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距10M以上。 信號(hào)源接地時(shí),屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地;信號(hào)線中間有接頭時(shí), 屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理,一定要避免多點(diǎn)接地;多芯電纜連接時(shí),各屏蔽層也應(yīng)相互連接好,并經(jīng)絕緣處理,為此可以采用航空插頭進(jìn)行連接。 (3)屏蔽技術(shù)。 屏蔽技術(shù)是破壞“場(chǎng)”干擾途徑的重要方法,筆者在上述工程的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)中,就深刻體會(huì)到:正確的屏蔽技術(shù)與接地

22、技術(shù)結(jié)合,可以取得良好的抗干擾效果。 導(dǎo)線間的相互干擾,主要是通過三種耦合產(chǎn)生的:其一是電容性耦合,即兩回路的電場(chǎng)相互作用的結(jié)果;其二是電感性耦合,即兩個(gè)回路的磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果:其三是電場(chǎng)和磁場(chǎng)組合而成的,又稱電磁耦合或輻射。對(duì)于導(dǎo)線間的電磁干擾,可采用兩種主要方法抑制:一是抑制干擾源、二是屏蔽干擾源。抑制干擾源是將干擾源遠(yuǎn)離易受干擾的信號(hào)線,即嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào),避免信號(hào)線與動(dòng)力電纜靠近平行敖設(shè),不同類型的信號(hào)分別由不同電纜傳輸,信號(hào)電纜應(yīng)按傳輸信號(hào)種類分層敖設(shè),將強(qiáng)、弱信號(hào)線遠(yuǎn)離,以減少電磁干擾。 2.2.3 空間的抗干擾措施 空間的干擾主要來自空間的多種電磁

23、波,這些電磁波以電磁感應(yīng)的方式通過系統(tǒng)的導(dǎo)線、殼體等形成接受電路,造成對(duì)電路的干擾?？垢蓴_的措施主要有: 其一,屏蔽:在干擾源的周圍加上屏蔽層,并將屏蔽層一點(diǎn)接地; 其二,是使用雙絞線、同軸電纜、光纜和屏蔽電纜等纜線防止耦合干擾; 其三,浮地。信號(hào)地與機(jī)殼、大地浮空,使電路與機(jī)殼或大地之間無直流聯(lián)系。這就加大了信號(hào)地與外界的阻抗,阻斷了干擾電流的通路; 其四,可在信號(hào)通道中設(shè)置濾波器,以濾除干擾。 2.3 采用軟件抗抗干擾措施 硬件的抗干擾措施可以大大提高系統(tǒng)的測(cè)控精度和工作可靠性,而系統(tǒng)的抗干擾又不能完全依靠硬件解決。因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)時(shí),還應(yīng)從軟件方面進(jìn)行抗干擾處理,進(jìn)一

24、步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施:數(shù)字濾波和工頻整形采樣,可有效消除周期性干擾;定時(shí)校正參考點(diǎn)電位,并采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn),可有效防止電位漂移;采用指令、數(shù)據(jù)冗余技術(shù);設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位,采用間接跳轉(zhuǎn),設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。 3 結(jié)語 PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問題,在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素,合理有效地抑制干擾,對(duì)有些干擾情況還需做具體分析,采取對(duì)癥下藥的方法,才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作,取得了滿意的效果。 參考文獻(xiàn) 1周萬珍,高鴻斌.PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2004. 2徐科軍.自動(dòng)檢測(cè)和儀表的共性技術(shù)M.北京:清華人學(xué)出版社,200

25、0. 3工培清,李迪譯.電子系統(tǒng)中噪聲的抑制與衰減技術(shù)M.北京;電子工業(yè)出版社,2003井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究摘要井下自動(dòng)控制排水系統(tǒng)在開采的過程和水資源的利用方面具有重要的意義，PLC可編程控制系統(tǒng)技術(shù)在自動(dòng)控制中具有廣泛的應(yīng)用，本文以煤礦井下作業(yè)為例，從影響井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定的主要因素出發(fā)，提出了抗干擾的措施，闡述PLC技術(shù)在井下排水自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)原理。 關(guān)鍵詞自動(dòng)控制 排水 PLC 在煤礦生產(chǎn)過程中，地下水流入巷道或工作面，形成礦井水。礦井水的形成一般是由于巷道揭露和采空區(qū)塌陷波及到水源所致，水源主要是大氣降水、地表水、斷層水、含水層水和采空區(qū)水。采礦活動(dòng)造成采動(dòng)區(qū)域及其周邊

