防干擾計(jì)量信息采集電路在混凝土平衡塊制造中的應(yīng)用

衛(wèi)書滿

(葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司，四川 成都 610091)

1 信息干擾問題的提出

三峽工程升船機(jī)混凝土平衡塊采用高容重鐵鋼砂混凝土澆筑而成，骨料為鐵礦砂，主要由水泥、鐵礦石、鐵礦砂、水按照一定配比調(diào)配制成，容重為3.0 t/m3，混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于 C40，單塊約59.18t，每個(gè)混凝土平衡塊的質(zhì)量偏差不得超過設(shè)計(jì)值的±1%。在項(xiàng)目施工過程中，需要設(shè)計(jì)研究出平衡塊制造計(jì)量信息采集自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過配料計(jì)量實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)來控制平衡塊下料量，實(shí)現(xiàn)下料預(yù)控及稱重配料動(dòng)態(tài)控制和平衡塊制造設(shè)備的智能控制，在平衡塊的澆筑過程中能準(zhǔn)確、有效地計(jì)算骨料、水泥、水、添加劑的下料量，防止配料質(zhì)量出現(xiàn)偏差，解決人工測試記錄需耗費(fèi)大量人工、信息反應(yīng)慢且精度不高的問題。

由于平衡塊制造現(xiàn)場有多臺(tái)電機(jī)及其他電磁設(shè)備，在現(xiàn)場產(chǎn)生了許多電磁干擾信號(hào)，這些電磁干擾信號(hào)使配料精度計(jì)量很難達(dá)到施工要求，使計(jì)量信息采集自動(dòng)控制系統(tǒng)在初始安裝調(diào)試過程中，總是遇到配料質(zhì)量傳感信號(hào)被嚴(yán)重干擾，可編程控制器(PLC)和人機(jī)界面無法正確識(shí)別被控信號(hào)的問題。同時(shí)，在使用PLC的模擬量輸入模塊采集信號(hào)時(shí)，可能因?yàn)楦綦x的傳感器電源與模塊電源相互影響，使之接收到一個(gè)變動(dòng)很大的不穩(wěn)定共模電壓而影響模擬量輸入值的穩(wěn)定;如果模擬量輸入模塊的接線太長或絕緣不好也會(huì)影響模擬量輸入值的精度。在要求平衡塊產(chǎn)品配料比例達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，質(zhì)量滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)功能的情況下，需設(shè)計(jì)出一種防干擾的平衡塊制造計(jì)量信息采集電路。

2 防止信息干擾電路的確定

通過一段時(shí)間的探索和試驗(yàn)，設(shè)計(jì)出了一種防干擾的計(jì)量信息采集電路。該電路包括PLC擴(kuò)展的模擬量信號(hào)模塊、模擬量輸入信號(hào)濾波器及計(jì)量傳感器等器件。模擬量信號(hào)模塊和PLC之間通過現(xiàn)場總線接口電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，模擬量信號(hào)模塊和計(jì)量傳感器之間通過通信電纜連接，模擬量輸入信號(hào)濾波器防止計(jì)量共模干擾信號(hào)和平衡塊電機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)，保證平衡塊制造計(jì)量信號(hào)的準(zhǔn)確傳遞。該電路簡化了信號(hào)傳遞方式，能在出現(xiàn)計(jì)量共模干擾信號(hào)和平衡塊電機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)時(shí)避免計(jì)量信號(hào)誤差，可準(zhǔn)確有效地反映平衡塊骨料、水泥、水、添加劑的計(jì)量信號(hào)，防止配料質(zhì)量出現(xiàn)偏差，測量精度高且反饋迅速，保證了平衡塊制造精度，并達(dá)到了質(zhì)量控制指標(biāo)。

現(xiàn)場設(shè)備PLC的模擬信號(hào)控制模塊由計(jì)量信號(hào)變量值的模糊化控制和控制量運(yùn)算，使用模擬信號(hào)控制模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例/積分/微分控制;為防止出現(xiàn)計(jì)量共模干擾信號(hào)和工地現(xiàn)場各種電機(jī)電磁設(shè)備對計(jì)量傳感信號(hào)的干擾，PLC的模擬信號(hào)控制模塊通過模擬量輸入信號(hào)濾波器和計(jì)量傳感器的信號(hào)部分連接，通過從現(xiàn)場采集的模擬信號(hào)流量或壓力輸入到計(jì)量傳感器中，產(chǎn)生的控制量輸入到模擬量輸入信號(hào)濾波器，經(jīng)信號(hào)濾波后輸入到模擬信號(hào)控制模塊，根據(jù)輸入到模擬信號(hào)控制模塊的控制量，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)量控制。

防止干擾的平衡塊制造計(jì)量信息采集電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 防干擾平衡塊制造計(jì)量信息采集電路結(jié)構(gòu)框圖

3 防止信息干擾技術(shù)方案的實(shí)施

在該電路中，模擬量信號(hào)模塊和PLC之間通過現(xiàn)場總線接口電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，模擬量信號(hào)模塊和計(jì)量傳感器之間通過通信電纜連接，模擬量輸入信號(hào)濾波器防止計(jì)量共模干擾信號(hào)和平衡塊電機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)，保證平衡塊制造計(jì)量信號(hào)的準(zhǔn)確傳遞。防止信息干擾電路的具體實(shí)施方案如下。

