平凉西门子S7-200代理商

本文介绍了采用三菱公司PLC对1250离心机电控系统进行技术改造，实现变频器调速并详述了该系统设计。实践运行结果表明，该系统运行稳定、操作简便，能满足生产工艺要求。
关键词：
PLC 离心机 变频调速
1.前言
　　1250离心机是立式刮刀卸料自动过滤离心机，主要用于固相为颗粒状悬浮物料固液相分离，也可用于纤维状物料固液相分离。矿物、环保、医药、化工等行业中广泛应用。目前多数离心机仍由继电器控制，采用有级调速，离心机工作转速调节单一、设备故障率较高，生产效率低下。为克服这些问题，我们对制药厂1250离心机电控系统进行技术改造，采用PLC控制和变频器调速，该系统自动化程度高、稳定性好，运行可靠，现已成功应用于多家制药厂。
2.系统原理
　　离心机工作原理是将待分离物料经进料管送入高速旋转离心机转鼓内，离心机力场作用下，物料滤布(滤网)实现过滤，液相经出液管排出，固相则截留转鼓内，待转鼓内滤饼达到机器规定装料量，停止装料，对滤饼进行洗涤，同时将洗涤液滤出，达到分离要求后，离心机低速运转，刮刀装置动作，将滤饼刮下，完成一次工作循环。图1为1250离心机结构图。
离心机离心工艺过程：1）进料：当变频器速度达到20Hz时，首先打开进料阀、料层检测阀，当检测到料层满时，关闭进料阀并延时10S，料层满信号消失再次打开进料阀连续执行上述动作2次。2）离心：当第三次料满信号产生时，关闭进料阀变频器升速至50Hz进行高速分离，离心时间可由触摸屏设置，时间到后变频器降速至40Hz。3）清洗甩干：打开清洗阀进行清洗，清洗时间、暂停时间和清洗次数所分离药物品种由触摸屏设置。清洗工艺完成后进入甩干过程，变频器升至50Hz，甩干时间由触摸屏设置。时间到后进入卸料状态。4）卸料：甩干后料层过厚，刮刀采用分段定时旋转卸料，即刮刀旋转（时间可设置）→ 停2秒 → 刮刀下降（下降高度可设置），重复上述动作，直至后一次刮刀下降至下限感器动作，然后上升到顶部至上限位停止动作。



3 系统设计
3．1硬件设计
　　系统采用三菱公司FX2N-40MR型可编程序控制器（PLC）控制，当程序设定好后可进行无人看护自动化操作或选择手动控制，并对加料、初过滤、洗涤、精过滤、卸料等进行全过程监护。离心机调速采用PLC+D/A模块、变频器进行调速，电压（0-10V）来控制变频器频率，变频器采用德国伦茨公司EVF系列变频器，功率22KW。触摸屏采用EASYVIEW 5.7英寸4灰度触摸屏。
PLC共有20个输入点，15个输出点。图2为PLC外部硬件配置图。控制系统主回路及变频器外部接线如图3所示。

其中为消抖防信号干扰，输入点X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X20分别经4个隔离栅接入PLC输入
3．2软件设计
　　编程采用编程软件MELSECMEDOC软件包，它基于个人计算机，适用于三菱公司PLC用户程序编制和监控，SC-09RS232/RS422接口与PLC编程口相连，可用梯形图或指令编程。本系统PLC梯形图程序控制要求采用STL和SET步进指令编制。主要有初始化设定，进料、分离、清洗、甩干控制程序、自动控制程序等。程序设计中采取安全保护有:转速检测，过振动保护，开盖保护，电机过载过热保护，刮刀旋转，升降机械电气双重控制，刮刀与转鼓联动锁定。程序流程图4所示。




4.结束语
　　该系统多家药厂现场运行，结果令人满意各项指标满足现场技术要求。系统启动平稳，分离因数可调，操作简洁方便，自改造投入运行以来，运行稳定调速方便，免维护，为现场操作人员创造了一个高效率工作环境，实现了1250离心机较为先进控制技术。