26、區(qū)域水文地質(zhì)系統(tǒng)和單元隔水構(gòu)造的破壞，改變了水徑流方向和途徑，最終在采空區(qū)或采動(dòng)場(chǎng)所匯集，并在匯集過程中因物化作用與時(shí)間效應(yīng)遭受污染的，交替性差的水體。 一、井下排水的重要性 在煤礦的原煤開采中，我國(guó)平均每年將有2040億立方米的地下水被抽排到地面且絕大部分被排放掉。但是，煤礦生產(chǎn)抽排的地下水是在煤炭開采過程中才被污染的，而并非本身就是污染嚴(yán)重的水。所以，在我國(guó)水資源不足的環(huán)境中，這些水被浪費(fèi)掉實(shí)在是有點(diǎn)可惜，如果在水質(zhì)較好的地方，對(duì)井下水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，就完全可以達(dá)到工業(yè)和生活用水標(biāo)準(zhǔn)。另外，井下水對(duì)礦井的危害很大，在發(fā)生的煤礦安全事故中，以瓦斯爆炸和水災(zāi)害最為頻繁和嚴(yán)重。如果礦井水排放不暢

27、，水在井下放任自流，將勢(shì)必造成水災(zāi)，更嚴(yán)重的造成設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失，人員傷亡，礦井坍塌等災(zāi)難性的后果。 我國(guó)在優(yōu)化排水方案、改造排水設(shè)備及巷道合理布置方面也做了大量的研究，但是，監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段還處在摸索階段。隨著煤礦安全問題的要求的提高，井下水的檢控要求也隨之提高。目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有低效率、高勞動(dòng)量，且容易造成高勞動(dòng)量的弊端。因此，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)具有重要的意義。 二、PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng) 1. PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù) 可編程控制器(PLC)，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。PLC是通過在存儲(chǔ)器中的程序

28、實(shí)現(xiàn)控制功能，且同一臺(tái)PLC還可用于不同控制對(duì)象，通過改變軟件則可實(shí)現(xiàn)不同控制的控制要求，具有很大的靈活性和通用性。PLC的輸入、輸出電路一般用光電禍合器來傳遞信號(hào)，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響，具有可靠性高、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的用戶設(shè)備聯(lián)接。 2.影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素 PLC作為一種自動(dòng)化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過程控制裝置。因?yàn)槠浔旧淼母呖煽啃?，它的?yīng)用場(chǎng)合越來越廣，環(huán)境越來越復(fù)雜，所受到的干擾也越來越多。在PLC控制系統(tǒng)中，就PLC本身來說，其薄弱環(huán)節(jié)在I/O端口。來自電源波形的畸變、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾、接地電阻的禍合、

29、輸入元件觸點(diǎn)的抖動(dòng)等各種形式的干擾，都可能使系統(tǒng)不能正常工作。研究影響PLC控制系統(tǒng)的干擾因素，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要作用。 對(duì)PLC的干擾的產(chǎn)生過程主要有三個(gè)因素組成：(1)電源引入的干擾。雷電沖擊、開關(guān)操作、大型電力設(shè)備啟停等，都有可能會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成PLC系統(tǒng)故障。(2)I/O信號(hào)線引入的干擾。在使用PLC組成控制系統(tǒng)時(shí)，要連接大小設(shè)備和各種通信線路，這樣就有可能會(huì)發(fā)生各種個(gè)樣的電磁干擾環(huán)境，影響PLC系統(tǒng)的運(yùn)行。(3)接地線引入的干擾。若接地線處理混亂或是電線上的電位分布不等，則會(huì)電路的正常運(yùn)行，有可能在成數(shù)據(jù)換亂，信號(hào)失真。3.PLC控制系統(tǒng)的抗