(1)擴(kuò)展的模擬量輸入模塊EM235可以通過撥碼開關(guān)設(shè)置出不同的測量方法。開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個(gè)模擬量輸入模塊，1個(gè)模塊只能設(shè)置為1種測量范圍，而且開關(guān)設(shè)置后只有在重新上電后才能生效。

(2)為避免現(xiàn)場的共模電壓影響，將模擬量輸入模塊EM235的M端與所有信號(hào)的負(fù)端連接，未連接傳感器的通道全部進(jìn)行了短接。由于模擬量輸入模塊EM235內(nèi)部沒有隔離，共模電壓不會(huì)大于12 V。

(3)使用模擬量輸入濾波器的途徑有:在Micro/Win中進(jìn)入“View ＞System block＞Tab:Analog Input Filters”。

(4)選擇模擬量輸入濾波時(shí)，選擇“Number of samples”和“Deadband”?！癗umber of samples”區(qū)域包含了由幾個(gè)采樣值平均值計(jì)算得出的值。當(dāng)N與“Number of samples”相等時(shí)計(jì)算出該值。而死區(qū)(Deadband)定義了允許偏離于平均值的最大值。

(5)如果沒有精確的信號(hào)源，模擬量輸入模塊不要在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整。但如果偏置(OFFSET)和增益(GAIN)電位器已被重新調(diào)整過，則在有精確的信號(hào)源時(shí)需要對模擬量輸入模塊在現(xiàn)場使用前進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。其校準(zhǔn)步驟如下:

1)切斷模塊電源，根據(jù)輸入類型選擇好撥碼開關(guān)(DIP)，選擇出需要的輸入范圍;

2)接通CPU和模塊電源，使模塊穩(wěn)定15 min;

3)用1個(gè)校準(zhǔn)源的變送器，1個(gè)電壓源或1個(gè)電流源，輸入零值信號(hào)到1個(gè)輸入端;

4)讀取適當(dāng)?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測量值;

5)調(diào)節(jié)OFFSET電位器，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)據(jù)(注意，采用EM231將沒有OFFSET調(diào)節(jié)功能);

6)用校準(zhǔn)源輸入滿刻度值信號(hào)到輸入端子中的1個(gè)接口，并讀出送到CPU的值;

7)調(diào)節(jié)GAIN電位器，直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)據(jù)為止;

8)必要時(shí)在現(xiàn)場重復(fù)上述偏置和增益校準(zhǔn)過程。

4 防止信息干擾電路的質(zhì)量控制措施

在現(xiàn)場計(jì)量信息采集電路的調(diào)試過程中，需要采取一些防止信息干擾電路的質(zhì)量控制措施。比如使用防止干擾的平衡塊制造計(jì)量信息采集電路時(shí)要注意良好的接地。信息傳遞介質(zhì)需要使用屏蔽雙絞線，信息傳遞線路要盡可能短，而不能超過規(guī)定信息傳遞長度;現(xiàn)場接線盡量使用原裝電纜和接頭，接頭需要按規(guī)范進(jìn)行制作;屏蔽層更要規(guī)范接地，CPU或模塊的PE端也要接地，否則屏蔽層相當(dāng)于沒用;如果在等電位不能保證的情況下，屏蔽層需要在信號(hào)源端單端接地;還要避免將導(dǎo)線彎成銳角，并短接未用通道;信息傳遞信號(hào)必須按信號(hào)的類型正確接線:為了抑制共模干擾，模擬量輸入信號(hào)的負(fù)端要連接到模塊電源輸入的M端子上。

現(xiàn)場施工時(shí)，通信電纜一定要遠(yuǎn)離動(dòng)力電纜，也要盡量避免二者平行走線，當(dāng)平行布線時(shí)，通信電纜需穿管敷設(shè);同時(shí)，采取措施保持通信端口之間的共模電壓差在一定范圍內(nèi)。對于非隔離的通信口(如CPU上的通信口)，保證它們之間等電位非常重要。在S7－200 CPU聯(lián)網(wǎng)時(shí)，可以將所有CPU模塊傳感器電源輸出的L+/M中的M端子用導(dǎo)線串接起來，在S7－200CPU與現(xiàn)場變頻器通信時(shí)，需要將所有變頻器通信端口的 M(如果是西門子 MM4系列，就是#2端子)連接起來，并與CPU上的傳感器電源M連接。

在采取了這些防止信息干擾電路的質(zhì)量控制措施后，再注意現(xiàn)場的一些具體情況，就可從根本上防止配料計(jì)量出現(xiàn)偏差，及時(shí)調(diào)整混凝土進(jìn)料量，保證混凝土制造精度和質(zhì)量。2012年年底，三峽升船機(jī)工程采用該方法順利完成了全部192塊混凝土平衡塊制造，全部產(chǎn)品進(jìn)行了稱重檢測，合格率100%，說明該防止干擾的平衡塊制造計(jì)量信息采集電路可靠性較高。

［1］王霞，楊打生，蔣安蒙.電氣控制與PLC應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2011.