1 引言
1.1什么是熔融法制样
　　X荧光光谱仪是矿物成份分析化学领域重要的分析研究工具。 X荧光光谱仪根据制得的物质样片来实现荧光光谱成份分析。因此样片制备成为分析的基础。熔融法制样（fusion）是用来描述将分析物溶解在融化的助溶剂中以便形成更容易分析的化合物的通用技术名词。
　　由于大多数熔融过程所产生的化合物都可以在选定的某一种溶剂中溶解。因此熔样设备成为熔融法制样片设备中佳选择，是世界上快的熔融法制样设备,能达到X荧光光谱仪分析的被测矿样片无气泡,样品平整、光洁、一致性、重现性好的要求。
　　高频感应电加热熔样设备的具有有环保、节能、安全、工件表面光滑、无氧化层等多方面优势。与过去的真空管高频设备相比电源效率高，降低生产成本，节能、节水40-50%，与可控硅中频炉相比节能10-30%。

1.2高频熔样设备应用范围
（1）矿业：矿石、精矿、粉尘、金属氧化膜、炉 渣等。
（2）窑业：水泥、石灰石、白云石、玻璃、石英、粘土、耐火材料等。
（3）钢铁工业：铁矿石、煤、转炉、高炉、电炉渣等。
（4）有色工业：氧化铝、铝土矿、铜矿等。
（5）化学工业：催化剂、聚合物等。
（6）地质土壤：岩石、土壤。

2 系统设计
2.1 方案分析
　　原来的系统采用单片机实现自动控制，由于单片机控制系统的调试特别是修改程序困难，使得设备运行故障率高维护便。随着自动化技术的飞速发展,可编程序控制器与人机界面等现代自动化技术已非常成熟，新型自动化技术具有编程灵活，调试方便，抗干扰能力强，后期服务产业化等特点，用可编程序控制器取代原来的单片机控制已大势所趋。因此提出自动化系统集成解决方案对熔融法制样设备的自动化进行升级换代，用更可靠的系统来代替原有的系统，以提高产品的灵活性、稳定性和可靠性，降低产品的维护成本。
2.2 系统配置
　　由于考虑到产品的高性价比和对温度进行模糊控制的功能需要，高频熔样设备电器控制全部选用台达的机电产品，配置如下：
　　（1）PLC:DVP32EH00R。32点（16点输入+16点输出）PLC主机，16KSteps的程序内存，具有定位脉冲输出、数据运算、万年历、PID控制、PTC温度模糊控制等功能。
　　(2) PLC扩展单元：DVP06XA-H。4点输入+2点模拟量输出扩展模块。
　　(3) 触摸屏人机界面DOP-A57CSTD（5.7寸256色LCD显示）。
2.3 工作原理及功能实现
　　高频熔样设备的工作原理：感应加热是由感应加热设备输出高频电流，通过感应圈产生交变磁场，它能贯穿放在感应圈中的工件而形成涡流，并使工件迅速加热。感应加热系统由高频电源(高频发生器)、导线、变压器、感应器组成。其工作步骤是：
　　（1）由高频电源把普通电源( 220v/50hz)变成高压高频低电流输出。
　　（2）通过变压器把高压、高频低电流变成低压高频大电流。
　　（3）感应器通过低压高频大电流后在感应器周围形成较强的高频磁场。一般电流越
大.磁场强度越高。
　　矿物的加热温度由触摸屏上进行设定，矿物的实际温度由红外线检测仪进行非接触式检测，经过可编程序控制器内的温度模糊控制运算，输出信号给感应加热系统，达到温度稳定控制。设备外形结构如图1所示。

图1 外形结构

2.4 台达PLC的温度模糊控制
　　本智能高频制样设备，自动化程度高，能自动完成整个熔化、成型过程：加热熔化→熔样设备采用触摸屏和可编程控制器控制系统，PID调节控温，可存储10多种制样摆动→成型→完成工艺，用户完成设定后，只需轻轻一按即可完成全过程。在熔化室内设计有抽风系统，能将熔化过程中产生的有害气体自动吸走，以保护工作者的身体健康；成型带风冷系统，加快熔化物冷却成型 。控制框图如图2所示。