30、干擾措施 對(duì)PLC的干擾的產(chǎn)生過程主要有三個(gè)因素組成，相應(yīng)地對(duì)抑制所有電磁干擾的方法也從這三個(gè)要素著手解決。(1)最大限度地抑制干擾源。電源系統(tǒng)的抗干擾措施是為了抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及畸變對(duì)系統(tǒng)電源產(chǎn)生的干擾，可采用使用隔離變壓器或者使用低通濾波器的措施來解決。另外，也可以使用交流穩(wěn)壓電源來增大抗干擾能力或使用在線式不間斷供電源(UPS)來作為PLC控制系統(tǒng)的理想電源。(2)阻隔禍合通道或衰減干擾信號(hào)。輸入端有感性負(fù)載時(shí)，在交流信號(hào)輸入負(fù)載兩端并聯(lián)RC浪涌吸收器或壓敏電阻RV；在直流信號(hào)負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管VD或壓敏電阻RV或穩(wěn)壓二極管VX或RC浪涌吸收器等。在使用多芯信號(hào)電纜時(shí)，要避免I/O

31、線和其它控制線共用同一電纜。(3)降低系統(tǒng)本身對(duì)電磁噪聲的靈敏度，提高自身抗干擾能力。 三、PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理分析 在PLC井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)中，為了更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，應(yīng)該注重以下幾點(diǎn)： (1)需要開發(fā)電器控制系統(tǒng)，用PLC(可編程邏輯控制器)控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)。 (2)在開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的同時(shí)，還要選擇可靠的控制器及附屬電氣元件，以更好地適應(yīng)井下環(huán)境。在符合礦用設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還要在設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)能充分考慮和利用井下的條件，使控制簡(jiǎn)便可行。 (3)在設(shè)計(jì)的同時(shí)要從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)排水控制的要求，進(jìn)行PLC硬件和軟件的設(shè)計(jì)，以達(dá)到自動(dòng)輪換工作，使水泵

32、房工作更加高效節(jié)能的目標(biāo)。 (4)還可以把感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器用于煤泥水水位的測(cè)量，在開發(fā)中使用新型的電量監(jiān)測(cè)模塊對(duì)水泵電機(jī)的電源輸入進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并建立PLC與該模塊之間的通信，可以使PLC根據(jù)各個(gè)水泵電機(jī)的電量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷它們的運(yùn)行狀態(tài)，做到有故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理。 可編程控制器本身就有很完善的可靠性設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的抗干擾性能。但是，工業(yè)控制是一個(gè)很特殊的領(lǐng)域，稍有不慎，就有可能造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至人員傷亡。所以還應(yīng)該從整個(gè)系統(tǒng)的角度進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，以更加有效的保障工業(yè)控制的安全。 四、結(jié)論 井下排水技術(shù)在煤礦的開采中的重要性和井下水資源的缺乏利用以及人工控制井下排水系統(tǒng)的種種弊端決定了井

33、下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)研究的重要性。基于可編程控制技術(shù)的煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)是利用當(dāng)前優(yōu)秀的工業(yè)控制技術(shù)精心研究與開發(fā)而成的，它具有許多傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，PLC控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用和具有廣大的發(fā)展前景，但是PLC系統(tǒng)在井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還存在著一些問題需要，這需要我們做進(jìn)一步的研究和實(shí)踐，并最終解決問題。 參考文獻(xiàn)： 1付鐵斌，王洪林.礦井主排水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置的研制J.煤礦安全，2004，35(5)，17-19. 2李勝旺，吉貴堂，趙曉旭.礦井主排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)J.工礦自動(dòng)化，2002. 3王孝穎，張豐敏，張學(xué)松.PLC在煤礦井下主排水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.中國(guó)煤炭200

