金华西门子S7-1200代理商

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MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备，用于轴承套圈内圆磨削，由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路，电气元件较多，且可靠性差，电气故障频繁。故采用FXon-60MR PLC对其控制系统进行了改造。

1、系统的硬件设计

任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC 就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统，所有行程开关(SQ1～SQ17),选择开关(SA3),仪表触点 (KA1～KA4),控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号；而电磁阀线圈(YV1～YV13),指示灯，充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬件构成如图1所示，为了节省输出点数，各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端；系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控制。同时为了保护PLC输出继电器，在电磁阀两端各并联一只二极管，防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击，二极管的额定电流通常选为1A，额定电压大于电源电压的3倍。

图1 PLC外部接线图

2、软件设计

（1） 程序结构

原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式，由转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排，可选用转换开关的两组触点SA3－1和SA3－2(对应PLC输入端子X20和X21)，使其分别在4种工作情况下，满足表1所示的通断状态。

表1 开关方式状态

表1中“0”表示断开，“1”表示接通。如用二进制表示X20 和X21 的状态，即为00，01，10和11四种。如图2示，自动方式时驱动M10，半自动时驱动M11，调整时驱动M12，长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。

图2 工作方式梯形图

图3 程序结构图

（2） 矩阵电路的编程处理

图4 二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图

矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：

a. SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。
b. SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。
c. SA1、SA2同时合上，由于KA5、KA6线圈同时被短路，所以V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。

根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。

表2 顺序逻辑控制

（3） 编程调试

由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、 长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。

图5 输出部分梯形图

3、结束语

用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。

引言

　　目前，我国北方大部分中小型水厂均采用两级泵站的管理模式，即：由深井泵组成一级泵站采取地下水至水厂蓄水池进行水处理；而后，由二级加压泵站向用户管网供水。控制方式一般为人工控制的继接方式，自动化水平低，水、电资源浪费严重，设备事故隐患多、管理困难。我们为某县自来水厂开发了一套由上位机、可编程控制器(PLC)、变频器、相应传感器及执行机构组成的水厂微机集散控制系统，该系统已连续运转三年，性能稳定可靠，提供了一种针对中小型水厂的，以节能降耗、提高自动化水平为主要目的的技术改造方案。

1　系统的主要功能

　　该水厂的基本情况为：一级泵站包括5口深井，每口深井配备22kW多级潜水泵1台，共同向一蓄水能力为2 000m3的蓄水池蓄水；加压泵组为5台45kW DL型立式泵，向管网加压供水。对控制系统的设计要求是：对水厂的设备运行及生产状况进行自动化控制和管理。该控制系统的基本功能如下：
　　(1)保证用户管网供水压力恒定。操作人员设定管网压力后，系统根据设定值和压力传感器采取的管网实际压力信号，采用1台调速泵配合1～4台恒速泵的运行模式，自动调整加压泵站中恒速泵的启动台数和调速泵的转速，在较高的精度范围内保证管网的压力恒定。无论用水高、低峰均可在保证供水压力的前提下大限度地节省电能。同时，减少了由于无谓磨损、频繁启停等原因对水泵造成的损害；以及用水低峰时，由于管网压力过高造成跑、冒事故，浪费宝贵的水资源。
　　(2)蓄水池水位自动控制。由于用户用水量的变化较大且具有随机性，而水厂对蓄水池内水位控制的精度要求较高。故在水位控制系统的设计中，采用模糊算法在保证蓄水池水位维持在标准范围内的前提下，合理安排潜水泵的启动台数，避免潜水泵的频繁启停及无效运转。
　　(3)自动倒泵功能。为防止某台水泵长期不运转发生锈蚀，由PLC控制4台水泵定期轮换作为变量泵运转，即自动倒泵功能。
　　(4)防水锤电器互锁功能。由于管网压力较高，为防止水锤对水泵的冲击，在每台加压泵的出水口处安装电动蝶阀，由PLC按照先开泵后开阀、先关阀后关泵的模式进行控制，有效地防止了水锤的危害。
　　(5)直观的图形显示及寻检功能。上位机采用14寸彩显，以动画图形及中文方式显示水池液位、管网压力、水泵及阀门运行状态、生产状况、耗电量、产水量、设备状况等信息。
　　(6)生产管理功能。上位机随时检测并记录水厂各台水泵的出水量及运转状态，以班次为单位生成生产报表，自动统计出水量及耗电量，并存入指定单元。
　　(7)报警及保护功能。当发生电气、液位、机械等故障时系统进行声、光报警，并采取相应措施。上位机故障时，PLC及变频器可以组成独立控制系统进行工作；若整个上、下位自动系统均发生故障，现场控制柜具有手动功能，以保证向用户供水的不间断。

2　控制系统硬件结构(见图1)

项目介绍

贵州盘县电厂输煤程控系统改造，主要控制对象包括皮带 输送机、碎煤机、除铁器、滚轴筛、除尘器、三通档板、卸 煤机、叶轮给煤机、斗轮堆取料机、皮带卸煤机、振打器 等设备，要求实现包括上煤程控、配煤程控、上位机监 控、分炉计量和燃运统计报表等功能。

