普洱西门子S7-300代理商

 1、引言

    在变压器传统的干燥方法是将器身置于真空干燥罐内，采用pid控制器控制罐内温度，热源采用蒸汽。加热的同时抽罐内真空，不同电压等级的变压器对真空度要求是不同的[1]，例如110kv等级的变压器罐内真空度必须达到133pa以下。在这样的条件下，加热阶段是在有氧条件下进行的，容易造成绝缘的老化，在高真空阶段，加热靠辐射，缺乏热对流，加热效率低，同时容易造成绝缘表面干燥过快，以至毛细管萎缩，影响绝缘深层水分的蒸发，后只能靠延长干燥时间来保证水分蒸发，这样又加剧表层绝缘的老化。同时在加热过程中，由于真空度的变化，pid控制器的参数难于整定，又由于罐的体积很大，造成温度的滞后，终造成温度的超调。因此针对上述问题，本文提出采用变压法代替原有的真空干燥方法；pid控制器采用智能自整定系统；执行器采用西门子plc，人机界面采用工控机平台下的组态软件；针对产品质量的检测，提出三段法的终点判断法。对改造前后系统运行效果进行比较，结果表明，改造后能有效改善系统的动态品质，提高抗干扰能力，减少干燥时间，提高产品质量。

    2、变压法干燥系统器的设计

    2.1 理想的变压法系统模型

    理想的变压法真空干燥系统内部的真空度与温度的曲线如图1所示。

图1  理想的变压法模型

    整个干燥过程分为4个阶段：

    (1) 预热阶段，此阶段罐内处于低真空，罐内压力在80kpa至40kpa之间变化，以确保水蒸汽处于不饱和状态，排除了水蒸气在铁心表面冷凝的可能性。此阶段铁心温度上升到72℃，可排除变压器35%至45%的水分；

    (2) 过渡阶段，罐内真空度逐级降到10kpa；

    (3)主干阶段(变压器脱水阶段)，抽真空一段时间(15min)，关闭主阀一段时间(15min)，抽真空时，将脱出的水蒸气抽走，此时真空度上升而温度下降，关闭主阀时，绝缘层中水分又蒸发出来，使真空度降低，水蒸汽又参与热对流传热，使器身温度上升，此阶段排除变压器45%至50%的水分；

    (4) 终干阶段，当主干阶段真空到0.5 kpa时，进入终干阶段，终干结束压力随变压器电压等级而不同。

    2.2 真空系统的设计

    真空系统主要由各种阀及抽真空的旋片泵、罗茨泵等构成，如图2所示。

图2 真空系统原理

    在干燥罐真空系统中，总气动挡板阀的作用是控制罐体抽真空的启停，系统若靠频繁启停泵来控制抽真空的启停，将对泵造成很大冲击，严重影响泵的寿命；总充气阀的作用是运行中充气和干燥完毕解除真空；旋片泵的作用是获得低真空；罗茨泵的作用是获得高真空，但罗茨泵不能单独使用，必须配置前级泵(如旋片泵)，以获得预真空；冷凝器的作用是将抽出水分冷凝，以避免润滑油乳化。

    2.3 执行器的设计

    plc的设计主要包括数字量输入和输出，模拟量的输入和输出。数字量的输入主要包括：现场按钮旋钮状态、限位开关位置、阀的状态反馈、现场冷却水有无的检测等；数字量的输出主要包括泵和阀的控制、各种报警指示等；模拟量的输入主要包括温度的检测、真空的检测；模拟量输出主要是蒸汽阀门开度的控制，用以控制罐内温度。其总体结构如图3所示。

图3 可编程控系统原理

    2.4 人机界面的设计

    人机界面的硬件平台采用了研华ipc-610h工业计算机，组态软件[2]采用国内的力控组态软件，通讯采用rs-485总线，计算机的com口通过转接器与plc的485口相连，兼作通讯和编程用。人机界面的结构形式如图4所示。

图4 人机界面

    在初始画面下，首先登录，否则其他选项不能激活；如果是管理员登陆，还可以管理用户；进入自动后，首先选择相应的工艺参数，点击开始后输入工作号等自动开始，此外，系统还可查询工作记录、历史曲线、数据报表等历史记录，以便于管理。