34、2，28(8)：43-45. 4周峰，王新華，李劍峰.軟PLC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景J.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2004，(24)：57-60. 5李澤松.井下水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)研究M.2005，(5)：3-5. 6姚福強(qiáng)，李世光，李曉梅等.煤礦井下主排水泵計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.煤礦機(jī)械，2004，(1)：1-3基于PLC的變頻調(diào)速疏水系統(tǒng)摘要：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，作為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置，其應(yīng)用越來越廣泛,更有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制并且具有顯著的節(jié)能效果。本文介紹的變頻控制系統(tǒng)是我廠動(dòng)力4#爐疏水泵系統(tǒng)在保留原有設(shè)計(jì)的改造過程中，利用基于PLC的變頻

35、調(diào)速裝置，不僅實(shí)現(xiàn)了泵組的邏輯控制，完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能，并對(duì)系統(tǒng)中各種參數(shù)、控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效地節(jié)省人力、資金，保證了系統(tǒng)平穩(wěn)自動(dòng)的運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：PID PLC 變頻調(diào)速  1、系統(tǒng)介紹系統(tǒng)主要由三菱公司的可編程控制器（PLC）、三菱變頻器（FR-500）、壓力傳感器（液位傳感器）及2臺(tái)水泵組成，操作者可以通過面板的指示燈、按鈕來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)框如圖所示：2、工作原理：2.1系統(tǒng)有兩種工作方式：2.1.1手動(dòng)運(yùn)行該方式主要供檢修及變頻器故障期間用于手動(dòng)控制泵組運(yùn)行。2.1.2自動(dòng)切換變頻/工頻運(yùn)行功能控制方案：變頻器通常用于驅(qū)動(dòng)某臺(tái)固定水泵，并實(shí)時(shí)根據(jù)其輸出頻

36、率，控制輔助泵工頻運(yùn)行，即當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到PID上限時(shí)，啟動(dòng)輔助泵，而輸出頻率小于PID下限時(shí)，停止輔助泵，控制流程如圖（2）所示：2.2  PID控制2.2.1 PID概念1）PI控制   PI控制是由比例控制（P）和積分控制（I）組合而成的，根據(jù)偏差及時(shí)間變化，產(chǎn)生一個(gè)執(zhí)行量。注：PI運(yùn)算是P和I運(yùn)算之和。   對(duì)于過程值單步變化的動(dòng)作例2）PD控制    PD控制是由比例控制（P）和微分控制（D）組合而成的，根據(jù)偏差及時(shí)間變化，產(chǎn)生一個(gè)執(zhí)行量。注：PD運(yùn)算是P和D運(yùn)算之和。   對(duì)于過程值單步

37、變化的動(dòng)作例3）PID控制   利用PI控制和PD控制的優(yōu)點(diǎn)組合成的控制。注：PI運(yùn)算是P和I運(yùn)算之和。4）負(fù)作用   當(dāng)偏差X（設(shè)定值-反饋值）為正時(shí)，增加執(zhí)行量（輸出頻率），如果偏差為負(fù)，減小執(zhí)行量。壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)Y（4-20mA）與設(shè)定值U進(jìn)行比較，其偏差X經(jīng)變頻器的PID控制器運(yùn)算后產(chǎn)生執(zhí)行量Fi去驅(qū)動(dòng)變頻器，從而構(gòu)成以設(shè)定壓力為基礎(chǔ)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。運(yùn)行參數(shù)在實(shí)際過程不斷進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)控制器響應(yīng)趨于完整，并通過PLC計(jì)算需切換泵的運(yùn)行操作?；镜腜ID控制框如圖（3）所示：3、PLC系統(tǒng)本系統(tǒng)中檢測(cè)點(diǎn)及控制量較多，是一較大規(guī)模的測(cè)控系

