德國進口HORIBA全系列H0510041005B

德國進口HORIBA全系列H0510041005B

械加工產(chǎn)業(yè)是我國重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，機床數(shù)量龐大，然而設備自動化水平相對較低，以傳統(tǒng)的普通機床為主，能耗高、生產(chǎn)效率低下，機床數(shù)控化率占比不高。直接影響著相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品種類、以及整體的經(jīng)濟效益。為提高企業(yè)生存與發(fā)展的質(zhì)量，加速產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，推動機床數(shù)顯改造勢在必行。

普通機床生產(chǎn)設備陳舊落后，由于絲杠、導軌、進刀手輪間隙大、磨損厲害，用這種設備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、精度低、成本高、供貨周期長等問題，已經(jīng)不能適合目前自動化行業(yè)高精度的需要。然而數(shù)控機床的成本相對較高，如果把普通機床改造為數(shù)控機床，是提高機床數(shù)控化率的捷徑和有效手段。普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床后，可以大大提高自動化程度和生產(chǎn)效率，提高原機床的加工精度，加工出普通機床難以加工的復雜工件，具有投資少、見效快等特點。

磁柵尺位移傳感器用于數(shù)顯改造位移測量部分，具有精度高、穩(wěn)定性好、防護性能好、抗干擾能力強、使用壽命長等優(yōu)勢，可實現(xiàn)數(shù)控機床的自動化/半自動化作業(yè)，大幅提高機械設備自動化水平。

磁柵尺位移傳感器輸出增量脈沖信號，方便與數(shù)顯裝置或者微機系統(tǒng)連接使用。實現(xiàn)系統(tǒng)集成化設計。傳感器結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用簡便。磁柵尺位移傳感器具有較高的IP防護等級，可適應工業(yè)化生產(chǎn)各種復雜的環(huán)境，受現(xiàn)場水、油、電、氣等因素影響較小，易于實現(xiàn)精密作業(yè)。

數(shù)顯改造裝置有以下優(yōu)點:

1、機床數(shù)顯改造總投資極少,與舊機床的殘值相適應

2、經(jīng)數(shù)顯改造機床具有其他附加功能,可根據(jù)需要選用

3、經(jīng)數(shù)顯改造機床操作簡便，作業(yè)人員易于掌握

4、設備加工零件的精度提高，設備的自動化水平和生產(chǎn)效率也大幅提高，降低作業(yè)人員的勞動強度，提高經(jīng)濟效益。

　隨著科學技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，設計人員只有預先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運行。

　　2.電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾是什么？

　　影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源于一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。

　　干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按聲音干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地面的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)（同方向）電壓送加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號兩極間得干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

　　3.PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源有哪些呢？

　　(1)來自空間的輻射干擾

　　空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑；一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應產(chǎn)生干擾；而是對PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

　　(2)來自系統(tǒng)外引線的干擾

　　主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重。

　　(3)來自電源的干擾

　　實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，筆者在某工程調(diào)試中遇到過，后更換隔離性能更高的PLC電源，問題才得到解決。

　　PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，入開關(guān)操作浪涌、大型電力設備起停、交直流轉(zhuǎn)動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路到電源邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，隔離是不可能的。

　　(4)來自信號線引入的干擾

　　與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

　?。?）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾

　　接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時，地線電流將更大。

　　此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存儲，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

　?。?）來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

　　主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路

　　互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設計的內(nèi)容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。
4．怎樣才能更好、更簡單解決PLC系統(tǒng)干擾？

　　1）選用隔離性能較好的設備、選用優(yōu)良的電源，動力線和信號線走線要更加合理等等，也能解決干擾，但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高。

　　2）利用信號隔離器這種產(chǎn)品解決干擾問題。只要在有干擾的地方，輸入端和輸出端中間加上這種產(chǎn)品，就可有效解決干擾問題。

　　5．為什么解決PLC系統(tǒng)干擾都選信號隔離器呢？

　　1）使用簡單方便、可靠，成本低廉。

　　2）可大量減輕設計人員、系統(tǒng)調(diào)試人員工作量，即使復雜的系統(tǒng)在普通的設計人員手里，也會變的非?？煽?。

　　6．信號隔離器工作原理是什么？

　　首先將PLC接收的信號，通過半導體器件調(diào)制變換，然后通過

　　光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進行解調(diào)變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間獨立。

　　7．信號隔離器功能是什么？

　　一：保護下級的控制回路。

　　二：消弱環(huán)境噪聲對測試電路的影響。

　　三：抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對設備的干擾；同時對下級設備具有限壓、額流的功能是變送器、儀表、變頻器、電磁閥PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實防護。標準系列導軌結(jié)構(gòu)，易于安裝，可有效的隔離：輸入、輸出和電源及大地之間的電位。能夠克服變頻器噪聲及各種高低頻脈動干擾。

