西门子6GK7243-1EX01-0XE0千万库存

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 引言

      在汽车、飞机和工程机械等设备上的液压传动系统的管路受到不同工况的振动冲击。随着人们对产品可靠性要求的提高，以及各种行业发展的需要，管路的抗冲击和抗挠曲性能将越来越受到重视，因而管路的抗冲击性能成为反映其质量和可靠性的重要指标。随着我国汽车工业的迅速发展，需要液压脉冲设备来进行检测软管在不同环境和工况下的性能。

      液压脉冲试验机用于汽车刹车管、燃油管、转向管、冷却水管、散热软管和暖风软管等软管脉冲压力的寿命试验，该试验机能方便、稳定的检测出设备所用的软管是否符合标准的要求。

      液压脉冲试验机控制系统是基于plc的二级混合控制系统，下位机采用rockwell automation的slc500作为核心处理器的实时控制器，上位机ipc利用labview软件编写的人机界面具有易于操作，便于维护等特点。通过以太网将上位机和下位机连接，使该脉冲试验机具有很好的实时性，抗干扰性强，更加稳定可靠。

2 试验系统要求

      该试验系统要求试验样管在-40～160℃，压力10～30mpa的不同环境条件下进行寿命试验，将新样管通过压力冲击和挠曲试验直至爆破来测试产品是否符合相关标准要求。

      液压脉冲试验机是主要通过液压伺服系统来控制压力和脉冲波形。波形误差、压力施加方式、响应时间和精度直接影响试验系统的准确性，相关标准对要求波形的控制误差为2％。由于采集和处理的数据需要实时上传到上位机，这就要求控制系统数据传输速度快、抗干扰能力强，从而保证试验系统具有很好的实时波形曲线。在试验过程中，试验样管会因为变形、膨胀引起管径和液压伺服系统参数的变化，控制系统如何根据这些变量来调节，其硬件和软件设计具有较高的难度。

3 试验方法

      脉冲试验机主要有压力冲击和挠曲试验两种方法，两种方法同时进行试验，很好地模拟了不同环境和工况条件下，汽车行驶的实际路面状况。

3.1 压力冲击 

      液压脉冲试验机压力通过控制脉冲波形来实现。控制波形主要分梯形波、凸字波、正弦波和方波四种。控制系统可以根据试验工艺需要从上位机选择预定的脉冲波形来达到试验的目的，用户可以根据液压伺服系统结构自由选择间隔卸压。对存在间隔卸压的波形，如梯形波和凸字波，在脉冲的波谷的时候开启卸压阀使介质可以在试验样管中流动。波形的具体要求如图1所示。

图1 梯形波曲线要求

(1) 梯形波(方波、三角波)。梯形波(方波、三角波)参照德国标准tl82415要求为在t1段升压速率要求在1mpa/s～300mpa/s之间可调；在t2段要求保压时间在0～ns可设，n为大于0的任意值；在t3段要求与t1段基本对称；在t4段要求保压时间在0～ns可设，n为大于0的任意值；pmin控制在0～10%pmax；pmax根据不同的管有不同的要求，目前不会大于60mpa。

图2 凸字波形曲线要求

(2) 凸字波。参见图2，凸字波的要求是在t1段升压速率要求在100mpa/s，t1=2s；在t2段要求保压时间在0～ns可设，n为大于0的任意值，一般也设定为2s；在t3段要求与t1段基本对称；在t4段要求保压时间在0～n s可设，n为大于0的任意值，一般也设定为4s；pmin=0；个压力台阶=0.35mpa；高压力=1.05mpa。

(3) 正弦波(半正弦或完整正弦)。正弦波比较难实现，在实际试验中主要是通过plc的专用凸轮指令产生凸轮波形来模拟间隔的正弦半波。完整正弦波是指在封闭状态下做的。频率要求为1s画出一个完整的正弦波，波峰值大60mpa，波谷值为0。半正弦波按照0.5s画完一个半正弦，其他0.5s为卸压时间来设计，卸压时压力为0。

3.2 挠曲试验

      控制系统控制一个伺服油缸y方向的上下振动，利用变频器控制电动机带动试验样管旋转，控制x方向挠曲速度和角度，形成振动和挠曲的二维组合。挠曲试验的频率大为17hz，大振幅为±35mm，在大振动频率时的振幅为±4mm。