38、統(tǒng)。據(jù)其特點(diǎn)本系統(tǒng)采用三菱公司可編程控制器（PLC）FX2N系統(tǒng)，該控制器與其他PLC相比具有一些明顯優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)處理快（最快達(dá)3.7us）、最多可達(dá)128點(diǎn)控制、可以提供完整的編程環(huán)境、可進(jìn)行離線編程和在線連接調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制水泵的啟、停、切換、軟啟動(dòng)及故障報(bào)警，實(shí)現(xiàn)硬件/軟件備用水泵，充分保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。4、系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：4.1高效節(jié)能：電機(jī)通過變頻調(diào)速可以在不同轉(zhuǎn)速下工作，且均是較高效率點(diǎn)工作，提高水泵電機(jī)總體效率4.2系統(tǒng)對(duì)水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)控制方式，延長(zhǎng)電機(jī)壽命，而且出現(xiàn)故障，備用泵自動(dòng)切換。4.3系統(tǒng)具有自診斷和自處理功能，具

39、有完善的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載、水池?cái)嗨Ｗo(hù)，完全有效確保設(shè)備的工作安全。4.4系統(tǒng)具有故障顯示和報(bào)警功能，有利于故障排除。5、注意事項(xiàng)：系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須要注意以下三個(gè)參數(shù)：設(shè)定值       PID上限        PID下限任何一個(gè)控制系統(tǒng)都需要經(jīng)過反復(fù)地調(diào)試方可達(dá)到最佳性能，沒有調(diào)試，系統(tǒng)不能工作或不能良好的運(yùn)行。在最初的系統(tǒng)運(yùn)行中，甲泵變頻與乙泵變頻進(jìn)行切換時(shí)經(jīng)常造成波動(dòng)，原因是甲乙泵出口水壓流量不同，工作點(diǎn)略微偏移。當(dāng)初設(shè)置的PID上、下限范圍

40、小，PID運(yùn)算靈敏度較大，從而引發(fā)波動(dòng)，變頻器無法工作，系統(tǒng)癱瘓。我們經(jīng)過不斷的摸索調(diào)試，最終將PID上限調(diào)整至80%，PID下限調(diào)整至20%，同時(shí)將設(shè)定值調(diào)整至較合適的位置。結(jié)束語：動(dòng)力4#爐疏水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，可根據(jù)實(shí)際水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加減泵，以求最大限度的節(jié)能節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，增加了硬件/軟件備用水泵功能，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，而采用壓力閉環(huán)控制，變頻器故障后仍能保障不間斷工作，具有一定的先進(jìn)性。這是我廠第一例利用基于PLC的變頻調(diào)速PID控制功能，投入使用后效果顯著，值得在其他煉油化工生產(chǎn)裝置中推廣。參考文獻(xiàn)1.滿永奎 韓安榮 吳成東通用變頻器

41、及應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社 1995年 ISBN 7-111-04766-42.王兆義 可編程控制器教程機(jī)械工業(yè)出版社 1997年 ISBN 7-111-03758-8/TP3.三菱變頻調(diào)速器FR-F500使用手冊(cè)  三菱電機(jī)株式會(huì)社轉(zhuǎn)基于Modbus協(xié)議的電火花控制系統(tǒng)摘  要：提出了一套基于Modbus協(xié)議的總線控制系統(tǒng)，分析了Modbus協(xié)議的特點(diǎn)，介紹了Modbus協(xié)議的內(nèi)容及通信過程，給出了系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方法，包括系統(tǒng)流程圖及部分校驗(yàn)代碼。 關(guān)鍵詞：Modbus，現(xiàn)場(chǎng)總線，電火花，RTU0. 前言國(guó)內(nèi)的大多數(shù)電火花設(shè)備由于實(shí)時(shí)性等方面的要求，控制系統(tǒng)

42、均是基于dos環(huán)境設(shè)計(jì)，這種系統(tǒng)能滿足電加工的基本要求，但也大大影響了人機(jī)交互的改進(jìn)以及遠(yuǎn)程通信等現(xiàn)代控制的要求;模塊化結(jié)構(gòu)可裁減性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求，是系統(tǒng)深入發(fā)展的良好基礎(chǔ);專業(yè)化的信號(hào)采集設(shè)備及檢測(cè)裝置成為系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的保障;應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可做到信息處理綜合化，智能化;與此同時(shí)，VB、VC以及各種組態(tài)軟件的發(fā)展為人機(jī)界面及總線控制的發(fā)展的提供了良好的開發(fā)環(huán)境，使我們能夠設(shè)計(jì)出更為合理及人性化的系統(tǒng)。本文試圖將現(xiàn)場(chǎng)總線理論應(yīng)用于電火花加工機(jī)床，并最終通過使用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的互聯(lián)。4現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系

