鸡西西门子S7-1200代理商

细纱机是将粗纱或条子纺成一定支数细纱的纺织机器。它的控制系统性能稳定与否直接影响到生产成本。用PLC控制细纱机，操作简单、接线少，成纱质量好，且维修方便、利于管理。

细纱机有低速运行、高速运行、吹吸风、落纱等过程。落纱分为自动落纱和中途落纱（暂停工作），自动落纱又分定长落纱和定时落纱。自动落纱的方式、落纱时间及长度均可设置，并能掉电保持。

控制系统中，有8个执行元件，l7个输人元件，其中热继电器FT1、F12、FT3和限位开关S为安全保护器件，可串联作为一个输人。选用西门子S7－200 CPU224型PLC能满足控制要求。

1 PLC外部接线和工艺要求

PLC外部接线如图1所示。接通电源后，吸风电动机开始工作。同时，钢领板升降电动机正转，钢领板上升。当钢领板升到了始纺位置时，其复位开关动作，电动机停止。按下低速起动按钮，主机开始低速运行，进行细纱接头。按下高速起动按钮，转换为高速运转，全机进入正常纺纱阶段。

纺纱满管后，钢领板复位开关动作，满管信号灯亮。进入工作位置，主机停止开关接通，此时，主机高速接触器释放，钢领板升降中间继电器吸合，主机断电保持惯性回转。随后，钢领板升降电动机反转，钢领板开始下降，降到极限位置时，钢领板下降限位开关动作，停止下降。撑爪电磁铁吸合时，将撑爪打开，主轴制动电磁铁吸合，主轴制动刹车。经过一段延时后，切断控制电源，落纱完毕。

需要中途停车时，按下中途停车按钮，主机即可停车，并自行制动。需要提前落纱时，按下中途落纱按钮即可。当机器发生意外时，按下紧急停车择钮，可使全机立即停车。

在程序中设置了各个过程、设备之间的联锁保护，使生产过程更加安全、合理。

2 编程

PLC的控制梯形图如图2所示。在上电时用PLC内部继电器SMO.1和复位指令，程序在运行前先复位。利用模拟电位器SMB28和PLC的内部数学运算功能，设计一个0～180 s的时间继电器T37。梯形图中还使用了变量存储器Vo.1、V0.2及V0.5。因为钢领板电动机在工作中要实现正反转，所以不仅要在程序中实现互锁，而且要在电气连接时实现电气互锁。

满纱时，满纱信号灯一直亮；当有低速接触器触点发生热熔粘连时，信号灯以1s周期闪烁。

1　引言
　　
近年来，我国新建或改造的大中型水泥生产线基本采用计算机控制系统，控制方式已由过去的仪表、继电器或计算机单机小系统转向了整个生产线的计算机集中操作与分散控制，但目前国内随主机配套的润滑油站电控产品，大多还停留在过去传统的控制方式上，与当前的生产管理方式和控制水平不相适应。由于传统方式控制柜均采用继电器硬连线实现电控与联锁保护，存在着诸如可靠性低、联锁保护功能少及故障率高等许多问题；与计算机全线监控系统的信号联锁很少甚至没有，影响了现场巡检、中控集中操作管理；且在实际使用过程中，由于现场情况的变化，使得传统方式下的控制柜安装与调试存在较大难度。针对这种情况，我们采用可编程控制器(PLC)对润滑油站进行控制，设计开发了CPO-OSC(Cement Process Optinum Control-Oil Station Control)系列润滑油站控制系统，并在山东鲁碧及福建南平等水泥厂的生产线上使用，取得了较为满意的应用效果。
　　
本文以山东鲁碧建材有限公司日产1000t水泥熟料生产线上的大型设备润滑油站电气控制为例，介绍PLC在这些油站控制中的使用情况。

2　润滑油站系统的控制方案
　　
鲁碧建材有限公司水泥生产线生产规模为日产熟料1000t，全线计算机监控采用美国Honeywell公司的Micro TDC 3000集散控制系统(DCS)实现，分为生料、烧成和煤磨三个现场控制站，中控室集中操作管理。该生产线有五个大型设备润滑油站：生料磨头轴承、生料磨尾轴承、生料磨主减速机、生料磨主电机和高温风机润滑油站。

2.1　生料磨润滑油站
　　
生料磨采用Φ3.5m×10m中卸烘干磨系统，由唐山水泥机器厂制造，生产能力为75t/h，为保护磨机主轴承，在前后轴承各设置了一个润滑油站，用强制循环给油方式进行润滑。每个供油站备有1台高压泵和2台低压泵，两个润滑油站由一套CPO-OSC系统控制。