　　8.現(xiàn)在市場有那么多品牌的隔離器，價格參差不齊，該怎么選擇呢？

　　隔離器位于二個系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時要使隔離器輸入輸出模式（電壓型、電流型、環(huán)路供電型等）適應前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強度﹑總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，例如：噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選。總之，適用、可靠、產(chǎn)品性價比是選擇隔離器的主要原則。

 在石油、化工等過程測量與自動化控制系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)潛在的爆炸性環(huán)境，在實踐應用中設計人員必須對系統(tǒng)中的現(xiàn)場設備及其相關(guān)設備采取相應的防爆措施。隨著電氣設備防爆技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，在范圍內(nèi)已廣泛接受的電氣設備防爆技術(shù)有：隔爆(Ex d)、增安(Ex e)、本質(zhì)安全(Ex i)、正壓(Ex p)、澆封(Ex m)和無火花(Ex n)型等。在眾多的防爆技術(shù)中，本質(zhì)安全(以下簡稱本安)防爆技術(shù)具有成本低、體積小、重量輕、允許在線測量和帶電維護等優(yōu)點，同時它也能用于0區(qū)危險場所。因此在低壓低功率電氣設備、儀器儀表等領(lǐng)域內(nèi)，它是防爆技術(shù)。然而由于本安防爆實質(zhì)上是系統(tǒng)防爆，其防爆性能不僅與關(guān)聯(lián)設備有關(guān)，而且也與相應設備有關(guān)。為此，本文就電氣防爆技術(shù)領(lǐng)域中的本安防爆技術(shù)及其系統(tǒng)進行概要介紹。

　　1 本安防爆系統(tǒng)概況

　　本安防爆系統(tǒng)由本安型現(xiàn)場設備、關(guān)聯(lián)設備及二者之間的連接電纜組成。
　　1．1現(xiàn)場設備
　　　　　　　　　　

　　現(xiàn)場設備主要分為簡單設備和非簡單設備。將既不會產(chǎn)生也不會存儲超過1．2V，0．1A，25mW和20μJ的電氣設備認定為簡單設備，主要包括簡單觸點、熱電偶、RTDs，LEDs和電阻性元件等；而非簡單設備則是指可能產(chǎn)生或存儲的能量超過上述數(shù)值的電氣設備，典型產(chǎn)品有變送器、電磁閥、轉(zhuǎn)換器、接近開關(guān)等。通常上認證這些設備時給出它們的整體參數(shù)：
　　Vmax——大允許電壓；
　　Imax——大允許電流；
　　Ci——內(nèi)部電容；
　　Li——內(nèi)部電感。
　　1．2關(guān)聯(lián)設備
　　關(guān)聯(lián)設備作為限能設備能有效地保護危險場所的現(xiàn)場設備，在正常工作條件下能使系統(tǒng)完好地工作，而在故障條件下能限制到達危險場所的電壓、電流。其主要參數(shù)包括：
　　Voc——開路電壓；
　　Isc——大短路電流；
　　Ca——大外部電容；
　　La——大外部電感。
　　在實踐應用中關(guān)聯(lián)設備主要是指安全柵，它又分為齊納式安全柵和隔離式安全柵。它們的特點如表1所列。
　　1．3連接電纜
　　由于關(guān)聯(lián)設備與現(xiàn)場設備間的連接電纜存在分布電容和分布電感，因此其儲能勢必對本安系統(tǒng)的防爆性能造成影響。在實踐中通常將電纜按集中參數(shù)處理，其參數(shù)主要包括：
　　Cc——本安系統(tǒng)大允許電容；
　　Lc——本安系統(tǒng)大允許電感。

　　2 本安系統(tǒng)安全性評定和關(guān)聯(lián)設備(安全柵)的選取

　　2．1本安系統(tǒng)安全性評定
　　目前，典型本安系統(tǒng)采用“回路認證(LmPAp-Proval)”即“系統(tǒng)認證(System Approval)”。這也是我國現(xiàn)行的本安防爆系統(tǒng)認證技術(shù)——聯(lián)合。這種組合一經(jīng)認定，其本安設備或關(guān)聯(lián)設備就不能用未經(jīng)檢驗機構(gòu)認證過的其他型號規(guī)格的設備替代。而上采用“參量認證”的方式，即對關(guān)聯(lián)設備與現(xiàn)場設備分別給出一組安全參數(shù)，并可由用戶自由地將不同生產(chǎn)廠商的電氣設備進行組合，從安全性角度出發(fā)只須滿足如下關(guān)系：
　　Vmax≥Vo Imax≥Isc
　　(Cc+Ci)≥Ca (Lc+Li)≥La2．2關(guān)聯(lián)設備的選取原則
本安防爆系統(tǒng)安全性的保障主要取決于關(guān)聯(lián)設備(安全柵)。下面以齊納式安全柵為例，簡要說明其選用原則，并結(jié)合應用較廣泛的變送器系統(tǒng)進行實例分析。
　　1)齊納式安全柵的選用原則
　　a)根據(jù)現(xiàn)場防爆要求，確定所需安全柵的防爆等級；
　　b)檢查控制室儀表可能存在或產(chǎn)生的電壓，確定安全柵允許電壓；
　　　　　