43、統(tǒng)，也被稱為開放式，數(shù)字化，多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。56在整個(gè)工廠的控制網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)場(chǎng)總線處于重要的基礎(chǔ)地位。1. 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)一般采用上位計(jì)算機(jī)結(jié)合下位智能儀表來實(shí)現(xiàn)控制功能。在本系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單易用，因此采用微控制器來讀取信號(hào)并最終傳輸給上位機(jī)。一般來說，總線系統(tǒng)主要包括變送器，總線和檢測(cè)站。在本套系統(tǒng)中，微控制器和檢測(cè)裝置成為智能儀表即變送器，它作為從機(jī)使用，但確是系統(tǒng)的核心部件，而上位機(jī)即檢測(cè)站主要完成人機(jī)交互的任務(wù)以及一些優(yōu)化、復(fù)雜計(jì)算和控制的功能。個(gè)性化的人機(jī)界面以及標(biāo)準(zhǔn)化的總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可方便的擴(kuò)展系統(tǒng)的控制功能

44、。整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)最主要包括一個(gè)服務(wù)器，一臺(tái)pc機(jī)，三個(gè)微控制器及相關(guān)檢測(cè)設(shè)備。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖這幾層的工作主要包括：1. 最底層為數(shù)據(jù)采集層，需要從現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，比如油溫，油面高度等。三個(gè)微控制器作為現(xiàn)場(chǎng)控制層的核心器件，每個(gè)被賦予唯一的本機(jī)地址用以識(shí)別身份。微控制器即變送器也是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其作用主要是采集間隙電壓，液位油溫，限位報(bào)警，手控盒控制等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)伺服控制，自動(dòng)滅火，風(fēng)扇開關(guān)，定時(shí)抬刀等功能，并同時(shí)將數(shù)據(jù)輸出到modbus現(xiàn)場(chǎng)總線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。2. 現(xiàn)場(chǎng)控制層的任務(wù)是將所有的加工狀態(tài)通過雙腳電纜送至控制室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，組

45、成現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，而在此網(wǎng)絡(luò)中，所有傳輸?shù)男畔⒕裱璵odbus協(xié)議。Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線將現(xiàn)場(chǎng)變送器和檢測(cè)站連接成一個(gè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電火花加工的監(jiān)測(cè)計(jì)量與管理。3. 工廠監(jiān)控層安裝人機(jī)界面軟件，負(fù)責(zé)監(jiān)視所有加工參數(shù)即電規(guī)準(zhǔn)，以及所有相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示及鍵盤輸入信息處理等人機(jī)交互過程。pc機(jī)作為監(jiān)控計(jì)算機(jī)，通過以太網(wǎng)連接到遠(yuǎn)程管理中心，實(shí)現(xiàn)向上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行;監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以安裝moden，通過現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行單擊操作。4. 最上層為遠(yuǎn)程管理層，可以由以太網(wǎng)，top等局域網(wǎng)段組成，一般設(shè)服務(wù)器，pc機(jī)與服務(wù)器之間通過以太網(wǎng)卡，網(wǎng)關(guān)相連，也可通過路由器連接至廣域網(wǎng)。服務(wù)器是系統(tǒng)的外擴(kuò)部分，可以

