西门子模块6ES7221-1BH22-0XA8现货速发
1 引言
沧州炼油厂炼油三部沥青车间现有年产十万吨道路沥青装置一套，车间配套有装车用桥式起重机两台，该桥式起重机是张家口起重机厂1979年10月生产，我厂1980年4月投用，经过20多年的使用，该设备已经非常陈旧，且随着近几年产量的增加，起重机使用频率增加，天车故障频发，沥青桥式起重机(又称天车)的电气维护一直是我们日常维护的一项重要工作，往往投入了大量的人力物力，还不能保证天车的正常使用，每年都消耗大量的材料费用。为解决该问题，2004年4月份我们组织了技术人员进行了QC攻关，经过比较决定采用施耐德公司生产的Modicon TSX Neza PLC，代替原电路中的JT3-11/1时间继电器，改造后，经过两年的使用，效果良好。
2 控制电路的分析与改造
在桥式起重机电路中，故障发生比较多的是抓斗提升、张合部分的控制电路。抓斗提升、张合主电路如图1所示。控制电路如图2所示。
图1 原主电路
图2 原控制电路
图2中，KM11、KM33、KM22、KM44分别是控制抓斗提升、张合的主接触器，KM1～KM6是切除电阻的接触器，KT1～KT6是时间继电器，时间继电器的作用是分级延时接触启动电阻，由于动作频繁所以故障频发。我们通过分析可以看出:
(1) 由于时间继电器的型号是JT3-11/1-110V，因此工作回路是一个半波整流降压回路，要使JT3-11/1正常工作，该回路中的二极管、降压电阻、接触器辅助接点均应可靠工作;
(2) JT3-11/1型号的时间继电器的辅助接点导致电气故障经常发生的一个主要点，如机构故障、接点接触不良故障，检修起来非常烦琐;
(3) JT3-11/1的线圈本身也经常出现短路和断路故障;另外，在这部分控制电路中，切除电阻的接触器和时间继电器辅助触点相互控制，互为因果，电路比较复杂。我们通过以上分析可以看出:无论哪一点出问题，都会导致抓斗电动机直接起动，使电机的起动转矩大大下降，如果发现不及时，极易烧坏电机。
施耐德公司生产的Modicon TSX Neza PLC功能比较丰富，容易使用且工作可靠，CPU单元具有12点输入和8点输出的20点I/O的基本结构，可根据需要多连接3个扩展模块扩展至80个I/O点。根据原电路要求，笔者用两个Modicon TSX Neza PLC更换了6个时间继电器，用PLC的输出节点对KM1～KM6接触器进行控制。改造后的原理图如图3图、4所示。
图3 Modicon TSX Neza PLC的电源回路
图4 Modicon TSX Neza PLC的输出回路
由于Modicon TSX Neza PLC一接通电源就运行其中的程序，因此通过抓斗主接触器来控制Neza PLC是否运行。我们对Neza PLC进行了编程，使其输出节点依据设定的延时时间依次导通，达到原电路的动作要求。考虑到Neza PLC的安全运行，实测了接触器(CJ12-100)线圈的实际工作电流是0.7A，为了防止线圈烧毁而损坏继电器的输出接点，该接点的额定电流是2A，在输出回路中串联了一个2A的保险管，保障该回路的接点不致被损坏。
3 抗干扰措施
由于PLC的安装地点是在桥式起重机的电气控制箱上，处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
3.1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰
在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰窜入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU 电源、I/O电源)等进入的。对于给PLC系统供电的电源，必须采用隔离性能较好电源。
3.2 电缆选择的铺设
为了减少动力电缆辐射的电磁干扰，我们选用了屏蔽电缆。在工程中，采用铜带铠装屏蔽电力电缆，可以大大降低动力线产生的电磁干扰，使工程取得满意的效果。
不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层铺设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号;避免信号线与动力电缆靠近平行铺设，以减少电磁干扰。
4 结束语
引言
随着国民经济的发展，对电力系统、电厂的要求越来越高。对于水电厂来说，装备一套结构合理、功能完善、可靠性高的现地控制单元，是水电厂提高安全生产水平，实现“无人值班”的重要环节。
2 原有设备问题分析
2.1 原有现地单元
原有现地控制单元包含一面盘柜，柜内安装了Modicon984-145型PLC，参见图1。该PLC属于凑型的PLC，基本的控制和数据采集功能都可以实现;与一体化工控机以及上位机采用了MB+网方式通信，该PLC仅具有一个RS-233口，协议固定为MODBUS，规约只能是MODBUS从站。
