提高電子元器件使用可靠性的措施研究

印曉紅

摘要：電子元器件是一類精密零件，其在運(yùn)行系統(tǒng)中起到重要的作用。電子元器件在整機(jī)運(yùn)行中能夠提供有效的控制，體現(xiàn)器件使用的優(yōu)勢。為了保障電子元器件的使用效率，需要提高其使用的可靠性，因此，文章重點(diǎn)研究提高電子元器件使用可靠性的措施。

關(guān)鍵詞：電子元器件；可靠性；精密零件；整機(jī)運(yùn)行；運(yùn)行負(fù)荷 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TN306 文章編號：1009-2374（2016）11-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.011

1 概述

西門子S7-1500是一款中高端PLC控制器，是專門為中高端設(shè)備和工廠自動化設(shè)計(jì)服務(wù)的新一代PLC控制器。該控制器具有運(yùn)動控制、工業(yè)信息安全和故障安全等功能。S7-1500具有下述優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，性能大幅提升，功能強(qiáng)大，有可供用戶使用的充足的存儲器空間，S7定時(shí)器、計(jì)數(shù)器分別有2048個(gè)。運(yùn)動控制功能強(qiáng)大，最多支持20個(gè)速度控制軸、定位軸和外部編碼器，具有高速計(jì)數(shù)和測量功能。S7-1500還可以采用PROFINET通信，可以保證確定的快速反應(yīng)時(shí)間和高精度的系統(tǒng)響應(yīng)，最短循環(huán)時(shí)間可達(dá)到250us。

PROFINET通信方式是開放的標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn)，它是基于工業(yè)以太網(wǎng)的通信方式。IO控制器最多可以連接256個(gè)設(shè)備，對于整個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是沒有限制的。而且IO控制器間可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的PROFINET CBA通信，最小刷新時(shí)間為1ms。由于其開放性可以同時(shí)應(yīng)用IT等服務(wù)，包括Web、Email等，并且可以同時(shí)傳輸文本、語音和視頻等數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)安裝非常簡單，連接到交換機(jī)即可，這與辦公室的局域網(wǎng)絡(luò)一樣增加和減少設(shè)備十分簡單方便?？梢詿o縫集成已有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，例如PROFIBUS、Asi、Interbus等。PROFINET同時(shí)支持故障安全系統(tǒng)，通過ProfiSafe行規(guī)進(jìn)行安全節(jié)點(diǎn)間的通信。

PROFINET最突出的特點(diǎn)是它的實(shí)時(shí)性，傳統(tǒng)的PROFIBUS通信方式也可以實(shí)現(xiàn)上述的基本功能，不過在實(shí)時(shí)性要求較高的場合特別是在運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，其高速的響應(yīng)性能與PROFINET通信方式是無法相比的，無法像PROFINET一樣實(shí)現(xiàn)最小實(shí)時(shí)周期為250us的精度。

PROFINET另外一個(gè)突出的主要特點(diǎn)是以太網(wǎng)通信，借用以太網(wǎng)可以同時(shí)傳輸TCP或IP數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)、文本、語音、圖像等數(shù)據(jù)，這是PROFIBUS所無法可比擬的。PROFIBUS的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在設(shè)備增加方面，局限比較多。而PROFINET使用以太網(wǎng)的連接通信方式，加入交換機(jī)，插入網(wǎng)線即可連接成功。這與局域網(wǎng)相似，需要增加設(shè)備的時(shí)候，只需要連接到交換機(jī)的端口即可。PROFINET通信方式和PROFIBUS通信方式主要不同還在于通信速度的不同，PROFINET通信方式的通信速度要快得多，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捵畲鬄?00Mbps，而PROFIBUS的通信方式的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捵畲鬄?2Mbps。并且數(shù)據(jù)傳輸方式也不同，PROFINET通信方式為全雙工，而PROFIBUS通信方式是半雙工。