图2控制框图

应用台达PLC的温度模糊控制功能指令：

参数定义参见表1。
表1 台达PLC的温度模糊控制参数

　　（1）S1：目标值(SV)。S1 范围限制为1~5,000，其表示数值为0.1°~500°，小单位为0.1, 若 S3 +1指定为K0，则其表示为0.1℃~500℃。
　　（2）S2：当前测量值(PV)。S2 范围限制为1~5,000，其表示数值为0.1°~500°，小单位为0.1°，若 S3 +1，指定bit0=0，则其表示为0.1℃~500℃；因此使用者由温度传感器得到模拟转数字的数值时，须自行搭配四则运算指令转换为1~5,000 之间的数值。
　　（3）S3：取样时间的设置。
　　（4）D：输出值(MV)。D 显示范围为0~(取样时间*100)的数值。
2.5 高频感应加热设备抗干扰设计
　　由于熔样设备会产生高频磁场，会对周围的电器设备产生电磁干扰，作为PLC的信号线和人机界面的通讯线容易受到干扰，所以，必须作好抗干扰措施。
　　(1)静电耦合干扰：指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电势。
措施：加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上时，干扰程度就不大明显。在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。
　　(2)静电感应干扰：指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。措施：一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。
　　(3)电波干扰：指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。措施：将感应电源放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱要接地。尽量缩短人机到PLC通讯线的长度，用屏蔽线进行抗干扰。
　　(4)电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。措施：感应电源的控制电源由另外系统供电；在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地

西门子模块6ES7212-1AF40-0XB0详细说明

：PLC 人机界面 温控器 RS485通讯
1 引言
中空纤维是一种特殊化学材料，主要用于服装材料加工和制造。含有中空纤维成分的纺织材料具有质地柔软，透气性好，结实耐用等优点，被广大纺织轻工业普遍采用。本文介绍的生产线专门用于生产中空纤维这，其电气控制系统完全采用台达机电产品集成，以单一自动化技术平台实现化纤工艺和技术生产要求。
2 工艺自动化系统
2.1 工艺流程
原料甲和原料乙以某种比例配比方式混合后输送出去，经过齿轮泵搅拌均匀后送往凝胶槽挂胶上料，再经过水洗槽水洗，由牵丝轮带动中空纤维进入绕丝槽处理，后由绕丝轮将中空纤维成品卷绕成型。生产线系统主要由配料罐甲、配料罐乙、齿轮泵、凝胶槽、水洗槽、牵丝轮、绕丝槽、绕丝轮等部件构成，如图1所示。
2.2 控制内容
齿轮泵速度和齿轮泵、配料罐甲、配料罐乙、凝胶槽、水洗槽、绕丝轮温度控制。需要电气控制系统控制齿轮泵旋转速度，从而达到控制出料量和出料速度，在工艺要求的温度下原料分别经过齿轮泵、凝胶槽、水洗槽、绕丝槽、绕丝轮等溶液处理，系统要求根据不同规格产品设定并控制齿轮泵，配料罐甲、配料罐乙、凝胶槽、水洗槽、绕丝轮内溶液温度，同时要求显示牵丝轮和绕丝轮的旋转速度，系统能够根据需要随时存储工艺参数。