在高线连轧系统中，由于是连续轧制，且轧制速度较高，相邻机架间物料所受的张力必须得到有效的控制，以保证轧制过程的顺利进行以及得到较好的产品尺寸。而活套控制是一种目前在高线轧制控制中应用较为广泛且较为重要的控制手段。文章重点介绍某中薄板轧制控制系统中自动活套控制系统的PLC系统构成及组态画面，以帮助解决现场实际应用中遇到的问题。
　　可编程控制器（PLC）是近20年发展起来的新一代工业控制装置，其初是为了取代继电器控制系统而发明，多用顺序逻辑控制中，如：活套控制、高炉上料、电梯控制、货物存取等；随着PLC技术的不断发展，现已能实现对模拟量的控制，应用于各种闭环过程控制中及构成DCS 。美国AB公司是一家的PLC制造厂家，生产MicroLogix、SLC 500、PLC5、ControlLogix等多种型号、不同档次的产品，有较高的市场占有率。SLC 500可编程控制器是其生产的一个不断完善的中小型可编程控制器系列，具有功能强大、处理快速的处理器，较大的存储容量（多可达64K字）和丰富的指令集，能实现多种控制任务；同时处理器自带多种类型的通讯接口：RS-232、DH-485、DH+、Ethernet，可实现远程控制及与上位机的远程通讯；深受工业控制领域的青睐。
2　系统原理
　　该活套控制系统主要由人机接口HMI监控、PLC过程控制以及AB变频器组三个部分构成，如图1所示。上位机RSVIEW组态软件主要用于系统的监控及动画显示；1756－L63完成逻辑控制及对变频器组的活套计算。


图1 系统原理
　　在1756 PLC中主要是进行各个活套之间的计算，图2所示为以某一活套的具体控制原理。其中：
（1）活套角度(A)：来自活套位置传感器(0-50°);
（2）平衡力函数： 为COS(A)×10;
（3）张力函数： 为33×((SIN(1.4×A)-SIN(0.64×A)-0.107);
（4）平衡力设定值：来自手动或自动设定值[相当于：7.8×大厚度×大宽度× 机架间距>;
（5）张力设定值：来自手动或自动设定值[相当于：大单位面积张力×大厚度×大宽度>;
（6）平衡力系数：使平衡力分量在活套角度(A)= 0度时, 平衡力设定值=时,电机转矩为.427(Kg.m),相当于电枢电流117%;
（7） 张力系数：使张力分量在活套角度(A)= 50度时, 张力设定值=时，电机转矩为765 (Kg.m),相当于电枢电流210%;
（8）加法器：把平衡力分量和张力分量相加;

（9）限幅器：限制大电枢电流为200%;
（10）活套臂平衡力：在平衡力设定值=0, 张力设定值=0时改变活套臂平衡力使活套臂平衡。


图2 活套计算公式
3　RSVIEW画面组态
　　RSView是RockWell SoftWare公司的组态软件，它提供集成的、组态化的人机接口，广泛的用来监视和控制自动化设备和过程。它除了可以方便的与ALLEN -BRADLEY PLC进行无缝的结合应用，也可以通过使用OPC的通讯方式与其它公司的设备进行连接。而ODBC(Open Database Connectivity开放式数据库互连)则是由微软推出的工业标准，一种开放的独立于厂商的API应用程序接口，可以跨平台访问各种个人计算机、小型机以及主机系统。ODBC作为一个工业标准，绝大多数数据库厂商都为自己的产品提供了ODBC接口或提供了ODBC支持，这其中就包括常用的SQL SERVER、ORACLE、INbbbbIX等。
　　本系统中活套设定画面采用RSVIEW编写，其中主画面如图3所示。


图3 活套设定主画面
　　本画面主要包括四个部分：
　　（1）活套运行方式选择，点击L1～L6切换状态（AUTO、SEMI、MAN、STOP），选择AUTO时表示活套张力平衡重由上位机设定(上位机投入时)；若没有上位机设定时各活套必须选择为SEMI（半自动设定）方式，选择MAN方式表示仅在停车时靠手动起套，启车后不自动起套（不推荐使用），选择STOP时表示本活套不起套（相应的，本活套的套高闭环也不会投入）。
　　 

　　（2）套高设定区：行为设定值输入,设定值为活套要求高度（角度）,每次输入后按回车键(Enter)确认,都设定完毕后请按画面上确定按钮.然后看第二行设定反馈值是否已经显示为要求值,如果不是,请重新在行设定并按确定按钮.第三行为当前活套高度反馈值显示，与其他画面同。


　　（3）张力平衡重设定区：由于张力平衡重是靠带钢厚度宽度张力值等计算得来的,所以每次换规格都要进行重新设定 L1~L6对应的分别是出口厚度分别是F1~F6的出口厚度,输入厚度单位为10um，比如F1出口厚度为16.4，请输入1640。输入后请按回车确认。带钢宽度单位为0.1mm，比如轧450mm宽的带钢，请输入4500。输入后按回车确认。带钢张力设定值单位为0.1Mp，比如3.0Mpa，请输入30，输入后按回车确认。平衡力设定（%）及张力设定（%）为程序中经过运算所得出的平衡立及张力百分比。