2.2　主减速机及主电机润滑油站
　　主减速机及主电机主要参数如下：
　　主电机：型号YR1400-8，功率1400kW
　　　　　　转速742r/min
　　　　　　电压6000V，电压频率50Hz
　　主减速机：型号JS110-B
　　输入转速742r/min，输出转速16.9r/min，输入功率1400kW，传递功率1400kW。
　　为了保护主减速机及主电机的安全运行，也设置了强制润滑油站，各备有2台低压泵，两个润滑油站由一套CPO-OSC系统控制。

2.3　高温风机润滑油站
　　高温风机电机容量630kW，转速1430r/min，配有：
　　1)YDT63/15液力偶合器，传递功率350～650kW。
　　2)进风口装百叶阀门，配有电动执行器。
　　3)高温风机轴承润滑油站，配置两台油泵进行强制润滑。
　　为了确保大型主机设备的安全运行，提高系统的可靠性，我们采用以SIEMENS公司S7 PLC为主控器开发的CPO-OSC润滑油站控制系统，实现生料磨减速机及主电机润滑油站、磨头及磨尾轴承润滑油站及高温风机润滑油站的电气控制及联锁保护。
　　
因生产现场条件差，电噪音干扰大，系统的输入输出模块均采用高电压等级模板，以避免干扰信号而产生误动作，造成系统损坏。
　　
为了实现数据共享，便于中控室的监控及管理，我们将润滑油站控制系统与其他优化控制系统(生料质量控制系统、窑优化控制系统)联成了一个计算机通讯网络，系统结构见图1。

图1　通讯网络结构图

3　控制系统的组成及功能

3.1　润滑油站提供给TDC3000的信号
　　1)备妥信号
　　2)允许启动信号
　　3)联锁停车信号

3.2　TDC3000提供给润滑油站的信号
　　启/停信号

3.3　信号的处理

3.3.1　备妥信号
　　包括以下内容：
　　1)“集中/机旁”控制方式中选择开关置于“集中”位置；
　　2)总电源空气开关的辅助接点闭合；
　　3)控制电源空气开关的辅助接点闭合；
　　4)油泵主回路空气开关的辅助接点闭合。

3.3.2　允许启动信号
　　“允许启动信号”应由以下几个条件组成：
　　1)高压压力建立并达到整定值；
　　2)低压压力建立并达到整定值；
　　3)油温不低于下限；
　　4)油流不低于下限；
　　5)油位不低于下限。

3.3.3　联锁停车信号
　　
在一般的油站控制系统中，联锁停车信号是根据运行时“压力低”建立的。由于在本控制系统中采用了功能强、灵活性大的PLC，因此，我们也将大型设备的保护功能编制到系统中。如在减速机油站系统中，我们将减速机温度的上限报警信号引入联锁停车中；在磨机主轴承及高温风机油站中，将轴承温度上限报警信号引入联锁停车中。考虑到油压波动情况以及温度检测出现瞬时干扰，对于跳闸信号，我们对其加以10s延时后再送出。

3.3.4　备泵控制
　　
低压备用泵的自动投运，一般是利用压力信号来处理的，包括备泵起动压力信号及备泵停止压力信号，当油压低于备泵起动压力值时，启动备泵；当油压高于备泵停止压力值时，关闭备泵。
3.4　其他要点
　　
润滑油站在集中方式下的启动及停车，应完全由中控人员决定。在正常情况下，润滑油站只能顺从地为主机服务，而不对上级控制有制约条件，如主机停车后润滑油站自动停车。
　　
由于DCS系统的SSR输出模板普遍存在漏电流过大，致使信号关断时仍存在电压(在Micro TDC3000及N-90等系统中均存在)，因此，由TDC 3000系统发送的油站启停信号都采用中间继电器加以隔离。

3.5　通讯网络
　　
在一般的应用情况下，可单独使用CPO-OSC系列润滑油站控制系统，但CPO-OSC控制系统具备良好的开放性及网络功能，可根据用户的实际需求，联成不同形式的通讯网络。在鲁碧公司，我们建立了一条包括8个站点的MPI控制网络，将现场油站信号参数引入中控室的上位监控系统。
　　多点接口MPI是一个集成在SIMATIC S7-300 CPU内的通讯接口，MPI能同时连接如下站点：
　　1)IBM PC兼容机；
　　2)编程器(PG)；
　　3)操作员界面(HMI)；
　　4)S7-300、M7-300；
　　5)S7-400、M7-400。
　　连网的CPU可利用“全局数据通讯”服务，周期性地相互交换数据。它多可连接32个MPI站，其传输速度为187.5bps，且其相邻的MPI站点的距离大可为9100m，(使用10个中继器)。
　　在使用过程中，我们发现：通讯电缆的敷设应引起重视，若通讯电缆与高压电缆敷设在一起，会出现干扰，引起通讯错误，因此通讯电缆应单独敷设，以提高系统的可靠性。