　　c)根據(jù)現(xiàn)場設備的信號、電源對地的極性，確定安全柵的極性；
　　d)考慮安全柵端電阻壓降的影響，確定系統(tǒng)能否正常工作；
　　e)共模電壓和漏電流的影響對信號響應的精度；
　　f)安全柵允許的分布參數(shù)是否合乎要求。
　　2)現(xiàn)場設備涉及的種類繁多，對不同的設備須在上述原則的基礎(chǔ)上再進一步深入考慮，表2列出了各類現(xiàn)場儀表配用安全柵的大致情況。
　　3)變送器本安系統(tǒng)安全柵選用實例(圖2)
　　由變送器構(gòu)成的防爆系統(tǒng)在選取關(guān)聯(lián)設備(安全柵)時，應該從電路工作性能(特別是20mA信號時)和安全性能兩個角度出發(fā)。而在選用齊納式安全柵之前必須知道變送器的低工作電壓及二次儀表的供電電壓大小(一般為24V)，然后選用一個內(nèi)阻合適的安全柵以保證變送器能正常工作。
　　　　　　　　　　

　　a)安全柵內(nèi)部電阻及i(端電阻)的選用：若Ri值較大，其在20mA信號附近可能由于壓降太大而使系統(tǒng)無法正常工作；但若及i值較小，則安全柵Isc較大可能使Isc≥Imax從而不滿足安全性能。因此選擇確切的Ri值必須通過計算其允許的壓降來實現(xiàn)。
　　b)提高系統(tǒng)的性能：從圖2可以看出，僅有轉(zhuǎn)換電阻Rc(2500)和安全柵端電阻Ri可以減小，以提高變送器的工作電壓，若Rc減小到100Ω，則4-20mA信號將變?yōu)?．4-2．0V，而這對DCS的安裝和應用提出了新的要求，顯然是一種不切實際的方案。
　　　　　　　　　

　　因此方案是選用低內(nèi)阻的安全柵。而對一般危險場所選用HB產(chǎn)品能滿足要求就盡量采用HB產(chǎn)品。表3列出了ⅡB與ⅡC產(chǎn)品各項參數(shù)的比較。顯然，ⅡB比ⅡC產(chǎn)品有小得多的內(nèi)部電阻Ri，即相應它上面的壓降很小，但同時卻有相當高的Isc。

　　3 本安系統(tǒng)的安裝與維護

　　本安防爆系統(tǒng)設備的選用與參數(shù)的*匹配，僅僅是從理論上實現(xiàn)了本安系統(tǒng)的構(gòu)想。而實踐中系統(tǒng)的安裝和維護是至關(guān)重要的。首先，必須對本安電路接線加以識別(如用淡藍色端子和線路)并且與其他電路相隔離。其敷設可采用單獨的安裝管道或者在同一管道中本安與非本安線路用絕緣擋板隔開。此外，本安防爆系統(tǒng)是否可靠合理地接地，對系統(tǒng)安全性的影響也極為重大。接地原則為單點接地，圖3示出了正確接地的方法。
　　1)本安系統(tǒng)接地必須滿足如下要求：
　　a)安全柵接地電阻必須小于1Ω；
　　b)接地導線截面積不小于4nW2(銅芯)或6mm2(鋼芯)；
　　　　　　

　　c)所有接地必須牢固可靠，并利于例行檢查；
　　d)為提高接地可靠性應采用冗余設計，即在同一接地極上用雙根導線并聯(lián)接地。 
　　2)若本安電路系統(tǒng)在安裝完好并供電之后依然不能工作，則應從以下幾方面人手尋找解決問題的根源。
　　a)確認線路連接可靠；
　　b)檢查電路是否正常供電；
　　c)檢查安全柵的熔絲。
　　當上述假定故障不存在時，應判斷安全柵的熔絲是否被熔斷。對熔絲已燒斷的安全柵只能進行整體更換，但必須遵守以下順序：斷開非本安端接線、斷開本安端接線’斷開接地線、處理裸露接線→取下安全柵并更換掉，隨后按相反順序接線。