图1 原有盘柜布置图
2.2 原系统存在问题
(1) 整个电站的通信采用一个MB+网，当通信线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运行，对电厂的安全运行形成隐患;
(2) 对外通信扩展不方便，许多外部设备的信息无法采集到PLC中去;
(3) 随着外部控制设备的更新改造，所需测控点数增加，原有配置已无法满足要求;
(4) 当地显示界面即一体化工控机故障率比较高;
(5) 备品备件订货越来越困难。
为此需对现地控制单元进行更新改造。
3 技改方案分析
结合水电厂现场改造的经验，提出如下三个现地控制单元改造方案以供比选。
(1) 全部更新
把原有设备全部更新，改用Quantum PLC。全部更新，原有设备要全部报废，这样改造的成本较高，同时现场配线、安装等工作量都较大，改造周期较长。
(2) 扩展DI/DO新屏
扩展一面屏，增加开关量输入和输出点数，PLC仍采用Modicon984，和上位机通信仍需采用MB+方式。由于仅仅是对原有系统进行扩充，增加了相关的点数，整个系统的功能特点以及可靠性等并没有过提高，这种方案改造的意义不大。
(3) 扩展PLC新屏
原有屏柜保持，新扩展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC与原有PLC采用MB+网进行通信;与上位机通信方式改用以太网通信，即PLC直接上以太网，在新增屏柜上安装一台通信管理机。
在充分利用原有设备的基础上，增加了一套Quantum PLC，数据处理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有无与伦比的网络连接能力，特别是应用于MODBUS PLUS网络的站间通讯(Peer Cop)技术，其快速、准确、可靠的性能充分满足功能要求，在新盘柜和旧盘柜之间即采用MB+网进行通迅，高速MB+网络的通讯功能也得到了充分的利用，上位机的通迅改用了以太网方式，提高了速度和可靠性，同时改造过程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。
4 系统设计
系统配置方案如图2所示。在该方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何更改;增加了一套盘柜，盘柜内安装了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件。这就弥补配置点数不足的问题，同时解决了与上位机通信的问题。
图2 原配盘柜与扩展盘柜
4.1 数据采集和处理功能
原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，两套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有数据通过MB+网络，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC对所有的数据进行处理，即数据处理功能全部由Quantum PLC完成，这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。
4.2 控制和调节功能
Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件，即都具有控制和调节功能;Modicon984 PLC中的开出点，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，两者是‘或’的关系;Quantum PLC通过MB+网络，采用Peer Cop方式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去，同时Modicon984 PLC也编有程序，可以实现对开出点的控制，这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。
4.3 人机界面
在新增盘柜，装有触摸屏，触摸屏与Quantum PLC通迅，这样可以实现所有数据的实时动态显示，同时可以下发相关的控制令给Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
4.4 对外通信
在新增盘柜，安装有以太网通信模件和通信管理机，以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行采集，同时把采集到的数据信息送到Quantum CPU里，其自身具有八个RS-232串口，这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
