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本文介绍了阳极组装悬链PLC自动控制系统的功能、硬件和软件的设计、元器件选择和操作说明。阳极组装的关键设备，是集机、电为一体的现代化高技术设备。我国的阳极组装设计制造技术已有了显著进步和提高，为了克服传统的控制手段接线复杂，机械触点多，可靠性低的局限性和缺陷，通过采用可编程序控制器(PLC)予以克服和弥补。
PLC是20世纪60年代末随着计算机的发展而发展起来的一种新型工业通用控制器，它可以借助工程技术人员非常熟悉的传统继电器梯形图进行程序设计，以满足不同设备多变的控制要求，使控制系统具有极大的柔性和通用性，因而可以有效地取代传统的继电器控制系统和其它类型的顺序控制器。
本设计选用美国罗克韦尔公司的AB型1756-L61系列PLC进行控制，软件部分，根表运用美国罗克韦尔公司AB型PLC使用的RSLogix5000编程方式完成系统组态及编程画出梯形图以及对应的语句表，包括自动程序、手动程序、故障报警程序。
关键词：可编程序控制器 自动控制系统 自动程序 梯形图
概述
本套阳极组装悬链自动控制系统由一套悬链系统，一套的浇铸站系统，三套残极压托系统，两套磷铁环压脱系统，吸尘系统，钢爪校直系统，导杆校直系统，导杆清刷系统等组成。根据生产的需要，本阳极组装系统可进行手动调试、半自动调试及全自动操作。
1.1课题背景及意义
1.1.1 课题背景
随着经济的高速发展和现代化生产水平的提高，传统的阳极组装不仅工作量大、效率低，而且差错率和人为误差高，而且占用了大量的人力资源。国内各大铝厂需要一种投资较少，安装及维护方便，通信可靠。在国家有关部门颁布的文件中已经指明今后要淘汰一些能耗高、浪费资源、污染环境、自动化程度很低，浪费劳动力的设备。大力推行新型高度自动化的设备，这无疑会促进我国工业的大力发展。
1.1.2 课题意义
本项目成果----阳极组装悬链自动控制系统主要应用于的控制。该控制系统针对炭块组装的生产过程，以PLC和触摸屏为主要技术手段，通过生产过程的智能控制、生产过程监视、故障自动诊断及实时安全监控，改善了炭块组装系统的性能，完成组装生产工艺要求的自动控制，提高了产品质量，方便了设备维护，确保了安全生产。
本项目计划要求达到的性能指标包括：完成炭块与导杆组装生产工艺要求的自动控制；能够设置系统参数，便于不同用户的需求；能够监控系统的工作过程，并在屏幕上显示；具有故障诊断功能。系统出现故障时，能够完成故障原因的查询；能够统计出当班产量和总产量；能够实现自动与手动控制的切换。 经过研究并通过对样机实际测试，该系统完全达到计划书中所要求的功能，并增加了实时安全监控，这样可以保证生产得以顺利进行，同时也可避免因安全隐患而造成的生产安全事故，使系统更加安全、可靠，超过了计划指标的要求。
1、控制系统采用传感器采集数据，利用可编程控制器控制机械运动。
2、 控制系统的人机界面采用触摸屏，除了可将生产过程中的每一阶段、每一环节都详尽如实地反映出来，使生产人员可清楚地了解生产进程，便于生产管理外，还可以根据生产过程中的实际情况，结合生产过程中积累的经验，实时调整生产控制参数。
3控制系统设计了一套完善的实时报警和安全监控系统，当生产过程中设备运转出现不正常或发生故障时，系统会立即发出警报提示，技术人员可根据实际情况及时进行处理。这样可以保证生产得以顺利进行，同时也可避免因安全隐患而造成的生产安全事故。
4、控制系统的软件采用模块化设计。
1.2 课题研究内容
(1) 基于课题的研究需要，介绍了AB型PLC，触摸屏等相关技术。
(2) 为更好的理解整个系统以及了解炭块组装自动控制系统的控制过程，介绍了这套系统的各种通信方式。