46、選用。1.2 物理實(shí)現(xiàn)目前，可以通過下列三種方式實(shí)現(xiàn)Modbus通信：以太網(wǎng)上的TCP/IP;各種介質(zhì)（有線：EIA/TIA-232-F、EIA-422、EIA/TIA-485-A;光纖、無線等）上的串行鏈路上傳輸;Modbus PLUS，一種高速令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)。選擇何種實(shí)現(xiàn)方式主要是依據(jù)他所連接的設(shè)備所處的地位。一般采用標(biāo)準(zhǔn)的232口即可，但由于計(jì)算機(jī)上的rs232傳送的距離不超過30m，因此可以選用485接口。除此之外，422口也為標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)接口，表1列出了他們之間的主要差別。本套系統(tǒng)采用了隔離的RS-485通信方式來提供對(duì)Modbus的硬件支持。表1 有線介

47、質(zhì)傳輸性能對(duì)比表Modbus系統(tǒng)是一種主從網(wǎng)絡(luò)，容許一個(gè)計(jì)算機(jī)和一個(gè)或多個(gè)從機(jī)通信。當(dāng)在Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，每個(gè)控制器都有自己的設(shè)備地址，主機(jī)識(shí)別按地址發(fā)來的消息，并決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。當(dāng)在其他網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。此時(shí)，控制器既可以作為主設(shè)備也可以作為從設(shè)備, 但不能兩者同時(shí)兼?zhèn)?。根?jù)各種設(shè)備的不同接口，總線上還可以串聯(lián)打印機(jī)等設(shè)備，也可以將這些設(shè)備直接連接至監(jiān)控計(jì)算機(jī)的打印機(jī)端口或USB口，實(shí)現(xiàn)通信。芯片要根據(jù)所接收的信息進(jìn)行選擇，如果是數(shù)字量，則最常見的單片機(jī)或pic微控制器等均可選用，如果是模擬量如間隙電壓，則要選擇

48、帶模擬端口的芯片。電纜選擇可以根據(jù)所選擇的傳輸通道及距離來確定，這里選用的是帶屏蔽的雙絞電纜。2 Modbus協(xié)議Modbus協(xié)議是OSI模型第七層上的應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，它在連接至不同類型總線或網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間提供客戶機(jī)/服務(wù)器通信?；ヂ?lián)網(wǎng)組中已經(jīng)保留TCP/IP系統(tǒng)端口502用以訪問Modbus，Modbus協(xié)議已經(jīng)成為一種流行的工業(yè)控制傳輸標(biāo)準(zhǔn)。2.1 協(xié)議內(nèi)容Modbus協(xié)議定義了消息與格式和內(nèi)容的公共格式，主要采用命令/應(yīng)答方式，每一種命令報(bào)文都對(duì)應(yīng)著一種應(yīng)答報(bào)文，命令報(bào)文由主站發(fā)出，當(dāng)從站收到后，就發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)。Modbus的信息幀包括站點(diǎn)、字節(jié)長(zhǎng)度

49、、功能碼、操作地址、操作數(shù)據(jù)、CRC校驗(yàn)值等。在Modbus系統(tǒng)中有兩種有效的傳遞模式即ASCII（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）和RTU（遠(yuǎn)程終端裝置）模式。內(nèi)容格式及字符長(zhǎng)度如下：2由于RTU模式傳輸位數(shù)少，使用方便，本文內(nèi)容均采用RTU模式。2.2 通信過程Modbus主從節(jié)點(diǎn)之間通信過程大致為：（1）從節(jié)點(diǎn)通過特定的端口與主節(jié)點(diǎn)建立連接，等待接收主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的請(qǐng)求幀信號(hào)。（2）主節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)際需要達(dá)到的目的選擇合適的功能，將其對(duì)應(yīng)的功能代碼保存在ADU的功能代碼域，把必要的參數(shù)和子功能代碼保存在數(shù)據(jù)域中，并將傳輸標(biāo)志、協(xié)議標(biāo)志、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等存放在標(biāo)志域中，從而組成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀發(fā)送到從節(jié)點(diǎn)