4　上位监控系统
　　
上位监控计算机采用PC总线工控机，配置SIMATICMPI通讯网卡，采用bbbbbbS中文操作系统，通讯波特率为1.5Mbps。通过数据通讯对各油站数据进行检测，并在上位机上实时显示当前运行状态，以便操作员对现场情况随时进行处理。
　　在MPI网络中，配置有两台操作员站，分别运行生料磨优化系统(CPO-QCS)及窑优化系统(CPO-KOS)。
　　润滑油站监控系统运行于生料磨优化操作站上，其监控画面示于图2。

5　工程师工作站
　　
为便于今后系统维护及监控，如对现场PLC控制柜中的程序进行修改、下装等工作，我们利用鲁碧公司原有的一台联想Pentinum166MHz商用机，配置CP5411通讯卡，联入MPI网，成为一个在线工程师工作站，工程师站采用bbbbbbs95操作系统，安装STEP7软件包。
　　STEP7是用于S7系列PLC编程的应用软件包，包括：
　　1)SIMATIC管理器；
　　2)符号编辑器，用于定义符号名称、数据类型等；
　　3)硬件组态，用于为自动化系统组态和各模板参数设置；
　　4)通讯，用于定义MPI、PROFIBUS或工业以太网的数据传输；
　　5)程序编辑器。
　　允许使用梯形逻辑图(LAD)、语句表(STL)和功能块(FBD)任何一种来编写程序，并进行在线调试及监控。

图2　油站监控画面

6　结语
　　
通过在几条水泥生产线上采用可编程控制器实现润滑油站控制的实践证明，利用可编程控制器实现大型设备润滑油站的控制已成为一种必然趋势，它与以往的继电器控制柜相比，可靠性及扩展性有了很大的提高，取得了较好的应用效果。但在使用过程中也发现一些问题，例如柜体设计时没有后开门，导致在现场调试仪表时发生困难。此外，由于现场仪表的油流、油位及压差信号不准确，因此在具体实施时，未将这些信号考虑进去，避免因允许启动信号难以建立而延误投料时间。因鲁碧公司现场油站所用的电接点压力表损坏较多，我们只根据压力正常信号来启停备用泵，若压力未达到整定值，则启动备用泵；若压力达到整定值，则停止备用泵。采用这种控制方式，若在运行时，工作泵体损坏，则会出现备用泵频繁开停车的振荡现象，极易损坏泵体和电机。因此，拟在今后的控制系统中做如下改进：若“驱动信号”已发送，选定“工作”泵已工作，在指定时间内，例如20s，若压力仍不能建立，则“备用”泵自动转为主泵投入运行，原“工作”泵转为备用。

一、原系统分析
　　株洲硬质合金厂空调系统共有溴化锂机组两台，其中冷冻水泵2台功率为200KW，采用自耦降压启动。操作工根据负荷情况开1台或2台。单台水泵大输出流量为600m3/h，系统全开时为1200m3/h。现水泵运行出口压力为4.5-9kg，小流量需求为200m3/h，大流量需求为950m3/h。压力波动较大的原因为，冷冻水泵流量不能根据负载变化调节，一旦后级工段冷冻水量减少水泵出口压力就会急剧上升。冷冻水在管路里快速循环未充分换热就回水，造成回水温度低。水泵和主机都白白消耗能量。

　　当1#机组开起后，1#流量必须满足低流量值200 m3/h，如果用户流量没有达到低流量值时，机组就会停机保护，值班人员必须提前打开旁通阀，使部分冷冻水在机组内循环来保证机组内有200 m3/h以上的流量。2#也如此。