(3) 根据这套炭块组装系统所需元器件进行了硬件部分的选材与设计。
(4) 详细介绍了基于AB-1756-L61 PLC的软件设计思路，并给出了软件界面及功能的设计实现。
本课题主要研究如何使用AB-1756-L61型PLC控制本套自控系统，编写梯形图程序，并用RSLogix5000编程软件将程序输入到PLC内。主要以软件调试为主，现场硬件调试作为辅助，在这不做详细介绍。
2.1 PLC控制系统框架图
系统组件
汽轮机热工监视和保护装置以及由其所组成的信号报警系统和保护控制系统，是保护汽轮机安全运行的重要设备。随着机组容量的增大，汽轮机安全监视和保护就显得更加重要，同时对汽轮机安全监视和保护装置的准确性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期设计的保护系统大多为继电器及硬件逻辑搭接的，它的系统可靠性较差，维护量较大。因此，采用可编程控制器（PLC）对汽轮机热工监视和保护装置进行控制显得十分重要和必要。以下所介绍的为应用PLC控制的汽轮机保护系统。
1 汽轮机保护系统概述
汽轮机在正常运行过程中，需要根据用户用电量来调节负荷，为了防止调节系统因故障失灵，和汽轮机突然甩负荷时引起超速危险，以备在机组出现某些异常时迅速动作停机，防止发生事故。汽轮机必须设置转速、转子的轴向位移、轴瓦振动、机缸相对膨胀、汽轮机各轴承的油压和油温、凝汽器的真空度、发电机的主保护动作等参数的保护，在这些参数中的任何一个超过所规定的允许值时，要求自动发出信号使磁力断路油门动作，泄掉安全油，切断进汽，进行强制停机，并且同时声光报警，记录停机原因，向DCS控制系统和调节系统发送联锁信号，联锁调节门、发电机和油泵，使整个系统迅速回到安全状态，达到保护汽轮机的目的。
2 系统组成
汽轮机保护系统由现场设备部分、PLC控制系统部分、人机界面（触摸屏）和外围联络系统组成。现场设备主要包括：汽轮机本体监测系统（检测汽轮机转速、轴向位移、轴承瓦振动、汽缸相对膨胀等）、压力检测系统（检测润滑油压力、安全油压油、凝汽器真空度）、油温检测系统（检测各轴承回油的温度）、磁力油路遮断停机系统；PLC控制系统包括：冗余的PLC控制器、信号隔离继电器、驱动继电器和接触器；外围联络系统包括：DCS控制系统、汽轮机转速负荷调节系统。系统结构如图1所示。整体系统构成了现场数据采集处理、监视和现场设备控制。
3 硬件设计
由于汽轮机保护系统的重要性，决定了该系统在任何时候不容许出现误动作或拒动作，因此作为逻辑控制单元的PLC一般选用国内外品质高、稳定性好的产品，例如AB-ControLogix系列、GE-PAC7i系列、施耐德公司Modicon QUANTUM系列产品。
以下以选用AB-ControLogix系列PLC为例对系统进行说明，系统采用双机热备冗余配置，控制核心部件（CPU）配置两套，分别安装在两个独立的机架，两个机架的CPU通过光纤连接的同步模块同步热备运行，在任一套CPU及相关部件出现故障或错误时，会无扰动切换到另一套CPU，保证了系统的可靠稳定运行。PLC的IO模块安装在独立的IO机架，IO与CPU的通讯方式为冗余ControlNet网络。PLC的开关量输入输出点都选用继电器隔离，彻底防止了现场的干扰信号对系统的不良影响，保证了系统能够长期可靠运行。
人机交互单元选用Allen-Bradley 公司的PV1000 彩色工业触摸屏产品，在触摸屏上可以进行监视、操作和运行参数记录，触摸屏是系统的操作员站,人机对话简单方便、系统组态便于修改和扩充，并且触摸屏具有不死机可以长期稳定运行的优点。触摸屏与CPU的通讯方式也是通过冗余ControlNet网络。
汽轮机保护系统的PLC结构示意图如图2所示。由图可以看出，在保护系统投入正常运行后，如果一套CPU出现故障或一条通讯介质接触不良，不会影响保护系统正常运行。
