陕西西门子专业授权总代理商

　　PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：

　　1．工作环境

　　（1）温度

　　PLC要求环境温度在0~55oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。

　　（2）湿度

　　为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。

　　（3）震动

　　应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

　　（4）空气

　　避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。

　　（5）电源

　　PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。

　　2．控制系统中干扰及其来源

　　现场电磁干扰是PLC控制系统中常见也是易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的源头。（1）干扰源及一般分类

　　影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。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及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精度。

　　（2）PLC系统中干扰的主要来源及途径

　　强电干扰

　　PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。

　　柜内干扰

　　控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

　　来自信号线引入的干扰

　　与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O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。

　　来自接地系统混乱时的干扰

　　接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。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系统将无法正常工作。

　　来自PLC系统内部的干扰

　　主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

　　变频器干扰

　　一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

　　3．主要抗干扰措施

　　（1）电源的合理处理，抑制电网引入的干扰

　　对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

　　（2）安装与布线

　　● 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到低限度。

　　● PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线（二者之间距离应大于200mm）。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。

　　● PLC的输入与输出好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

　　● 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

　　（3）I/O端的接线

　　输入接线

　　● 输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。

　　● 输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。

　　● 尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。

　　输出连接

　　● 输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。

　　● 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。

　　● 采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。

　　● PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

　　（4）正确选择接地点，完善接地系统

　　良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

　　PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。

　　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，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，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，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，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、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

　　● 安全地或电源接地

　　将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。

　　● 系统接地

　　PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。

　　● 信号与屏蔽接地

　　一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC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；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。

　　（5）对变频器干扰的抑制

　　变频器的干扰处理一般有下面几种方式：

　　加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

　　使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

　　在自动化控制系统中，变频器的使用越来越广泛，变频器对PLC模拟量干扰问题也凸显出来。下面举一个变频器对PLC模拟量干扰的例子以及用信号隔离模块克服此类干扰的解决办法。
　　现象说明：西门子PLC中AO点发出一路4-20mA电流控制信号，输出至西门子变频器，无法控制变频器启动。
　　故障查找：1，疑似模拟量输出板卡问题，用万用表测量4-20mA输出信号，信号是正常的!2，开始怀疑是变频器控制信号输入端有了问题，换了一台同型号变频器，问题仍然如此。3，用一台手持式信号发射器做4-20mA输出信号源，输出标准电流信号至变频器，这下变频器启动了，因而我们排除了模拟量输出板卡和变频器的故障。4，由此推测是变频器的干扰信号传导至模拟量通道所致。5，为了验证，在PLC模拟量4-20mA输出通道中加装了一台信号隔离模块TA3012，TA3012的输入端子5、6接模拟量输出模块，输出端子1、2端子接变频器，3、4端子接外部24VDC供电电源，变频器正常启动了。5，据此断定，问题的根源在于变频器干扰模拟量通道所致。
　　相信不少自控工程师在调试系统的时候都曾经遇到变频器对PLC模拟量干扰的问题，因此，笔者在此分享一下自己的系统调试心得。在PLC和变频器同时使用的自控系统中，应该着重注意一下事项：
　　1，PLC供电电源与动力系统电源(变频器电源)分别配置，且PLC的供电应该选择隔离变压器;
　　2，动力线尽量与信号线分开，信号线要做屏蔽;
　　3，无论是模拟信号输入还是模拟信号输出，模拟量通道一律使用信号隔离模块;
　　4，PLC程序里做软件滤波设计;
　　5，信号地与动力地分开设计。
　　做好以上五点，变频器对PLC模拟量干扰的问题，即可迎刃而解。

本文简要介绍了中空成型机的工作原理及其控制系统，并详细介绍了UniMAT PLC模块与西门子CPU配合使用来实现中空成型机的控制系统的各项功能，为中空成型机的生产商提供了一个具有更高性价比的控制系统解决方案。