二、改造控制要求：
　　分三个阶段完成自动控制，下面以1#空调机组为例详细说明如下：
　　Ø　机组冷水出口流量不得低于200 m3/h;
　　Ø　当1台泵输出压力不能满足要求时，系统提示手动开启另一台泵;
　　Ø　选择1#或2#泵为变频运行泵。
　　Ø　当需求流量为0～300 m3/h时，1#泵定频运行，保证300 m3/h的总流量输出，旁通调节阀打开并做PID调节，以保证输出用户所需的流量;
　　Ø　当需求流量为300 m3/h～600 m3/h时，1#泵变频运行并做PID调节，同时旁通阀门全关;
　　Ø　当需求流量为600 m3/h～900 m3/h时，1#泵定频运行，输出300 m3/h 的流量;2#泵工频运行，输出600 m3/h的流量;旁通调节阀打开并做PID调节，保证6kg的输出压力;
　　Ø　当需求流量为900 m3/h～1200 m3/h时，1#泵变频运行，并做PID调节，2#泵工频运行，旁通阀门全关。
　　变频系统通过控制柜上选择开关，选择任意一台水泵采用变频控制方式，其他水泵还采用原控制模式。被选择作为变频水泵的机组作为整个系统的调节水泵，来自动调节冷冻水流量。在自动控制模式下，利用PLC采集总管压力信号并根据PID运算发出变频器频率给定信号，自动调节电机（水泵）转速使冷冻水压力变化来实现自动控制。还采集输出流量送到PLC进行PID计算后再输出4～20mA的电流信号控制旁通阀，来实现恒流的效果。
　　同时PLC将现场参数，进出口压力值、变频器频率、电流、电机转速等上传至控制室内的人机界面进行参数显示。在控制室可通过人机界面对给定压力值、下限流量值、PID参数、变频泵选择和启动远程控制。远程实现各种操作，极大的方便了系统控制。控制方式本方案在保留原工频系统的基础上与原工频系统之间设置连锁以确保系统工作安全。

三、设备的配置
　　（1）友好的人机界面：由于系统需对每台机组的进口压力、出口压力、出口流量、总压力的上限值和下限值，PID参数进行设置，还要对所有的压力、流量值进行显示，还有报警信息进行记录。采用Eview的MT506LV人机界面。界面编辑了“主画面”、“控制画面”、“参数设置”、“故障记录”、“压力曲线”、“帮助”六个基本画面。主画面上对采集的压力、流量值、变频器的运行频率、电流进行显示，还显示系统当前状态和故障显示，让用户一目了然。
　　（2）PLC：
　　PLC是设备的大脑，选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及模拟输入模块和模拟输出模块，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，内存指令容量达到8k；典型基本指令执行速度0.09 ~0.42μS典型应用指令则为5~280μS支持高达50kHz的高速输入和80kHz 的高速输出；具有丰富的中断功能，有8路输入中断，3个定时，6路高速计数，支持工业标准的Modbus 通讯网络；指令有浮点运算、PID、高速I/O、通讯等20类共243条，具有掉电检测和后备电池保持，可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。EC20 的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式：梯形图、指令列表、顺序功能图，方便地监控和调试，可在线修改程序。
　　（3）PLC的配置
　　主模块选用EC20-2012BRA，20点输入12点继电器类型输出。模拟输入模块采用8通道的EC20-8AD，模拟输出采用4通道的EC20-4DA。
　　（4）输入输出设备配置
　　输入设备有“手动/自动”选择开关，选择变频泵“1#/2#”、系统“启动”“停止”，还采集了工频、变频接触器信号进行互锁和状态显示。
　　输出设备有1#泵变频运行、2#泵变频运行、故障和复位继电器。
　　（5）模拟输入输出设备配置
　　利用EC20-8AD采集了总管压力、旁通阀位置反馈、1#机组出口压力、2#机组出口压力、1#泵出口流量、2#泵出口流量；用EC20-4DA输出电流信号给定EV2000-4T2000P频率，另一路输出4~20mA的电流信号到旁通阀。

四．工作原理
　　主电路图如下：

　　系统采用工变频互备，另外可以灵活的选择需变频的电机是1#还是2#由KM3、KM4来完成。

五．程序要点
　　EC20的COM0与EVIEW人机界面通过MODBUS协议进行通讯，COM1通讯口与艾默生的EV2000变频器进行自由协议通讯，PLC软件设置：
COM1的自由口协议中的波特率、数据位、停止位、效验位必须与变频器中设置一样才能通讯上。EC20时刻检测着变频器的频率、电流、故障再反映到人机界面上。

　　系统需恒压、恒流，所以做成双PID对变频器和旁通阀进行控制，控制的压力和流量在EVIEW人机界面上进行设置。

　　在现场调试过程中，发现现场的负载在每天下午五点下班时会突变，由于负载500m3/h的流量突变成几十的流量，这个突变的时间只有两三秒的时间，而旁通阀动作的速度很慢，一个行程38mm需2分钟的时间，这样会造成空调机组保护停机，为了解决这一问题，采用实时时钟定时开度旁通阀，也就是每天在五点之前就给旁通阀一个开度，当设定的时间到达后，系统又恢复PID调节。负载突变的时段设置和旁通阀的开度设置画面如下：

六．结束语
　　本系统已完成，已正式投入使用。由于采用艾默生的EC20系列的PLC进行控制，性能稳定，运行可靠，系统结构紧凑，节省能耗，便于维护。变频器的频率在40HZ左右稳定压力，节能率达到48%。因此不但大大的提高了产品的技术含量和自动化水平，而且还极大地提高了企业的经济效率，非常具有推广价值。