4 软件设计
软件设计包括两部分：PLC控制保护逻辑和触摸屏监视、操作记录画面组态。PLC控制保护逻辑采用梯形图编写，保护逻辑程序选择连续性任务在全部时间内运行，使保护逻辑程序始终运行。保护逻辑程序主要包括各项保护投退部分，报警与显示部分，跳闸动作部分，事件记录和SOE记录等几个部分。
由于采用了触摸屏，保护投退由一个总保护开关，扩展为每一项保护设置独立的保护开关，各分项保护开关在触摸屏上组态实现。各项保护投退相当于汽轮机保护系统的开环运行或闭环运行的选择钥匙，在保护退出时，汽轮机保护系统属于开环运行，此时保护对应的运行参数异常，保护系统只发出报警，不会动作跳闸；在保护投入时，汽轮机保护系统属于闭环运行，此时保护对应的运行参数异常，保护系统发出报警，同时动作跳闸，关闭主汽门。分项保护开关的设计，使得保护系统更灵活，现场工作人员可以根据运行情况投入部分重要的保护功能，不满足条件的保护暂时不投入。
PLC采集到的现场汽轮机报警信号、跳闸信号分别在触摸屏报警画面和跳闸画面显示，取代了以前用大量光字牌显示报警跳闸的方法，大大减少了日常维护量。跳闸动作信号进行跳闸记录，为分析汽轮机跳闸原因提供了很好的依据。PLC保护逻辑与触摸屏之间通过对应的CotrolNet通讯协议进行实时通讯，从而保证了汽轮机运行参数在触摸屏上显示和进行事件记录，在触摸屏上进行的操作实时被PLC扫描，并在程序中执行。
SOE记录要求达到毫秒级别，需要在PLC中通过程序实现，并在PLC中记录，把记录结果在触摸屏上显示。
5 结论
根据上述的思路和方法，由PLC控制的汽轮机保护系统已先后在沈阳新北热电厂、寿光巨能热电厂、通辽盛发热电厂等数十个用户单位的汽轮机设备上投入运行，结果表明系统的设计是合理的，系统在现场运行稳定可靠，不仅提高了设备的自动化运行水平，减轻了现场人员的维护量，而且延长了汽轮机的运行寿命，有着明显的经济效益和社会效益。
本机组电气控制系统采用法国SCHNEIDER公司提供的PLC控制器，其他电器配套有进口接触器、热继电器、空气开关和三相电源监测器，可确保机组安全运行。为了使机组可靠运行，电脑配置了程序系统，应用功能达到目前同行业先进水平。本电脑通讯端口采用RS-485信号标准的9针D型连接器，并符合EN50170所定义的PROFIBUS工业现场总线标准，可实现计算机联网监控。本机组电脑设定可进行远程控制，能与用户设备故障连锁及故障信息显示和输出，具有节能，自动均衡运行，安全可靠等特点。
本操作指南适用于单机头、双机头全封闭压缩机、螺杆式压缩机组成的LSB型水冷冷水机组和LSBLGRFZ、LSBLGFZ型风冷冷（热）水机组的操作运行（软件编号：SX100）。
2.开机前准备
机组启动之前必须认真检查以下几项内容：
2.1.电气系统的检查（断电检查）
在确定机组断电情况下，应对电控箱内部进行检查。主要检查导线、接触器等元件的螺丝接头是否紧固，双绕组及星三角启动的接线方法是否正确（请参见随机图纸），压缩机接线是否牢固，各接插件及PLC模块连接是否牢固（是否有运输过程的松动）以确保接触良好。所有安全装置和阀门是否打开，带手动复位的控制器是否已经复位。
2.2. 通电检查
先将电控箱内的空气断路器置于OFF状态，接通AC380V±5%，三相不平衡度≤3%的电源。控制电路通电后后电脑指示灯应有反应，如无反应则检查电源相序是否与本机相序相符（内部有三相电源监测器），请在总电源处调换相序。再接通冷凝风机主电路，检查冷凝风机转向，通常冷凝风机相序与三相电源监测器相序一致。
机组启动之前，要求压缩机曲轴箱预加热8小时。
3.电脑操作方法
触摸屏为SCHNEIDER公司所产的XBTG6330。其中所有显示画面均采用中文。您可以方便地根据需要查看信息和修改参数。当您在一定时间内没有触摸屏幕，屏幕将自动进入节能状态。
