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西门子SM323数字量输出模块西门子SM323数字量输出模块

新型传感系统优化化工流程

新型光纤传感器可以测量出化学工厂中长达数米的反应器内部的温度曲线图。这项新技术*提供了化学反应器内部的详尽信息，有助于相关人员改善反应工艺。

西门子*将光纤布拉格光栅温度测量系统以传感器的形式应用于工业领域。这种新型传感器名为Sitrans TO500。它可以在长达数米的反应器中测量化学反应混合物的内部温度。这种传感器可沿一条光缆设置多48个测量点，从而生成的温度曲线，而以往的测量探头仅可在几个点进行测量。得益于这项新技术，如今，过程工程师能够深入了解反应过程，从而实现更高效的控制。该传感器已经顺利通过了化工行业客户的测试，并于2016年11月在德国纽伦堡工业自动化及电子展上成功亮相。

以超细光纤传感器告别笨重的系统

管束反应器通常会包含几个外部冷却反应管。在反应管中，气体混合物会在催化剂的作用下完成化学转化。这些反应管长达数米，直径在2到5厘米之间。由于流入反应器的气体量和位置的不同，反应管内部各处的温度不尽相同。化学反应通常会在250到600摄氏度之间发生。为了测量温度，传感器会被插入保护管中置于反应管内部。诸如电阻温度计和热电偶等常规传感器要求在每个测量点单独安装组件并布线。因此，即便仅部署几个测量点，相关保护管的宽度也必须达到数厘米，而过程控制的依据则是利用为数不多的测量数据建立的理论模型。如果能更加地测得反应器内部的温度分布，就可以更高效地运行化学反应器。这样一来，工程师就可以通过控制反应过程，尽可能地延缓催化转化器老化，从而降低设备的更换需求。

尽管西门子推出的新型光纤传感器具备多达48个测量点，但它却可以装入宽度不超过2毫米的保护管中。这种传感器由厚度不足1毫米的光纤构成。沿光纤排布的光学周期性结构又叫布拉格光栅。当光射入光纤时，根据布拉格光栅栅距，特定波长的光波将被反射。由于介质的折射率在一定程度上取决于其温度，因此，在不同温度下，反射光的波长会偏离先前测得的参考值。为了在多点进行测量，光纤具备多个布拉格光栅，每个光栅可反射不同波长的光波。不仅如此，这种传感器使用的激光带宽已拓展至超过100纳米，可产生多种不同波长。由此，这种传感器就能够测量出每个布拉格光栅处的温度。

高柔韧性且耐高温

为了将光纤布拉格光栅技术用于工业领域，西门子工程师必须将原本易碎的光纤变得更为柔韧，只有这样，传感器才能被插入反应器中，并在设备维护等情况下从中取出。柔韧的光纤也让长达数米的传感器能够被卷起以方便运输。此外，工程师们面对的另一个挑战就是反应器内部的高温。因此，光纤不仅必须耐受这样的高温，还需要提前进行调整，以防止在测量时发生温度漂移。

EC31-RTX 组合了基于 PC 的控制解决方案和传统 PLC 环境的优点：为单一硬件平台中各种不同的自动化任务解决方案提供了灵活性。EC31 的无风扇、无硬盘设计，使得可直接安装在苛刻环境中的机床上。使用集成以太网和 PROFINET 接口，系统可简易集成至现有自动化环境中。

如满足下面的自动化解决方案的标准，S7-mEC 是一平台：

    利用西门子PLC输出的模拟量、伺服控制器完成了对伺服电机转速精准的控制。提高了系统控制的可靠性和度。满足了工业现场的需要。 
1.引言
　　伺服电机在自动控制系统中用作执行元件，它将接收到的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出。通常的控制方式有三种：
①通讯方式，利用RS232或RS485方式与上位机进行通讯，实现控制；
②模拟量控制方式，利用模拟量的大小和极性来控制电机的转速和方向；
③差分信号控制方式，利用差分信号的频率来控制电机速度。
简单、方便的实现对伺服电机转速的控制是工业控制领域内的一个期望目标，本文主要研究如何利用PLC输出的模拟量实现对伺服电机的速度较为精准的控制。
2.控制系统电路
　　控制装置选用西门子S7-200系列PLC CPU224XPCN，这种型号的PLC除了带有输入输出点外。还有1个模拟量输入点和1个模拟量输出点，这一型号PLC所具有的模拟量模块，能够满足控制伺服电机的需要。触摸屏选用西门子触摸屏，型号为TP177B。
　　具体控制方案如图l所示，触摸屏是人机对话接口，初的指令信息要从这里输入。输入的信息通过通讯端口传送到PLC。经运算后，PLC输出模拟量，并连接到伺服控制器的模拟量输入端口。伺服控制器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。伺服电机通过测速元件将转速信息反馈到伺服控制器，形成闭环系统，实现转速稳定的效果。
图1   控制方案

 
方案中的伺服电机，设计工作转速范围为500～6000RPM，精度要求为±3RPM。
3.控制过程
　　在触摸屏中设置一个对话框，可输入4位数值，然后将此对话框中的数据属性设置成对应PLC中的整形变量数据(如VW310)。目的是当在对话框中输人数值后，电机就能够达到与该数值相同的速度。
　　PLC输出的模拟量是0～10V，对应的整形数据是0～32000；而伺服电机的输入模拟量是0～l0V。对应的转速是0-6500 RPM。由于这些数值都是理论上的，并且终希望得到的还是输入值对应上转速即可。因此，模拟量作为中间环节仅做参考。需要重点考虑的还是输入值、整形数据和实际转速。经过直接实测，测试数据如表1所示。

表1　直接实测数值表
输入值 整形数值 实际转速
500 500 70
2000 2000 360
4000 4000 750
6000 6000 1145

由表1可看出，输入值和实际转速相差甚远，而唯一的办法是通过运算将输入值转换成能对应上实际转速的整形数值。但是还要首先找到高转速和低转速对应的数值。通过实验发现，对应关系如表2所示

表2   实测对应数值表
整形数值 实际转速
2711 500
30854 6000

PLC的模拟量输出和伺服电机转速输出都是线性的，可以根据表2的数据列出直线方程组，计算出输入值和整形数值之间的关系。
2711＝500×a+b
30854＝600×a+b
解得：a=5117；b=152
　　设实际转速为x，整形数值为y；那么关系方程为：
y=5117×x+152
通过PLC。实现则需妻用到数字运算指令，具体如图2所示
图2数字运算指令实现对应关系
运算后，将数据直接传送到模拟量输出口就完成了转换工作(由于输出口不接受双字数据；所以仅传字数据，VB2232即可)。如图3所示
图3模拟量输出口传送指令
这样．就基本上完成了从对话框输入速度值，经过PLC运算后输出模拟量。伺服控制器接收到模拟量驱动伺服电机，伺服电机的转速等于输入速度值的过程。通过经过实际检验，测得输入值、整形数值、实际转速如表3。

表3　运算后的实测数值表
输入值 运算后数值 实际转速
500 2711 500
1000 5269 999
2000 10386 1998
3000 15503 3000
4000 20620 4002
5000 25737 5001
6000 30854 6000

4.结束语
　　本文提出了一种利用西门子200系列PLC所配备的模拟量输出模块，控制伺服电机的方法，方法简单，易于实现，且能够满足转速精度为±3 RPM的工作要求。