YP系列墙地砖液压自动压砖机PLC的抗干扰分析

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摘要:文章分析了yp系列墙地砖液压自动压砖机电气控制系统plc的电磁抗干扰问题,以YP4000型压机为例,列举了具体可供参考的抗干扰措施。

关键词:液压自动压砖机;PLC;YP4000压机

1引 言

陶瓷液压自动压砖机是集机械、电气、液压、气动技术和陶瓷工艺技术于一体的专用设备,也是陶瓷墙地砖生产线上最关键的装备。说它关键,主要是由于它既联接着原料加工,又关系到后面的砖坯干燥烧成,若压砖机出现故障,可影响到整条生产线的正常运转。

YP4000型墙地砖液压自动压砖机(以下称压机)所采用的电气控制系统为西门子S7-300系列可编程控制器(PLC)。由于建筑陶瓷生产工况恶劣,压机的工作环境多处在各种强电设备所形成的强电磁环境中,所以压机控制系统具备可靠性、稳定性和良好的抗干扰能力就显的尤其重要。压机的控制系统――西门子S7-300系列PLC是专门为工业生产环境而设计的控制器,在产品设计和制造过程中就采用了多重抗干扰措施,故具有较强的适应恶劣工业环境的能力,以及良好的运行稳定性和较高的可靠性,因此一般不需要采取特殊措施,就可以直接在陶瓷墙地砖生产环境中使用,但是由于它直接和现场的包括布料系统在内的各种I/O设备相连,外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入,从而引起控制系统的误动作,所以有必要提高系统的抗干扰能力。

2PLC可能受到的干扰分析

PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在陶瓷墙地砖实际生产环境内,外部干扰是不定的,与PLC控制系统结构无关,且外部干扰源是无法消除的,只能针对具体情况加以限制;内部干扰与控制系统结构有关,主要通过系统内交流供电电路,直流模拟量输入信号等引起,对此可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰以及防止外部干扰。

2.1 PLC控制系统的安装和使用环境

PLC是专为工业控制领域设计的,一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在陶瓷墙地砖生产环境中使用。但是因陶瓷墙地砖生产环境恶劣,如果控制系统安装使用不当,会降低系统的可靠性。PLC使用环境温度通常在0～55℃范围内(如外部环境温度很高,应该在控制系统附近安装冷气设备),应避免太阳光直射,安装位置应远离发热量大的器件,同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%,以保证PLC有良好的绝缘。并且压机工作场合通常有大量腐蚀性的原料粉尘,特别是微粉原料,因为其工艺颗粒很小,更容易漂浮在压机的工作环境中,故需将PLC封闭安装。

2.2 PLC的电源与接地

PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常,只要将PLC的电源与压机的动力设备电源分开配线,对于电源线的干扰,一般都有足够强的抑制能力。但是,压机工作中与包括布料设备在内的多种设备有I/O连接,而这些设备所用的变频器少则3、5个,多则数十个。这些设备工作时,所产生的电磁干扰对压机影响很大,特别是对位移控制、压力控制的影响更大。此时电源干扰特别严重,可加接中间继电器以减少设备与地之间的干扰,提高系统的可靠性。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰,应给PLC接专用地线,并且接地点要与其它设备分开,与其他设备间采用并联接地方式,避免把各设备间产生的电位差引入PLC控制系统。此外,接地线要足够粗,接地电阻要小,接地点应尽可能靠近PLC 。

接地的目的有两个,一是为了安全,二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗干扰的重要措施之一。这里的接地是指决定系统电位的地,而不是信号系统归路的接地。交流地线是PLC控制系统供电所必需的,它通过变压器构成供电回路。这条回路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰源。因此交流地线、直流地线、模拟信号地线和数字信号地线等必须分开。数字信号地和模拟信号地的共点地最好置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小,尽量加粗地线,有条件可采用环形地线。系统地端子是抗干扰的中性端子,通常不需要接地,可是,当电磁干扰比较严重时,这个端子需与接大地的端子连接。

2.3 PLC的输入、输出设备

输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口,其元器件质量、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。以开关量输入/输出为例,输入方面,按钮、行程开关的触点接触要保持良好状态,接线要牢固可靠;输出方面,PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式,晶闸管输出只能用于交流负载,晶体管输出只能用于直流负载。此外,PLC的输出端子带负载能力是有限的,如果超过了规定的最大限值,必须外接继电器或接触器,才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量,是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。这方面可以通过选用高质量的元器件来提高可靠性。为了防止或减少外部配线的干扰,交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应分别使用各自的电缆;对于集成电路或晶体管设备的输入、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。

3YP4000型墙地砖液压自动压砖机PLC抗干扰的几点措施

YP4000型墙地砖液压自动压砖机作为恒力泰机王,是YP系列墙地砖液压自动压砖机中的典型代表,以YP4000型墙地砖液压自动压砖机的电气系统为例,列举以下几点压机PLC抗干扰的具体操作措施。

(1) 严格执行关于压机各部分设备的接地规定。压机分为主体、动力柜、控制柜三大部分。要求主体的地基网络必须与工厂电网的地网分开,独立接地。控制柜同样单独接地,接地扁钢深入地下不少于2m。控制柜内不同电压等级的线缆(DC24V、AC220V), 应该分开走线,即在柜内分左右线槽走线。

(2) 模拟量输入/输出信号线,应该独立用屏蔽线缆走线。对于各模拟量信号线剥离屏蔽层后的电线应尽可能短,并且剥离后的屏蔽层与信号线间应反向走线并良好接地,以防止屏蔽层内的干扰信号对模拟信号产生二次干扰。

(3) 电柜内的走线应该尽可能短,端子排和柜外元件的连线也应该尽可能短,特别应该避免信号线的正极线和零伏线之间的包围面积过大,形成类似天线的接法,两线之间的包围面积越大,所造成的干扰就越大。

(4) 柜内PLC安装底板单独用较粗线缆(大于2.5m2)连接至柜内接地扁钢,柜内各部件的接地应使用单独线缆采用并联方式连接至接地扁钢;并且柜内各种元件安装时应该确保金属可靠连接,清除金属表面的涂料。主要是安装背板的油漆,如图1。最好能采用整块的镀锌板材作为安装背板,以最大限度地降低柜内各元件间的电位差。

(5) 和变频器相连的信号电缆,都应该使用屏蔽电缆;或者使用中间继电器分隔开PLC和变频器,如图2所示。

(6) 确保通入各用电元件的24V直流电源达到或接近24V,动力柜通入控制柜的24V电源和PLC电源模块的输出24V电源应该保持0V线短接。

(7) 最后要求相关调试人员在完成接线或调试后,确保所接线缆和端子排上的所有线缆都牢靠连接。

4结束语

在建筑陶瓷生产工艺和技术日新月异的今天,液压自动压砖机在陶瓷墙地砖生产线上的地位越来越重要,保证液压自动压砖机良好的运行可靠性、重复性、调控性、耐久性显得尤其重要。 液压自动压砖机PLC控制系统的抗干扰是一个十分复杂的问题,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,对症下药。通过提高液压自动压砖机控制系统的抗干扰能力,可极大提高压机的运行稳定性、运动控制和输出压力的精确性,保证压机产能的良好输出,提高生产效率。

参考文献

[1] EMC Guide Line.西门子培训教程.

[2] 西门子.S7-300可编程控制器硬件和安装手册.2003.

[3] 韦峰山,冯瑞阳,彭沪新.力泰YP系列陶瓷液压自动压砖机

性能及创新特点[J].陶瓷.2006.

[4] 瑞平.PLC抗干扰及解决方法.中国工控网,工控论坛,PLC论坛.