系统检查完毕，供电方式能满足要求，接线无误，可进入开机操作。
初始屏幕
当触摸屏通电有显示后，即可出现初始屏幕：
3.1.画面选择
再次界面下可以选择监控画面、报警画面、修改运行设定、修改系统参数、修改运行设定为用户设定项，当用户需要设定时按一下画面的0处出现出现对话框输入密码1234后按回车键就可进入，修改系统参数操作同修改运行设定（密码为5678）
3.2.监控画面
显示当前机组状态、时间、温度、压缩机、风机、四通阀和各个故障点的显示情况，当机组没有故障时参数监控四个字下面的方框内显示为正常，当有故障时显示故障，在此画面下按下运行按钮后按钮变为白色及为开机。点按进水温度控制/出水温度控制转换键，可对控制机组运行的探头进行选择。可以进行本地和远程控制的选择，和定时开关机的选择。
3.2.1. 报警信息键
当机组出现任何不安全因素时，控制系统都会给予报警，同时采取相应的保护措施，确保机组的安全运行，并通过触摸屏能直观的看到故障类型，提示用户进行修复。如果机组有故障或按下故障查询键时将出现报警信息对话框。具体显示屏幕如下：
3.2.1.1.当前报警信息
按下当前故障键显示当前发生的故障，按上下箭头查阅：
系统显示的故障如下：
（1）压缩机1过载保护
（2）压缩机1高压保护
（3）压缩机1低压保护
（4）冷凝风机1过载
（5）压缩机1油位保护
（6）水流开关报警
（7）水泵故障。
（9）用户故障联锁。
（10）进水探头故障。
（11）出水探头故障。
3.2.1.2.历史报警信息
故障排除后，按下故障复位键清除故障信息。按下返回键回到上级屏幕，按下历史故障键可以查阅曾经发生的故障信息。按上下箭头查阅：
4.系统参数
按下主屏幕的“系统参数”键，输入密码后显示系统主菜单如下：
在系统功能屏幕，您可以根据需要进行操作如定时开关机的设置除霜时间和温度的设定等。
4.1.温度设定
按下屏幕的“温度设定”键，显示如下。
在此页面可以对进出水温度进行设定和温度探头的补偿，点按所显示的数字便可更改。当电脑显示的温度与实际温度有差别时，可以校准。例如：电脑显示的温度比实际温度高2.5度，那么温度校准输入—2.5度，反之亦然。
点按所显示的数字便可以更改设定值。
出水温度可调节范围：制冷5—20℃ 制热15-55℃
在此界面下可进行强制除霜的选择，当机组结霜很严重时除霜探头不能正常的检测当前的温度，造成除霜不能正常进入致使结霜很严重，在此条件下可以选择强制除霜。
4.2.运转设定
在“监控画面”画面上，点按“运行设定”键，显示如下：
控制方式的选择可以选择本地、定时和远程控制，压缩机的控制台数可以选择单台和双台，以及制冷制热的选择。
4.3. CPU TWDLCAA40DRF输入点
I0.0 水泵一热继电器 I0.1 水流开关保护
I0.2 防冻开关 I0.3 用户连锁
I0.4 压缩机远控ON/OFF I0.5 1#压缩机中压保护
I0.7 1#压缩机热继电器 I0.8 系统一1#冷凝风机热动开关
I0.9 1#压缩机高压保护 I0.10 2#压缩机低压保护
I0.11 1#压缩机油位保护 I0.19 压缩机油压差保护
I2.0 1#压缩机机内保护 I0.21 系统二1#冷凝风机热动开关
4.4. CPU TWDLCAA40DRF输出点
Q0.2 系统四通阀 Q0.3 1#冷冻水泵
Q0.4 25%卸载阀 Q0.5 50%卸载阀
Q0.6 75%卸载阀 Q0.7 2#冷冻水泵
Q0.8 喷液电磁阀 Q0.9 故障输出
Q0.10 冷凝风机一控制 Q0.11 冷凝风机二控制
Q0.12 辅助电加热 Q0.13 中间喷液电磁阀
Q0.14 压缩机主接触器控制 Q0.15 压缩机星接触器控制
