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    一工艺要求

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    （1）正常生产过程中，2台压缩机应至少有1台运行，即使在相互切换时，也不允许发生两台机器全部停止的现象。

    （2）保持压缩机出口压力在预定值上。

    （3）能实现对压缩机运行状态进行分析，以实现预测性检修。

    二系统控制原理

    （1）工艺设定压缩机管网正常出口压力为P1，而现场实际测定压力为P2，根据ΔP（=P2-P1）值大小由PLC内PID功能模块进行PID运算，控制变频器来改变电动机转速，达到所要求的压力。当ΔP＞0时，现场压力偏高，则提高变频器输出频率，使电动机转速加快，提高实际风压；当ΔP＜0时，现场压力偏低，则使转速降低，ΔP减小。这样不断调整，使ΔP趋于0，现场实际压力在设定压力附近波动，保证压力稳定。系统结构如图1。

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    （2）压缩机长期运行，造成各部件间隙变大，这样引起的振动会越来越大，容易造成压缩机各部件的损坏。由PLC对现场振动情况进行判断分析，可提前对压缩机进行计划性维护保养，这样可大大延长设备的使用寿命，提高设备运行可＊性，减少设备故障引起的非计划性停车。

    三设计方案

    该方案主要由1台SiemensECO1-7500/3变频器、1台S7-200型PLC（CPU215/216，配套EM235扩展模块）以及接触器、操作按钮、1台现场压力变送器和2台振动测量装置（振动变送器）组成，用PLC实现压缩机出口压力单回路闭环PID控制以及压缩机起动、停止、切换、故障处理等各种电气控制功能，由振动变送器对压缩机状态进行监控分析，以实现预测性维护维修。主回路如图2。

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    （1）PID运算功能的实现

    S7-200系列中CPU215/216具有32位浮点运算指令和内置PID调节运算指令等特殊功能。使用时，只需在PLC内存中填写1张PID控制参数表（见下表），再执行指令：PIDTABLE，LOOP，即可完成PID运算。其中操作数TABLE使用变量存储器VBx，用来指明控制环的起始地址；操作数LOOP是控制环号（常数，0～7）。编号为2、4、5、6、7的参数固定不变，可在PLC主程序中设定；编号为1、3、8、9的参数具有实时性，须在调用PID指令时填入。

    由于S7-200输入和输出为开关量，而变频器、压力变送器和振动变送器的信号为模拟量，因此EM235模块要实现D/A转换。一个EM235模块可同时扩展3路模拟量输入通道（接1路压力信号，2路振动信号）和1路模拟量输出通道（接至变频器）。

    （2）起动

    M1和M2各有两种起动方式，可通过转换开关选择变频/工频起动方式。

    （3）运行

    正常情况下，电动机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机备用状态。现场压力变送器检测管网出口压力（4～20mA模拟量信号），并与预定值相比较，经PLC内部专用PID指令进行运算，得到变频器所需频率信号，自动调节电动机转速，达到所需管网压力。

    （4）停止

    按下“停止按钮”，PLC控制所有接触器断开，变频器停止工作。

    （5）切换

    当需从电动机M1切换到M2时，接触器KM2断开，KM1闭合，此时电动机M1工作在工频下，在变频器完全停止后，KM4闭合，变频器重新起动，电动机M2在变频器驱动下起动；完全起动后，KM1断开，电动机M1停止，切换操作结束。电动机M2切换到M1过程类似。

    （6）报警及故障自诊断

    通过PLC内部程序设定报警及联锁保护，一旦出现故障立即停止相应操作并报警。对于故障自诊断功能，考虑到成本问题，未设计上位机，只设置相应故障代码，通过4位数码管显示，使维修人员可根据故障信息方便查找到故障点。如：（a）压缩机油压低、水压低等故障信号，可由现场防爆电接点压力表测得，直接送至PLC，由PLC控制实现声光报警和延时停车；（b）增设现场振动传感器，并将信号送至PLC，对压缩机运行状况进行显示和诊断。