　　（4）画面的后两行是起套瞬间电流限幅（一般可不必更改，但必须保证同本画面上所给数值接近）和由张力平衡重给定计算出的电流限幅给定值，不可更改。


　　（5）画面切换区，功能同其它画面。


4　结束语
　　在本系统中，制作监控系统的关键是设置与PLC的通信和建立数据库，RSView提供的OPC通信设置十分方便易行，PLC数据库导入功能，大大减小了建库的工作量，足见该软件的实用性。而对PLC控制算法而言，了解活套工艺是必不可少的

转炉倾动负载特性分析

2.1 转炉倾动负载特性分析

在转炉系统中，炉体倾动部分采用四台倾动电机，通过减速机刚性连接，并采用全悬挂固定方式和扭力杆力矩吸收方式，如图1所示。

图1 转炉倾动结构示意图

　　根据工艺要求，转炉的倾动角度为正反360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。故炉子倾动负载力矩为角度的函数Mfz=f(θ) ，属于反阴性的位能负载。另外，据工艺设计说明，转炉按正力矩设计，即炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上，这样不至于发生倒钢等事故。但当维修炉拆除炉底后以及炉口粘钢渣太多时，炉体可能出现上部较下部重，由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化，这样在修炉和出渣或出钢时，可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时，电动机处于电动运行状态，当炉体处于负力矩状态时，电动机处于回馈制动状态，电动机的机械特性和负载特性如图2 。

(a)正力矩状态 (b)反力矩状态

图2 倾动电动机的机械特性和负载特性

　　倾动机构工艺要求：

　　主要特性及参数：工作倾动力矩：240t.m；

　　过载倾动力矩：660t.m；

　　倾动速度：0.10-1.0r/min；

　　倾动角度：+/-360°；

　　倾动电机：变频电动机：YTSZ315L-10，4台；

　　额定功率/电压：110kW/AC380V；

　　额定转速/频率：585r/min / 50Hz；

　　额定力矩/电流：1750Nm/230A；

　　速度反馈用编码器：30-3641IA-1024；

3　变频调速的原理

　　我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：

n＝60f(1－s)/p

　　式中　n———异步电动机的转速；
　　　　f———异步电动机的频率；
　　　　s———电动机转差率；
　　　　　p———电动机极对数。
　　由上式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，这就是变频调速。

　　按照电力拖动原理，在基频以下属于“恒转矩调速”，而在基频以上，基本上属于“恒功率调速”。由于转炉倾动和氧枪升降属重起动或满载起动负载，故要求电动机在起动时要有足够大的起动转矩和足够大的过载能力。采用恒磁通变频调速，在低频时（低速时）可通过人为地提高电压来保证电机具有大恒转矩调速特性，因而可以满足重载起动负载要求。另外由于转炉倾动为位能负载，故有发电制动工作状态。而变频器可通过加“过压保护放电阻”提供这种“回馈”通路。

　　由于变频调速可以得到几乎与直流电机调速相同“硬度”的机械特性，因而可以说，变频调速传动系统完全具备了用于转炉倾动这种位能负载上的可能性。在本项目中使用的A-B 1336FORCE变频器，采用FORCE磁场定向控制技术，能够获得交流电动机速度和转矩的卓越控制性能。FORCE技术是使交流电动机真正获得“类似直流调速”性能的变频技术。

4　系统功能

4.1控制功能

　　转炉倾动变频系统各变频器的控制分两种方式：

　　（1）变频装置的单机调试、检修在人机接口操作面板（HMI）上完成；

　　（2）设备联动运行通过PLC系统实现（操作地点：正常生产时在中控室或机旁，联机调试时在变频器柜柜门）。

　　在任何一种情况下，均能保证控制方式的唯一性，而且控制方式的切换通过柜门上转换开关、按钮实现，方便、可靠。

　　转炉4台倾动变频器在正常工作时以1主3从方式进行工作；当其中1台故障时，余下3台装置转换调整后以1主2从方式进行工作；进一步当其中2台故障时，余下2台装置转换调整后以1主1从方式进行工作。

4.2 系统配置和功能实现

　　根据倾动机构工艺要求及控制功能，每座转炉倾动变频系统配置了一套相对独立的PLC（1#转炉为PLC12）系统，通过控制总线Control Net网络接口实现转炉变频器及PLC间的通讯（如图3）, 同时实现与转炉主PLC（1#转炉为PLC11）系统的通讯（如图4）。系统主要硬件配置如下：