吹塑机的概念

中空吹塑机主要是用于生产瓶、壶、罐、桶及小型异形件等各种单层、双层、（双层）可视液位线吹塑中空制品，特别适用于PVC、PE、PC、PP、PS、PA等原料的中空吹塑。中空吹塑成型机原理为“挤—吹”成型。挤出机均采用变频电机调速，既可获得大的调速范围以满足不同制品的要求，又可使挤出型坯相当稳定,以保证产品重量的统一。挤出机塑化的熔融塑料经挤出机头形成型坯，型坯进入模具压缩空气吹塑成型，即完成一个循环。目前市场上的中空吹塑机有大机型和小机型。小机型里又分单工位和双工位。双工位工作时，左右工位各完成一个工作过程算一个循环。

   中空吹塑机由机械、电气、液压、气路、水路及伺服油源(选配)等部分组成。

2. 系统描述
    中空吹塑机采用变频电机的调速控制系统；机头及挤出机的加热与温控系统；动作程序控制系统（PLC）及相应的安全防护系统等。人机界面采用触摸屏输入。

工艺流程：机筒模头加热保温一定时间—启动挤料—调整机头调好挤出成型管坯—[启动—模架上—合模—风嘴上—电热切片切断管坯—抬模头上—模架下—风嘴下—吹气冷却成型—吹针微抽—拉底下—开模—模架上]自动循环工作。 

三、控制系统设计
　　3.1 系统原理及配置
　　工作过程：粒状或粉状的塑料经挤出机塑化达熔融状态，通过采集电子尺数据，反馈控制挤出熔料量，使熔料通过预定流速进入机头。当储料量达预定值时，机头口模打开，并根据设定的型坯壁厚曲线，调节模芯进行型坯壁厚控制。然后，将完成的制品型坯置于吹塑模腔内，模具按照设定的速度进行合模，合模时要求运动平稳，左右平衡。合模后进行吹气，型坯在气体压力的作用下紧贴模具内壁，保持压力冷却定型后开模，由机械手取出制品。
系统电气控制部分的主要配置如下：
单架机：
6ES7214-1AD23-0XB8 1PCS
UN231-7PH22-0XA0   1PCS
UN231-7PD22-0XA0   1PCS
UN232-OHB22-0XA0   1PCS
UN231-0HF22-0XA0   1PCS
UN222-1BH22-0XA0   1PCS
MT4404T 7寸彩屏    1PCS
18DI/30DO 12TC,2AO具体根据机器而定

双架机
6ES7216-2AD23-0XB8 1PCS
UN231-7PH22-0XA0   1PCS
UN231-7PD22-0XA0   1PCS
UN232-OHB22-0XA0   1PCS
UN222-1BH22-0XA0   1PCS
MT4404T 7寸彩屏    1PCS
24DI/32DO 12TC,2AO具体根据机器而定
　 （1）主机主要采用西门子S7-200系列 6ES7214-1AD23-0XB8（单架机）和6ES7216-2AD23-0XB8（双架机）控制。编程采用结构化编程理念，机器动作手，自动程序，温控程序，报警及保护控制程序，数据转换程序等分程序块。编于修改和检测程序。
　　（2）扩展模块全部采用UniMAT西门子兼容模块，温度的测量采用工业铠装绝缘K型热电偶。温度控制由UniMAT系列的8路热电偶模块UN231-7PH22-0XA0和4路热电偶模块UN231-7PD22-0XA0完成，模块将采集到的温度模拟信号反馈到CPU，通过CPU内部程序PID自动调节，jingque控制各段温度，静态控温精度在±0.5℃；保证塑化温度恒定不变，保证塑料溶液的流动性。　　
　　（3）锁模压力由模拟量输入模块UN231-0HF22-0XA0采集，通过压力传感器实时反馈锁模时压力，确保锁模压力稳定；油路PQ阀控制，采用UN232-0HB22-0XA0控制PQ阀，方便设定每个油压动作的压力和流量。
　　（4）壁厚控制由UN231-0HF22-0XA0输入模块采集型坯长度和模芯间隙的电子尺反馈信号，然后通过模拟量输出模块UN232-0HB22-0XA0控制执行机构驱动伺服阀来实现。
　　（5）操作面板采用KINCO高清触摸屏完成整机的型坯温度、动作压力、流量，机器动作时间参数，工艺参数的设定、显示等，采用菜单式程序控制，操作简便可靠。
四、系统示意图