    3、研发难点分析及解决方案

    3.1 真空的检测

    事实上，任何传感器在从大气压到几pa量级的高真空全程检测都是非常困难的[3]。选定的传感器ttr91s满足函数：u=c+1.286log10 p， 其中p为气压，c为常数6.143，使用中发现，在大气压至40kpa的范围，因为检测数值是指数函数，使用滤波等技术手段都无法消除数值的抖动，后采用分段线性化消除了抖动。

    3.2 pid参数的整定

    对干燥罐的温度采用pid控制，由于罐内真空度是实时变化的，这样就造成传热介质的不稳定，pid的参数难于整定，加上罐的体积大(400m3)，通常会造成超调。在实践中采用西门子plc[4]的自整定控制，可以得到合理的参数(如图5所示)，因此有效地解决了超调问题。

图5 pid整定控制面板

    3.3 终点判断

    对于干燥终点的判断，传统的干燥方法只能是通过经验时间的数值大小来判断。本文所提出的变压法使用的是三段法，在终干阶段完成后，再连续抽两个小时，时间的长短可以通过参数调整，记录此时真空数值，停止抽半个小时后，记录水蒸汽的分压，连续三次，如果水蒸气分压递减则产品合格，否则重新抽真空判断。

    系统改造后即投入使用，根据改造前后的系统特性，以及投入以来的实际效果表明，人机界面加plc的运行模式较人机界面加计算机板卡的方式运行稳定性明显提高。采用pid自整定后，温度超调的现象消除了，终点判断程序投入后，操作者的劳动强度明显降低，整个过程不用人工干预，变压器干燥充分彻底，平均干燥用时减少了5至10小时。

    4、结束语

    采用分段变压法对变压器的器身进行干燥，较之原来的恒压干燥及热风循环干燥有明显的优点：首先，由于干燥时间的减少，以整个干燥系统的功率以50kw计算，每干燥一罐就能节约电250kwh～500kwh，因此具有很高的经济和社会价值；其次，干燥程度明显提高，变压器的质量明显提高，使用寿命明显延长；后，整个干燥过程几乎不用人的干预，降低了操作者的劳动强度，自动化水平得以提高

 4.1 控制部分

    本系统采用LM系列专用高速运动控制模块LM3106A控制。LM3106A是专为实现高速运动控制而设计的模块，主要用于实现步进或伺服电机的定位控制。
   
    LM3106A本体集成 14通道24VDC输入， 10通道晶体管输出，其输出有2个公共端，输出通道采用5-24VDC驱动电源供电，具有两路高速输出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，还可以通过RS-232通讯口与和利时触摸屏进行通讯。表1为控制系统的I/O配置。

表1 系统I/O分配表

    4.2 驱动部分

    液压摆式剪板机驱动部件主要包括横向伺服电机和竖直液压气动装置。

    伺服电机及驱动器均采用和利时公司的产品，其中“蜂鸟（Hummer）”系列低压无刷伺服电机驱动器是北京和利时电机公司新推出的适合低压直流供电的、小体积、高性能全数字伺服驱动器。硬件上采用32位高速RISC专用控制芯片,高效功率变换技术，以及创新编码器反馈技术；软件上采用先进的电机控制策略，完全以软件方式实现了电流环、速度环、位置环的闭环伺服控制；驱动器嵌入了运动控制功能，通过通讯接口即可完成如多段点到点、直线插补、圆弧插补等功能。挡料采用伺服电机进行定位，达到了jingque定位，保证了设备控制要求及运行效果。

    往复下压剪切动作由油泵和气动装置完成，通过PLC控制电磁阀的的得失电进行。

    4.3 监控部分

    上位监控部份由一台和利时触摸屏，配以监控软件来完成，触摸屏上可以进行动作操作，运行参数设定，工作状态选择以及显示PLC的输入输出点工作状态。

图5 运行画面

图6 工步画面

    5、总结

    基于和利时公司PLC和伺服自动控制系统的液压摆式剪板机有以下特点：

    (1) 采用电液伺服全闭环控制系统，剪板厚度精度、重复定位精度达到很高的水准。
    (2) 每步程序可设定挡料位置（后档料X，相当于伺服的位置）、凸模具下压位置（Y值，相当于凸模具下降的距离）、剪切次数、保压时间4个参数。
    (3) 具有多工步编程功能，可实现多自动运行，每一步执行完后，触摸屏都要自动把下一步参数输入PLC和伺服，实现多工步零件一次性加工，提高生产效率。