　　倾动变频器：1336T-B250-AA-GT3EN-L4 四台（含制动组件）

　　ControlNet光纤模块：1786-RPFS 四块

　　控制系统：1756-L55M22 Logix5555控制器 一个

　　在转炉传动变频控制系统中，4台变频器通过光纤连接，构成主从应用工作组，工作时其中一台设为主传动工作方式，另三台工作在从传动方式，从传动变频器以转矩模式工作，主变频器速度由PLC系统通过变频器I/O口给定，主变频器通过Drive-to-Drive bbbb通讯向从机发送运行信息，内容包括主机转速，转矩及开关状态等，由主从装置参数设定自动实现与主传动的速度/转矩跟踪和转矩准确分配，实现了多电机传动中速度同步和转矩分配。

图3 变频器系统通讯配置图

图4 转炉变频器系统I/O配置图

　　系统正常运行时， PLC系统通过CNB总线与转炉倾动变频器正常通讯，实现控制和数据采集。当因某种原因引起故障时，例如某台从变频器或电机故障时，故障变频器自动停止工作，另外三台变频器继续工作，主变频器控制负载在这三台变频器之间平均分配；当主变频器或电机出现故障时，主变频器停止工作，并发出故障信号，此时可设置另外一台变频器为主传动，组成新的主/从工作组，按主/从方式继续工作，新的主变频器负责速度控制和负载分配。

　　另外，转炉倾动需严格监控，防止出现“溜车”故障，在转炉传动变频控制系统中，利用了PLC控制程序，使抱闸在系统起动后转矩建立在一定的输出转矩时松开，在系统停止后转矩下降至一定的输出转矩时抱紧，大大提高了系统应用的可靠性。

　　为了监控转炉的倾动的位置，在设备主轴上安装有编码器，通过现场总线将信号传送到PLC系统，通过PLC来计算、转换，在画面上显示。

5 1336 FORCE变频器的参数设置及链接

5.1 术语

　　(1) 参数（bbbbbeter）：存储在装置中包含有信息的内存区域。包括参数号，参数数据，以及和该参数有关的所有其余信息

　　(2) 汇参数（sink）：可用于与其他参数接受和发送信息的读写参数，汇参数仅能从一个参数接受信息，但可同时发送信息至几个汇参数。

　　(3) 源参数（source）：可用于发送信息至汇参数的只读参数。一个源参数可同时发送数据至几个汇参数。

　　(4) 链接（bbbb）：在两个参数(sink source)间，允许数据传输的软件链接.在bbbb中source可以是源参数，汇参数或者功能块代码。

5.2 1336 FORCE变频器的参数设置

　　1336 FORCE变频器的参数较多，包含在以下四个文件中：

　　（1） Startup File

　　（2） Communications I/O File

　　（3） Velocity Torque File

　　（4） Diagnostics File

　　每个文件包含若干个参数组，变频器某项功能所需要的参数都在一个组内，这样在完成一种功能设定时不需要改变参数组，但一个参数可以在多个组中。

　　由于变频器功能参数很多，实际应用中，没有必要对每一参数进行设置和调试，多数可采用缺省值，有些参数可以通过做AUTOTUNE后产生，例如：速度调节器和滑差调节器的PID参数、额定转速和额定电流下的Q轴和D轴电压、电机的额定和大小滑差频率等等，不需人工设定。而有些参数则要根据电机的负载特性和功能来设定，主要设置的参数为电机铭牌参数，极限参数（包括速度和电流），定标参数，链接参数和通讯口等。另外，更换同型号电机后，可以继续使用原有参数而不需要改变。但反馈类型改变后，由于对整个系统的影响较大，需要重新做AUTOTUNE。根据倾动电机工艺参数和相关特性，表1列出了1＃倾动变频器部分参数的设置。

表1 1＃倾动变频器参数的设置

5.3 变频器的参数链接

　　通过参数链接，可以实现PLC 对变频器启停信号的控制，变频器反馈信号的接收以及变频器与变频器之间信号的传输。表2以1＃倾动变频器为例说明参数链接及与PLC的对应关系。

表2 1＃倾动变频器参数链接及与PLC的对应关系

5.4 DriverTools调试软件

　　1336 Force系列交流变频器可通过计算机图形化参数设置、编程及监控软件DriveTools32，通过与变频器通讯下载/上载方便地实现下列功能：
　　* 菜单索引的参数存取
　　* 参数组读及写
　　* 将现有的参数组复制到同系列的其它装置上
　　* 打印参数组
　　* 对控制字进行操作（开关量命令、如开/关命令）及施加给定值
　　* 通过状态字进行观察及读出实际植
　　* 读出故障信号和报警信号