本文設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速系統(tǒng)采用PROFINET通信方式，西門子S7-1500通過PROFINET控制G120變頻器調(diào)節(jié)速度，也就是通過網(wǎng)絡(luò)控制變頻器調(diào)速，通過設(shè)置相應(yīng)的控制字設(shè)定變頻器的工作狀態(tài)，然后通過網(wǎng)絡(luò)將電機(jī)速度傳給變頻器，從而實(shí)現(xiàn)變頻器控制電機(jī)調(diào)速的功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件組態(tài)

系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，硬件組態(tài)如圖1所示。組態(tài)硬件包括S7-1500、變頻器G120、觸屏TP700和交換機(jī)X-208。系統(tǒng)通過組網(wǎng)PN/IE_2連接起來，通過網(wǎng)絡(luò)2完成各硬件的通信過程。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的觸屏采用精致面板TP700?？刂破鱌LC通過中間M存儲單元建立其與觸屏的連接，當(dāng)觸屏I/O域輸入設(shè)定速度時(shí)，控制器s7-1500會通過中間繼電器M，采集到觸屏設(shè)置的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速經(jīng)過程序運(yùn)算，接著通過與變頻器的通信端口將轉(zhuǎn)速輸出給變頻器。變頻器與控制器s7-1500的通信端口，在完成硬件組態(tài)時(shí)，會自動生成數(shù)據(jù)交換端口。電機(jī)會按照設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)通過觸屏改變轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)的速度會隨之改變。

2.2 觸屏畫面設(shè)計(jì)

通過觸屏I/O域，將轉(zhuǎn)數(shù)通過“設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)”窗口設(shè)定，“實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)”窗口是讀取變頻器的反饋速度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)按鈕，啟動和停止按鈕，啟動用于啟動電機(jī)運(yùn)行，停止按鈕用于停止電機(jī)運(yùn)行。

2.3 變頻器參數(shù)設(shè)定

變頻器參數(shù)設(shè)定通過博途Startdrive設(shè)定，如圖2所示。設(shè)定變頻器參數(shù)不需要通過手動設(shè)置，通過TIA博途軟件就可完成對變頻器電機(jī)參數(shù)的設(shè)置，通過軟件設(shè)置完參數(shù)后，然后通過網(wǎng)絡(luò)下載到變頻器內(nèi)部。本文設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)選用異步電動機(jī)，電機(jī)的基本參數(shù)額定電壓為230V，額定電流為0.73A，額定功率為0.12kW，額定功率因數(shù)為0.75，額定頻率為50Hz，額定轉(zhuǎn)數(shù)為1350R/min，在設(shè)定重要參數(shù)時(shí)，最大轉(zhuǎn)數(shù)必須設(shè)定為額定轉(zhuǎn)數(shù)，如設(shè)定最大轉(zhuǎn)數(shù)不等于額定轉(zhuǎn)數(shù)，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)和設(shè)定的轉(zhuǎn)數(shù)會不同，進(jìn)而出現(xiàn)錯(cuò)誤。

3 程序設(shè)計(jì)

變頻調(diào)速程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。當(dāng)按下觸屏上的啟動按鈕時(shí)，電機(jī)根據(jù)觸屏設(shè)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。

觸屏的I/O域鏈接PLC的MW30寄存器，經(jīng)過運(yùn)算，將MW30里的設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存到寄存器MW20，然后通過端口地址QW14送到變頻器。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)為500，變頻器反饋轉(zhuǎn)數(shù)為499，由于運(yùn)算時(shí)采用雙整型，所以存在誤差，如果采用實(shí)數(shù)運(yùn)算，則不存在誤差。

4 結(jié)語

由于新型的西門子S7-1500控制器具有響應(yīng)速度快、存儲空間大等優(yōu)點(diǎn)，因此本文設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)采用S7-1500控制器，利用PROFINET通信方式完成對電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。軟件編程選用功能強(qiáng)大的TIA博途編程軟件，TIA博途不僅包括觸屏的設(shè)計(jì)，還包括對變頻器參數(shù)調(diào)節(jié)的功能，在最大程度上提高了工作生產(chǎn)效率。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）