    四几点体会和设计中应注意的问题

    （1）采用变频控制后，实现了压缩机的软起动，减小了起动电流对电网的冲击；节电效果明显，1年内可回收全部投资。

    （2）采用PLC后，组成闭环自控系统，实现自动调节，运行更加稳定可＊。

    （3）变频器、PLC、接触器等可安装在一台控制柜内，可就地或远控操作，方式简单灵活。

    （4）系统可扩展性较好。若有多台压缩机在变频/工频供电方式下运行时，只需将增加信息或信号引至PLC，即可实现整个系统的自动控制；若生产需要，本系统也可方便接入DCS或上位机，建立人机界面的监控系统等。

    （5）预测性维护检修可大大延长压缩机使用寿命，提高可＊性，减少停车损失，降低运行费用。

    （6）PLC控制电动机在变频/工频供电方式下切换时，须保证各接触器闭合和断开顺序以及足够的延时，以防止电动机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出逆变桥上，造成损坏。

    （7）PLC须实现KM2和KM4间的互锁，以防止2台电动机同时变频起动，使变频器因过载而损坏。

    （8）因2台电动机会在短时间内分别在工频和变频下同时运行，故变频控制柜的总电源开关需按2台电动机负载量考虑

  我厂KP8000t热模锻压力机铸造生产线，由5台OMRONC200H型可编程序控制器（PC）控制。下面介绍我们对PC一次CPU停机故障排除方法，以期同行指正。

    1.故障现象

    据值班电工反映，系统电源指示灯POWER亮，正常操作外部开关、按按钮时，CPU面板上ERROR报警指示灯亮，外部输出切断，当时刚好上午准备下班。下开机时，从CPU内部冒出一股浓烟，此时，PC交流电压为247V左右。

    2.故障分析及处理

    当PC控制出现下列优先级错误时会引起CPU停机：CPUWAIT’G(CPU等待)、MEMORYERR（存储器错误）、NOENDINST（无结束语句）、I/OBUSERR（I/O总线错误）、I/OSETERR（I/O设置错误）、I/OUNITERR（I/O单元错误）、SYSFAILFALS（系统出错）等。

    用编程器读出出错信息如下：COUWAIT’G、MEMORYERR。拆下该CPU，经查看内部线路，发现CPU内部电源部分一集成件SI-9510A已炸开，显然，CPU不能运行。可能原因是当时电源电压高于OMRON产品给定电压高值(240Va.c)7V左右或该集成件本身质量欠佳造成的。更换同型号CPU，ERROR红灯仍亮，系统不能启动，用编程器读出的出错信息依然如故。

    为了防止意外和查看问题方便，我们将备用的存贮器换上，因其RAM中无用户程序。此时，能引发CPU等待的错误主要有两个方面：特殊I/O单元等待及扩展I/O单元等待。首先，我们查看了扩展单元的各部分，其电源供给正常，发现连接电缆插头松动，插好，试机，PCCPU依然停机，但无存贮器错误显示。由于系统未进行I/O地址登记，为查找原因方便，将扩展机架“离线”操作，直接检查主板特殊单元。存贮器中RAM为空白，只要拆下坏的模板后，CPU就应运行，其RUN指示灯亮（编程器置RUN或MONIT状态）。当拆下主板上OD215模板后，RUN亮，将备用的OD215进行状态设置，替换后也亮。此时，再将原来的存贮器换上，结果编程器上蜂鸣器马上声响，又出现MEMORYERR出错信息，可见存贮器也被烧坏。只能用备用的存贮器，重新输入原始用户程序，分段检查、试车，后全部重新试车，系统正常，交付使用。

    直此，笔者认为引起这次停机故障的可能原因是特殊I/O单元OD215损坏，又由于偶然因素如电压偏高，使CPU烧坏及存贮器损坏。

    3.体会

    （1）PC控制系统设计时，其电源的稳压设计必须引起重视，以满足当地电压波动范围适合PC规范要求，为此，我们正着手改进原电源线路

    （2）程序需备份。设计者一般均有程序备份，用户手中也必须有正确的程序清单。

    （3）平时应当注意何处可以购买到备件，以便及时修复机器。

随着现代采煤技术的飞速发展，煤炭的产量不断提高，用电量成倍增长，使得用电设备逐渐向大型化、连续化和自动化方向发展，因此对真空电磁启动器的要求越来越高。为了使真空电磁启动器具有智能保护功能、多种控制方式、简单的结构和方便的操作界面，从初的继电器控制系统到单片机控制系统，人们对真空电磁启动器的控制系统一直在进行改进。近几年来，人们将PLC应用在馈电开关的控制系统中，取得了很好的效果。