3 自动化系统设计
3.1控制系统原理
制系统原理如图2所示。利用台达人机界面丰富的通讯口功能，可以提供给用户3个COM接口，方便与外围工控设备通讯联机。COM1：RS232通讯方式与下位PLC连接，进行生产线工艺参数设置和读取；COM2：RS485通讯方式与一台变频器连接，可以进行变频器给定频率设定，显示输出频率、输出电压、输出电流、报警信息以及大致原因等参数，同时可以通过人机界面通讯控制起动、停止变频器；COM3：RS485通讯方式与6台温控器连接，可以显示温度设定值、当前值，还可以通过通讯设定这6台温控器通讯站号、PID参数等内容值。
台达机电产品通讯协议符合标准的MODBUS通讯协议，使得台达机电产品整合应用时通讯连接方便、稳定。人机界面COM2、COM3通讯口均支持RS485通讯方式，该方案应用COM2口与变频器VFD002S21A相连，人机界面直接读取变频器内部参数；应用COM3口直接连接6台DTC系列温控器，实时读取相应槽位SV、PV值，采用PID温度控制方式达到准确控温效果，可以通过人机界面分别设置P、I、D相关参数以及实现通讯协议自动同步功能。


图2 控制系统原理
3.2系统配置与通讯
（1）配置。控制系统方案配置如表2所示。表2列出的配件是生产线控制系统主要元器件，此外还包括低压电器（低压断路器、继电器、按钮、指示灯等）、检测传感器（K型热电偶、PT100热电阻、接近开关等）元器件，此处不予赘述。

表2 系统配置


（2）通讯。巧用人机界面提供的宏指令功能可以达到事半功倍的效果，上面的程序就是一个应用例子，将PLC程序运算的数据结果赋给变频器作为给定频率，实际上可以编辑更多的宏指令代替PLC程序，可以灵活的实现数学运算和流程控制，但是要结合人机界面画面程序注意考虑程序容量和执行效率。为了确保通讯畅通，必须将人机模组参数项通讯口通讯协议、通讯格式分别和变频器、温控器相应参数设置一致，本例中COM2和COM3通讯格式均为：RS485，19200，7，E，1。
人机界面CLOCK Macro宏指令介绍：
SELECTCOM（1） ；选择通讯口；
（2#1@INVERTER-2001） = （1@D514） ；赋值语句；
END
3.3 转速控制
系统转速控制由PLC控制变频器实现。DVP12SC型号PLC具有8DI、4DO，具有高速计数和高速脉冲输出功能，本项目采用输入点X1、X10、X11分别采集三路旋转编码器脉冲信号，对应PLC内部高速计数器软元件分别是C236、C243、C245，分别对应齿轮泵、牵丝轮、绕丝轮速度，前者齿轮泵速度要求**控制，调试时较有难度，后二者速度只要求实时显示，不要求**控制。由于变频器低频运转时电机速度较慢，所以利用60ms定时中断程序采集编码器脉冲差值波动较大，测速不准确，只能改变软件算法，程序通过特殊辅助继电器M1012和M1013组合应用完成速度检测，M1013是1S时钟脉冲，M1012是100ms时钟脉冲，具体做法就是，采用M1013采集各路编码器1S内积累的脉冲数量，再利用M1012时钟脉冲进行脉冲数量平均值计算，得到趋于合理、稳定的脉冲数量值，再经过程序处理转换为旋转速度，实际证明这种方法还是能够满足客户要求的，效果良好。
3.4 人机界面设计
台达人机界面新版软件提供“拮取画面”功能按钮，可以将人机某个画面以后缀名为JPG的文件格式存储在USB存储盘中，方便地将工业现场工艺参数报表存储和打印出来。系统工艺参数存储画面如图3所示。按下图3“存储”按钮后，该画面就以JPG文件格式存储在U盘中，文件名以日期＋画面序号命名，如果U盘未插在人机背面，会显示未找到存储盘报警。


图3 系统工艺参数存储画面
4 结束语
中空纤维生产线项目结合台达机电HMI、PLC、变频器、温控器、编码器等机电产品，为客户开发了一套稳定可靠的系统，该生产线自投产以来运行正常，不但能够满足现场工艺要求，而且更提高了设备稳定性和生产产品质量和工作效率，证明中达电通是客户的合作伙伴。