西门子(毕节)PLC代理商

西门子控制器6ES7313-5BG04-0AB0

在前一节课中我们学习了电流的磁场及磁场方向与安培右手定则，了解了磁场和电场都是一种特殊的物质，是一种人的感觉器官无法看见，也无法触摸到的。而为了描述磁场的性质，这里给大家介绍几个描述磁场性质基本物理量之一的：磁场强度（磁感应强度）。

磁感应强度（磁场强度）

定义：反应磁场强弱的物理量称为磁感应强度（磁通密度），用大写字母B表示，其定义为：在磁场中，垂直于磁场方向的通电导体受到的磁场作用与电流强度和导体长度乘积的比值，叫做通电直导线所在处的磁感应强度的大小。其数学表达式为：

上面的磁感应强度公式中：

数量解释：1特斯拉在数值上等于长度为1米并与磁场相垂直的导线，通过1安倍电流时，它所受的电磁力为1牛顿（N）时的磁场感应强度。磁感应强度B是个矢量，其方向就是磁针在磁场中某点静止时N极别所指的方向。

若在磁场中的各点处，载流导线所受到的电场力F的大小相等，方向相同，这就表明磁场中各点的磁感应强度都相同。这样的磁场称为均匀磁场，对均匀磁场可用疏密均匀、方向相同的磁力线表示。

高斯与特斯拉单位换算

在工程计算中，磁感应强度的单位常用高斯（CGS制中磁感应强度或磁通量的单位），简称“高"，常用符号G或Gs表示。他与国际单位制中的特斯拉（T）的换算关系为：

一般磁铁周围的磁场，其B约为0.2~0.7特，变压器铁芯中的B磁场强度B的大值可达0.9~1.8特

实验证明当电流过导体时，由于自由电子的碰撞，导体的温度会升高。这是因为导体吸收的点电能转换成为热能的缘故。这种现象叫做电流的热效应。电流通过导体时所产生的热量与电流强度的平方、导体本身的电阻、以及电流通过的时间成正比。这一结论称为焦耳——楞次定律，其数学表达式为：Q=I²Rt，公式中：

Q：电流通过导体所产生的热量，单位：焦耳（J）；
I：通过导体的电流，单位：安（A）；
R：导体的电阻，单位：欧（Ω）

如果热量以卡位单位，则Q=I?Rt公式可写成：Q=0.24I²Rt=0.24Pt，此公式称为焦耳-楞次定律。其中t的单位为妙，R的单位是欧，I的单位是安，热量的单位是卡。

电流的热效应在生产上有许多应用。电灯是利用电流产生的热使得灯丝达到白炽状态而发光，熔断器是利用电流产生的热使其熔断而切断电源。电流的热效应也是近代工业中的一种重要加热方式，如利用电炉炼钢，电机通电烘干等。电流的热效应也有它不利的一面，由于构成电气设备的导线存在电阻，所有电气设备在工作时要发热，使温度升高。如果电流过大，温度升高多就会加速绝缘体老化，甚至损坏设备。为了保证电气设备能正常工作，各种设备都规定了限额，如额定电流、额定电压、和额定电功率等。

电器设备的额定值通常用下标“e"表示，如Ie、Ue、Pe等，各种电器设备的铭牌上都有标注他们的数值

1. 设备说明

该设备用于化纤多次拉伸、卷曲前处理生产，主要由导丝架、八棍导丝机、热水槽、第一牵伸机、水浴槽、第二牵伸机、蒸汽箱、第三牵伸机、叠丝机、张力架、卷曲机、卷曲侧板电机、油泵电机、振动电机、循环水泵、振动检测等设备构成。I/O控制规模为103点，其中开关量输入点为61点，开关量输出点为39点，模拟量输入点为3点。主要控制要求为：化纤丝的速度、牵伸比、蒸汽及水温、相关的连锁逻辑控制等。本系统控制的关键是要保证导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲五台电机的速度同步。

2．系统配置

系统采用三菱公司的Q系列PLC作为主控制器，传动控制为艾默生公司的EV2000系列变频器，人机界面为F940GOT。

系统主要配置如下：

●主控制器：Q00CPU：速度和牵伸比给定，通过I/O模块，检测现场各机台急停，限位等开关量及模拟量信号，完成连锁控制及报警功能。
● 输入模块：QX40：完成现场的开关量控制采集，
● 输出模块：QY10：完成开关量输出。
● 模块量输入：Q64AD：以完成现场的模拟量检测。
● 串行通讯模块：：构成变频器通迅链路。
● 传动驱动单元：艾默生公司的EV2000系列变频器。

鉴于篇幅的原因，本文主要描述系统控制的关键设计和实现，即保证导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲五台电机的速度同步。客户基于成本的因素，传动驱动单元选用艾默生公司的EV2000系列变频器，并要求主控制器和其构成一个以RS485为通讯介质的低速廉价通讯链路。尽管导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲5台变频器采用共用直流母线运行方式，并安装增量式编码器构成转速闭环以提高速度精度，卷曲机变频器还外加张力传感器以稳定控制拉伸张力，提高纤维质量，但是在设备起停过程特别是在运行过程中调整运行速度和牵伸比等工艺参数时低速通讯链路的实时性的问题就表现出来了。

在设计上，虽然一个通讯模块可以组成485网络，但因为通信量很大，我们必须实时发送电机的速度指令及起停信息，同时还要不断读取变频器的工作电压、电流、频率等参数，所以如果采用一块模块的话，通信周期将增大，也就达不到实时的作用。所以我们选用两块485通讯模块，即四个通讯口同时对一牵、二牵、三牵、卷曲四台变频进行通讯，而导丝和一牵共用一个通讯口，在下一周期通讯。考虑到通讯协议帧长度长为18个字节，在19200Bit/s传输速率下，各速度指令响应的大时差为20ms左右，当大车速为200M/Min时，尽管导丝略有滞后，但在工艺上是可以接受的。该方案可以有效地解决速度指令的同步能力，实现开车起步和停车过程中按指令同步升降速以及运行中速度调整时五台电机速度的同步和纤维拉伸张力的均匀。

3．调试情况和体会

在实际调试过程中，系统基本符合我们预想。但在通讯调试中，我们发现Q系列PLC在搭载多通讯模块系统时，通讯的稳定性和PLC的扫描周期的长短有关。随着功能的不断增强，程序的不断完善，扫描周期也随之加大，当大扫描周期大于25ms时，通讯开始有不稳定现象出现。

现象：我们用的专用通讯指令来接受通讯数据，当扫描周期大于25ms时，在同时通讯的4个口中，排在程序的后一个口偶尔会有通讯错误，当接受标志位已跳变为ON，表示数据已接受完毕，但接受数据区中却无数据。我们对同时通讯的四个口的程序次序颠倒过来发现情况依旧，错误只发生在次序排在后的一个口。

分析原因：我们认为是通讯时序出现了问题，系统接受标志位的跳变和系统数据的传递不同步，即系统内部通讯标志建立时，通讯缓冲区的数据尚未来得及传送完毕。故我们判断扫描周期延长会影响系统通讯的时序。解决办法：精简程序来缩短扫描周期或更换高速PLC。但由于本系统程序量较大，后为了保证系统的可靠性我们将CPU从Q00更换为Q02，提高了系统处理速度，把扫描周期降低至10ms以下，问题得以解决。

4．用户的反馈

本系统已正常投产三个多月，目前系统运行非常稳定、可靠，技术指标完全达到了设计效果