    本文介绍杭州和利时公司自主研发的HOLLiASLM系列PLC在六路矿用本质安全型真空电磁启动器中的应用。这种真空电磁启动器主要应用于含有爆炸性气体和煤尘的矿井综合开采工作面，在交流50Hz、额定电压1140V或660V、额定电流400A及以下的线路中，作为低压供电系统的启动器。采用基于HOLLiASLM系列PLC的控制系统，可以实现过载、短路、缺相、漏电等保护功能，系统的可靠性高，性能稳定，控制方式灵活多样，能够在井下高瓦斯区域安全可靠地驱动电机工作。

    电磁启动器控制系统的主要功能

    电磁启动器采用以PLC为核心所组成的控制系统，完成信号的采集和控制。根据不同的控制方式，PLC对主回路的通断进行控制。当故障发生时，PLC控制系统可以实现综合保护，并显示故障状态。

    6路电磁启动器具有6个真空交流接触器（CKJ），将其组合成3个系统，每个系统的控制方式分为单台控制、延时控制、单回路双速控制、相互组合双回路双速控制等4种情况。再将这3个系统的控制方式根据需要进行组合，这样，电磁启动器的控制方式一共有71种。根据这71种控制方式的不同，PLC控制主回路的通断。

    实现综合保护功能的电路主要包括漏电闭锁电路，以及粘管、过载、短路、断相等保护电路。漏电闭锁电路主要由检测电源板、漏电闭锁继电器和传感器等组成。电磁启动器将漏电检测信号送入模拟量输入模块，完成漏电检测。当设备绝缘水平下降到漏电闭锁动作值时，PLC产生并输出闭锁信号，闭锁启动器。传感器将电流互感器采集的三相线电流信号送入模拟量输入模块，PLC判断该电流信号的大小，对电动机进行过载、短路、断相等保护。当开关停止时，或真空接触器的真空管发生三相触头粘连不能断开时，PLC在2秒钟内会发出信号，使上级馈电开关跳闸。

    PLC控制系统硬件选型

    在6路矿用本质安全型真空电磁启动器控制系统中，根据24个电流传感器和1个电压传感器所采集到的模拟信号的变化，并结合不同的控制方式，可以控制6个主接触器，并对故障、闭锁、开车预警等继电器的通断进行控制，使得电机能够安全、准确地运行。

    根据统计，PLC控制系统的I/O点共有61个，其中开关量输入点17个，开关量输出点19个，模拟量输入点25个，没有模拟量输出点。根据输入和输出的要求，本系统的控制器选用和利时公司具有自主知识产权的HOLLiASLM系列PLC，I/O点分配表如表1所示。   

表1PLC控制系统的I/O点分配表

    根据输入和输出点的统计，本控制系统的模拟量输入比较多。由于大部分品牌的小型PLC只有4通道模拟量输入模块，如果采用4通道模拟量输入模块，则至少需要7个模块，那么就很有可能超过一个CPU模块所能支持的扩展模块的数量。这样，就必须采用两个CPU模块，从而增加了系统硬件的数量，提高了系统集成的成本。

    但是，在和利时公司HOLLiASLM系列PLC的系列产品中，有8通道模拟量输入模块，因此上面的这个问题就变得简单了。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量的LM3107，其它扩展模块的选择如表2所示。PLC的人机界面选用HITECH触摸屏。这些配置完全能够满足系统的要求[1][2]。    

表2PLC控制系统的模块选型

    PLC控制系统软件设计

    PLC控制系统的可以对电磁启动器进行智能控制与显示，具有过载、短路、漏电闭锁、断相和真空管粘连等保护功能，可以进行状态参数的设定、保存和统计，对于故障参数可以显示和记忆。从控制系统的主要功能出发，为了增加程序的可读性，减少程序代码，PLC程序采用主程序调用子程序和功能块的程序结构。PLC程序由1个主程序、9个子程序和7个功能块组成，其调用关系如图1所示，各个子程序和功能块所实现的功能如表3所示。程序代码所占用的内存空间为55K。