系统配置

我公司选用了西门子SIMTIC  PLC来完成此项目，根据用 户要求及实际情况，配置如下：

主控制站一个，设在输煤综合楼控制室。采用S7-400系列 的CPU414-2DP一对，冗余配置，实现控制任务。由于输 煤系统设备的分散性，还在煤仓间设置了一个远程站，采 用西门子ET200M远程I/O系统，通过冗余的PROFIBUS现 场总线与主控制站连接。编程采用STEP  7软件。这套软 件不仅是一个简单的程序编写软件，还集成了硬件组态、网 络设置、系统调试、项目管理等各种功能，使项目的实施 更加方便。

系统配备了两台上位机，其中一台还兼做工程师站。上位机监控系统采用了西门子的WinCC人机接口软件，它不仅 能很好的支持S7系列的CPU，还集成了多种网络连接方式, 使上位机与自动化系统的连接工作非常方便。此外, WinCC软件在画面组态、报警设置、数据存档、报表设计 等方面的功能非常强大，且支持C脚本，从而可以完美地 实现工程设计人员的想法。

输煤系统主要的功能是上煤控制和配煤控制。

(一)、上煤控制： 由于输煤系统皮带较多，煤输送的目的地也有多个，还要 综合考虑路径上相关设备的运行状况，上煤路径繁多，因 此改造前运行人员操作比较困难。系统实施后，实现了完 整的上煤控制人物，大大减轻了运行人员的负担。

上煤控制分自动、手动及就地三种方式。

(1) 自动方式：
首先通过上位机选择运行路径，系统自动检 查所有选择的运行路径是否正确，路径设备是否已准备 好(无故障，有电源等)，若检查无误，上位机指示“程 选有效”后，操作人员即可通过键盘发出“预启”命令, 系统自动完成预启工作。若20妙内预启成功，则CRT显 示“允许启动”。操作人员确认后系统便自动按顺序 起动现场所有相关设备。

若检查运行路径出错，或路径设备未准备好，上位机指示“路径选择出错”，提示操作人员重新选择设备或排除故障。 在运行中，当任一台设备发生重大事故，如拉绳、持续2秒以上的重跑偏、 重打滑和堵煤等，立即联跳逆煤流 方向的设备。当按“紧急停机”时，运行设备立即全线停机。

(2) 手动方式：
手动方式有两种，一种是联锁手动，另一种是解锁手 动。两种方式都在上位机上通过鼠标操作。

联锁手动是运行人员按照逆煤流方向一对一的启动设 备，按顺煤流方向一对一地停机，流程内设备存在联锁 关系，所以手动停任一台正在运行的设备，逆煤流方向 的所有设备联锁停机。可防止堵煤等事故的发生。

解锁手动时，运行人员可随意启停任何一台设备，此时 无任何联锁关系，绝不可带负载运行。主要用于设备 调试。

(3) 就地方式 就地控制方式不作为系统正常运行手段，不经过程控器 控制，在就地控制箱上进行操作。

(二)、配煤控制： 配煤控制功能分为程控配煤和手动配煤。通过控制配煤方 式，可以灵活的控制加仓。

配煤方式也分为手动和自动两种方式。

(1) 自动配煤：自动配煤根据锅炉的加仓要求，由操作员通 过键盘和鼠标输入相关指令，实现自动加仓配煤。

a.  煤位优先加仓：加仓起始，先顺序给低煤位仓优先配煤,直至消除煤仓低煤位信号。

b.  时间循环加仓：待所有煤仓低煤位信号消失后，再按顺序对各煤仓以一定时间循环加仓。各煤仓的加仓时间可 在上位机上任意设定，也可设置为各煤仓加到高煤位后 再转向下一煤仓。

c.  自动跨越功能：在配煤过程中能自动跳过高煤位、超高 煤位的煤仓及检修仓。

d.  尾仓、检修仓设定：在上位机上可任意设定尾仓、检修 仓，加仓时尾仓及其后方煤仓均不再配煤。

e.  匀煤功能：当全部煤仓出现满煤位信号后，上煤程序自 动停机并把皮带上余煤配至尾仓或均匀配至各仓。

f.   超高煤位报警：配煤过程中，任一煤仓出现超高煤位,立即报警并换仓配煤。

(2) 手动配煤：在上位机上手动操作任何一台犁煤器的抬落 实现配煤。

此外还有一系列保护和联锁功能保证输煤系统的安全 运。这些联锁包括启动联锁、停机联锁和事故联锁等。

输煤控制系统的过程监视和管理是由两套性能和配置相同且互为备用的工控机实现的。工业PC机配21寸彩色 CRT、操作键盘、鼠标、打印机等。采用bbbbbbs NT平 台，主要完成下列功能：

1.  画面显示 显示系统主菜单、路径选择、工艺流程、原煤仓加仓、运 行状况、设备状况、故障显示、电流表、趋势曲线、运煤 量表等画面。

2.  系统运行操作 系统路径的选择，系统自动启/停操作和远方手动启/停操 作。

3.  报表管理 显示和追加系统记录报告，实时打印系统事件报告，实时 或定时打印系统运行报表。

4.  报警功能 CRT屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色或闪烁, 屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间。打印机自动打 印故障内容及发生时间。语言报警系统发生语音信号。

结束语

项目完成后，运行一直非常良好，用户反映此系统易于维 护，使用方便，性能稳定，与改造前相比大大减轻了运行 和维护人员的工作量，减少了事故，对电厂的安全高效运 行有很大的帮助。