4.5 系统结构主要特点
(1) 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O，自身可以运行PLC程序，这样一些流程就保持不变，而这些控制功能又不受所扩展盘的影响;而对Quantum PLC来说，可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理，它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等;
(2) Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通过高速MB+网络进行通信，实践证明，通信快速、准确、可靠。
5 软件的功能和实现
5.1 Modicon984 PLC程序功能设计
(1) 编写简单的程序，以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同时控制Modicon984 PLC的开出点，程序示例如图3所示:
图3 梯形图
(2) 把开关量、模拟量进行处理，送到指定的寄存器，以便通过Peer Cop方式一齐传输到Quantum PLC;
(3) 简单的辅机流程和自启动流程
由于原配置Modicon984CPU不支持Concept编程，所以仍需用MODSOFT组态软件来编写。
5.2 Quantum PLC程序功能设计
(1) 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等;
(2) 对所有采集到数据进行处理分析;
(3) 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
编程软件采用了组态软件Concept2.6，该软件支持梯形图(LD)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)等多PLC编程语言，能保证系统的各类控制功能的需求。
6 结束语
本现地控制单元改造方案，在结构、技术路线、实现方法上都有所创新，该系统的结构设计合理，技术路线和实现方法完全可行;改造实施简单，大大减少了安装、配线的工作量，改造工程实施完成几个月来，运行非常稳定，达到了预期的目标，该方案的成功应用为国内老电厂LCU的技术改造提供了典型范例，对提高发电厂的自动化的水平有重要的现实意义。
1 引言
PLC和变频调速技术以其独特优良的控制性被广泛应用在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域，但在乙炔压缩机上应用国内还是。乙炔压缩机是以电石为原料生产溶解乙炔的主要生产设备，主要用于乙炔气灌瓶，气灌瓶对金属切割工艺提供高效便利的动力。乙炔气灌装时，所处压力会逐渐升高，当灌装达到后期，由于压力升高，乙炔气会因高温而分解并放出大量的热，易导致爆炸。为使乙炔气在丙酮溶剂内充分溶解，保持乙炔气的稳定，不能超过一定的速度，因此当乙炔瓶的数量变化时，就涉及一个气量调节的问题，以往曾采用改变电机的极数来调节，近年来PLC和变频控制迅猛发展，可编程控制器和变频器质量稳定，调节直观方便，为乙炔压缩机的安全可靠性提供了更加可靠的工业控制设备。江西气体压缩机有限公司为满足用户不同工况下的应用需求，率先开发了在乙炔压缩机上应用PLC(西门子公司的LOGO！可编程控制器)和变频调速(艾墨森生产的变频器)技术，对温度、速度、流量、压力等工艺变量进行控制，取得了良好的性能效果和经济效益，该项目为2005年度江西省科技成果和科技部科技型中小企业技术创新基金立项。
2 控制系统构成
江西气体压缩机有限公司生产的变频乙炔压缩机［如2Z-1.5/25型变频乙炔压缩机，拖动电机采用了YB225M-8隔爆型(dIICT4)三相异步电动机，变频器为EV2000-4T0300G[1]］，控制系统有可编程控制及变频控制电路，由频率给定电路、空气开关、交流接触器组、频率选择开关、压力信号输入电路、隔离式安全栅、故障报警电路、电源电路、油泵电机驱动电路和压缩机主电机驱动电路等组成，频率给定电路又由可编程控制器和变频器构成。有关电仪原理如图1所示:
图1 电仪原理框图
3 控制原理及功能实现
3.1 变频控制电路
变频控制电路由频率给定电路和变频器启动停止电路组成。