图1程序调用关系图  

 表3子程序和功能块所实现的功能

    本系统采用HITECH触摸屏作为人机界面。出于对安全的考虑，触摸屏被封装在铁柜中，只能通过金属按钮操作触摸屏上固定位置的功能键，这样难免要增加一些选择页面。本系统触摸屏程序页面共有130多页。图2和图3是系统的两个主界面，其中图2是系统运行时显示的主界面，图3是系统操作时显示的主界面。

图2系统运行时显示的主界面

图3系统操作时显示的主界面

    结论

    采用传统的继电器控制系统来实现真空电磁启动器的控制，由于机械接触点很多，接线复杂，参数调整不方便，而且机械接触点的工作频率低，容易损坏，可靠性差，安全系数低。采用单片机控制器虽然可以减少接线，可靠性和安全性有所提高，但由于单片机本身的抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，因此，越来越不能满足复杂多变的智能控制要求。在本文中，将和利时公司HOLLiASLM系列PLC应用于真空电磁启动器的控制系统中，增加了许多附加功能，达到了智能控制的目的，提高了系统的可靠性和安全性，同时降低了产品的成本。

1 引言

    PLC在机械制造的设备控制中应用非常广泛，但在普通车床数控化改造中，用PLC作数控系统的核心部件还是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善，这将是一种发展趋势。本文对此加以讨论。

    2 车床的PLC数控系统控制原理设计

    2.1车床的操作要求

    车床一般加工回转表面、螺纹等。要求其动作一般是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换;并且能进行单步操作。

    2.2PLC数控系统需解决的问题

    车床的操作过程比较复杂，而PLC一般只适用于动作的顺序控制。要将PLC用于控制车床动作，必须解决三个问题：   

    1）如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;

    2）如何改变进给系统速度;

    3）车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程的变化。

    将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合，这些问题是可以解决的。

    2.3数控系统的控制原理

    普通车床数控化改造工作就是将刀架、X、Z向进给改为数控控制。根据改造特点，伺服元件采用步进电机，实行开环控制系统就能满足要求。Z向脉冲当量取0.01mm，X向脉冲当量取0.005mm。选用晶体管输出型的PLC。驱动步进电机脉冲信号由编程产生，通过程序产生不同频率脉冲实现变速。X、Z向动作可通过输入手动操作或程序自动控制。车螺纹的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生，通过与门电路接入PLC输入端，经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位、车刀进、退可由手动或自动程序控制。图1为数控系统原理图。[1]

    3 PLC输入、输出（I/O）点数确定

    所设计的车床操作为：起点总停、Z、X向快进、工进、快退;刀架正、反转;手动、自动、单步、车螺纹转换。因此，输入需14点。根据图1得输出需9点。I/O连接图如图2所示（以三菱F1S-30MT）为例。

图2I/O连接图片

    4 驱动程序（梯形图）设计

    4.1总程序结构设计

    手动、自动、单步、车螺纹程序的选择采用跳转指令实现。图3是总程序结构框图。若合上X12（X13、X14、X15断开），其常闭断开，执行手动程序;若X12断开，X13全上，程序跳过手动程序，指针到P0处，执行自动程序。

图3总程序框图

    4.2手动程序梯形图设计

    手动程序、自动程序需根据具体零件设计，这里仅以Z向快进、工进、快退的动作为例加以说明。其梯形图如图4所示。   

图4Z向手动程序梯形图

    在执行手动程序状态下，按X0，Y1接通，作好起动准备。按X2，辅助继电器M0接通。通过T63计时及Y2触点组合，产生频率为103/2i的脉冲信号（i为计时时间，根据需要设定，单位为ms），驱动Z向快进。当按下X3时（M0断开），M1接通，M1与定时器T32组合使Y2产生频率为103/2j的脉冲（j>i），由Y2输出，实现工进。按下X4时，M0、Y3同时接通，电机快速反转，实现快退。限于篇幅，其它程序梯形图略。[2]

    5 结束语

    数控车床在我国机械制造业中的应用正在迅速发展，但高精度数控机床价格昂贵，而且在实际生产中有大量形状不太复杂、精度要求一般的零件，这就需要精度一般的数控车床加工。同时，我国现有大量可用的普通车床，对这些车床进行数控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。以前车床数控化改造用的是Z80、8031芯片作数控系统的核心部件，它的价格较贵且系统较复杂。用PLC作为车床的数控系统，有成本低、系统简单、调整方便等优点，必将会得到广泛应用。