50、。（3）從節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的請(qǐng)求幀經(jīng)過錯(cuò)誤檢測(cè)后，根據(jù)協(xié)議的規(guī)定將其分解成基本功能單元，并按照功能代碼的要求完成特定的操作，最后還要返回一個(gè)功能回應(yīng)信號(hào)。如果請(qǐng)求幀或某一步操作出錯(cuò)，就返回一個(gè)錯(cuò)誤報(bào)告。完備的出錯(cuò)應(yīng)答是Modbus的一個(gè)特點(diǎn)，這有利于通信主節(jié)點(diǎn)判斷通信的錯(cuò)誤原因，從而將其排除，保證通信可靠進(jìn)行，提高通信成功率。33. 軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)包括：初始化關(guān)鍵字，包括波特率設(shè)置，數(shù)據(jù)位數(shù)，停止位數(shù)，奇偶校驗(yàn)?zāi)Ｊ降?，總線上所有的master及slave的以上設(shè)置應(yīng)完全一致。Modbus編程主要需處理好校驗(yàn)碼的生成及數(shù)據(jù)包開始標(biāo)志的檢測(cè)。33.1 地址定義通信程序必須處理好數(shù)

51、據(jù)報(bào)開始的標(biāo)志，因?yàn)槊看沃鳈C(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，所有的從機(jī)都會(huì)接收到信息，但只有地址相同的從機(jī)才會(huì)響應(yīng)，因此地址的判別至關(guān)重要。在兩個(gè)數(shù)據(jù)包之間modbus協(xié)議將提供3.5幀的空閑時(shí)間，此時(shí)，總線上所有的從機(jī)要做好接收準(zhǔn)備，一旦主機(jī)有數(shù)據(jù)包發(fā)出，從機(jī)立刻接受此數(shù)據(jù)。這當(dāng)中的第1幀即為地址幀。從機(jī)記錄該地址并判斷是否執(zhí)行該功能。通常，程序中會(huì)設(shè)置一個(gè)3.5幀計(jì)時(shí)器，當(dāng)線路上有數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)時(shí)器不計(jì)數(shù)，一旦線路空閑則計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)開始，直至該計(jì)時(shí)器停止計(jì)數(shù)，這時(shí)線路上開始有數(shù)據(jù)包發(fā)出，這第一幀數(shù)據(jù)即為地址幀。值得注意的是，3.5幀時(shí)間并非常數(shù)，應(yīng)根據(jù)傳輸速率及幀校驗(yàn)方式（奇偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)）而定。表2 AS

52、CII模式傳輸格式表3 RTU模式傳輸格式3.2 功能碼定義客戶所請(qǐng)求的服務(wù)和服務(wù)器所提供的服務(wù)均通過功能碼（Function Code）標(biāo)識(shí)。Modbus 功能碼分三種，即公共功能碼、用戶自定義功能碼和保留功能碼，公共功能碼是已定義的功能碼，保證其唯一性，包含現(xiàn)存已定義的公共指配功能碼和未來使用的未指配保留功能碼。用戶定義功能碼有兩個(gè)定義范圍，即 65 至 72 和十進(jìn)制 100 至 110。用戶沒有 Modbus 組織的任何批準(zhǔn)就可以選擇和實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能碼。保留功

53、能碼是一些公司對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品通常使用的功能碼，并且對(duì)公共使用是無效的功能碼。為使用方便，在本套系統(tǒng)中，我們僅編寫Modbus協(xié)議中的三個(gè)公共功能碼，包括寫單個(gè)寄存器0x06，讀多個(gè)寄存器0x13，讀寫多個(gè)寄存器0x17。以寫單個(gè)寄存器為例，請(qǐng)求信息為響應(yīng)為函數(shù)流程圖如下：圖2 系統(tǒng)響應(yīng)流程圖除此之外，我們還可以擴(kuò)展其他功能，比如利用讀文件記錄0x20，寫文件記錄0x21兩個(gè)功能碼來存儲(chǔ)系統(tǒng)的相關(guān)信息，如故障記錄，使用過的規(guī)準(zhǔn)查詢，各設(shè)備使用情況等。3.3 校驗(yàn)碼的生成根據(jù)傳輸模式的不同，系統(tǒng)需要產(chǎn)生不同的校驗(yàn)碼（check sum）,ASCII模式采用LRC校驗(yàn)（Longitudinal Redundancy Check）而