(1) 频率给定电路由可编程控制器LOGO、频率选择开关SA2、中间继电器KA7～12、及指示灯HL8～13组成(见图2)。用户可根据实际用气量来选择不同的排气量，比如将频率选择开关SA2旋至“50%排气量”时，中间继电器KA7得电动作，相应的指示灯HL8被点亮，同时中间继电器KA7的常开辅助触点闭合，输出至可编程控制器LOGO的输入端I1(见图3)，可编程控制器LOGO内部已编好程序，通过可编程控制器LOGO的输出端Q1、Q2、Q3输出开关量至变频器的多段速输入端，再对变频器进行频率设定为25Hz，使之对应于“50%排气量”时的转速。同样，不同档位的频率选择，输出至可编程控制器LOGO的I1～I6输入端，就会输出不同的Q1～Q3状态，对变频器多段频率进行设定(50%、60%、70%、80%、90%、)，使之对应于不同排气量时的频率，乙炔压缩机达到不同转速运行的需求。
图2 速度给定与指示梯形图[2]
图3 LOGO可编程控制器示意图
(2) 变频器启动停止电路参见图4，由启动按钮SB2、停止按钮SB1、中间继电器KA13的常开辅助触点11、11a端子及交流接触器KM1线圈组成，控制变频器的上电，只有当乙炔压缩机润滑油压力建立后，即中间继电器KA13的辅助触点11、11a端子闭合后，交流接触器KM1才会动作。
图4 变频器启动停止电路示意图
3.2 压力信号输入电路
压力信号输入电路由润滑油压力、进气压力和排气压力信号输入电路组成(见图5)。
图5 压力信号输入电路与工艺保护电路梯形图速度给定与指示梯形图[2]
(1) 润滑油压力信号输入电路(见图6)，由压力控制器SP2(控制油压)输出一开关量，由A1、A2接线端子接入隔离式安全栅GL1的输入端9、10脚，由隔离式安全栅GL1的输出端5、6脚输出给工艺故障报警电路的3、29端，当润滑油压力低于整定值时，由故障报警电路输出停机命令给工艺故障综合中间继电器KA6(见图5)使中间继电器KA1(见图4)断开，变频器的FWD和COM输入端无运转信号输入(见图9)，使变频器停止工作，乙炔压缩机停止运行。
图6 排气压力信号输入隔离式安全栅GL1电路
(2) 排气压力信号输入电路(见图6)，由电接点氨压表SP3(控制排气压力)输出一开关量，由A3、A4接线端子接入隔离式安全栅GL1的输入端11、12脚，由隔离式安全栅GL1的输出端7、8脚输出给工艺故障报警电路的3、33端，当排气压力高于整定值时，由工艺故障报警电路输出停机命令给工艺故障综合中间继电器KA6(见图5)使中间继电器KA1(见图4)断开，变频器的FWD和COM输入端无运转信号输入(见图9)，使变频器停止工作，乙炔压缩机停止运行。
(3) 进气压力信号输入电路(见图7)，由电接点氨压表SP1(控制进气压力)输出一开关量，由A5、A6接线端子接入隔离式安全栅GL2的输入端9、10脚，由隔离式安全栅GL2的输出端5、6脚输出给工艺故障报警电路的3、27端，当进气压力低于整定值时，由工艺故障报警电路输出停机命令给工艺故障综合中间继电器KA6(见图5)使中间继电器KA1(见图4)断开，变频器的FWD和COM输入端无运转信号输入(见图9)，使变频器停止工作，乙炔压缩机停止运行。
图7 隔离式安全栅接线示意图
3.3 电源电路
电源电路(见图6)由隔离变压器、压敏电阻RV、熔断器FU、开关式稳压电源DY和稳压二极管VD组成，电源电路输出+24V电压，供给压力信号输入电路中的安全式隔离栅GL1和GL2，作为安全式隔离栅GL1和GL2的工作电源。
3.4 油泵电机驱动电路
油泵电机驱动电路(见图8)，由启动按钮SB3、停止按钮SB4、热继电器FR的常闭辅助触点2、4端子及交流接触器KM2线圈组成，控制油泵电机的启停。当油泵电机过载时，热继电器FR动作，油泵电机M2停止运转(见图9)。
图8 油泵电机与压缩机主电机驱动电路梯形图[2]
图9 油泵电机与压缩机主电机驱动电路示意图
3.5 压缩机主电机驱动电路
压缩机主电机驱动(见图8)，电路由启动按钮SB5、停止按钮SB6、交流接触器KM2的常开辅助触点21、23端子、工艺故障综合中间继电器KA6的常闭辅助触点23、25端子、热继电器FR的常闭辅助触点2、4端子及中间继电器KA1线圈组成，控制压缩机主电机M1的启停(见图9)。只有当油泵电机M2启动且油压建立后，压缩机主电机M1才允许启动，运行中若出现工艺故障或油泵电机M2过载，均能使压缩机主电机M1停止运行。
4 结束语
变频乙炔压缩机可以根据所需用，通过手动或者编程控制实现排气量的连续变化或分级输出，组合出多种方式(主要有50%、60%、70%、80%、90%、六档)，根据实验测得频率给定值与排气量近乎成正比关系。从而实现了一台代替多台压缩机的作用，满足不同工况下的应用需求，节约成本，提高了效益。同时还具有很好的性价比、操作方便、转速稳定性好、调速范围广等优点，因此变频调速方式拥有广阔的发展前景。
PLC和变频调速在乙炔压缩机上的应用，解决了乙炔气灌装时存在的安全隐患，编程控制会自动检测乙炔气的压力和温度，当达到设定指标时，机器自动降低灌气量，施行安全灌气，一旦乙炔气温度超限，机器会自动报警停机，使充气的安全性大大提高