1 引言

      燃煤电厂在我国电力工业的发展中起着很大的作用，其发电量占我国总发电量的80％以上。但是它在为我们提供充足电力的同时，也污染破坏环境，发电厂在发电过程中，将产生大量的工业废弃物（飞灰或粉煤灰）。为了保证锅炉系统的安全运行，同时为了保护环境，必须及时将这些粉煤灰清除运走，并将废物综合利用。目前广泛采用气力除灰系统，并且对燃煤电厂提出了提高除尘效率和粉煤灰综合利用的要求。而在实际运行中，输灰系统运行的稳定可靠性欠佳，运行故障发生的原因及部位也多种多样，造成除尘效率下降、气力输灰系统停运，使烟尘排放超标，灰水污染环境，影响电厂的正常生产。

2 电厂气力输送技术的发展

      气力输送是以压缩空气（或其它气体）为载体，与粉粒状物料在一定混合比的情况下，在密闭管道内通过气力由一处送往另一处的输送方式。气力除灰系统的主要任务是以仓泵为发送器，以压缩空气作动力，沿除灰管道将电除尘器搜集的飞灰干法送至灰库，然后把灰库里的干灰用车装运，或者搅拌成湿灰用汽车外运。

      20世纪20年代，气力输送技术开始应用于燃煤电厂，主要用于除尘器底部粉煤灰的输送，并以蒸汽抽气器作为气源设备。50年代中期，国内少数电厂也开始采用蒸汽抽气式负压气力输送系统。这种系统的缺点式出力较低输送距离较短，设备磨损严重，蒸汽耗量大，系统运行的安全性和经济型均较差，一般用于中小电厂。60年代以后，泵仓正压输送技术开始在国内得到应用。进入80年代以后，许多电厂相继自发达国家引进了各种类型的先进除灰设备及其相关技术，进一步促进了国内电厂粉煤灰气力输送技术的发展。悬浮式输送技术以从单一的吸送式发展到压送式以及吸－压联合式，栓塞式输送技术也已在国内燃煤电厂中获得成功运用。作为气力输送技术理论基础的气固两相流的理论研究及输送系统的设计计算方法也不断得到完善。同时，由于制造技术和材料工程的飞跃发展，控制技术和传感技术的长足进步，气力输送系统的输送距离、输送浓度、系统出力和设备制造工艺及自动化管理水平得到了较大提高，从而提高了系统的可靠性和工程的经济性。

      电除尘器在国内燃煤电厂大面积推广应用始于70年代，对于粉煤灰的综合利用具有的三大优势：干式收尘，使粉煤灰得以保持原有的良好活性；收尘效率高可以大幅度地将利用价值高的细微尘粒收集下来；自身的多电场收尘结构具有对干灰进行粒径分级的特点可以实现粗、中、细灰分除、分储和分用。

随着我国可持续发展战略的实施和环境保护、粉煤灰综合利用的发展，燃煤电厂气力除灰技术的应用前景将会越来越好。

3 除灰工艺自动化原理设计

      气力除灰系统以仓泵为发送器，以压缩空气作动力，沿除灰管道将电除尘器搜集的飞灰干法送至灰库，整个过程以密封管道的形式输送。系统设有专用空气压缩机作为干灰输送动力并兼作控制气源，在系统末端设有储存粗灰、细灰的干灰库。其中电除尘器中一、二电场的灰是粗灰，三、四电场的灰是细灰。正常情况下，三、四电场的飞灰只能送进细灰库，一、二电场的粗灰只送进粗灰库。当细灰库出现故障时，细灰可以送到粗灰库里。

      系统设计的除灰系统包括除尘器下的灰斗、灰库及其附属设备、空压机、灰储罐、输送设备、管道、仓泵、阀门等。输灰管道上接电除尘系统并通向除尘器，经除尘器过滤后细灰粉进入干灰库。在灰斗装置处通过电气三通电动门可以控制采用干除灰处理方式或者水除灰处理方式，料位计用于对干灰库中干灰粉储存量进行监测。当灰斗内的干灰粉到达不同位置时，灰粉发出的天然的β射线照射到探测器的强度是不一样的。由探测器测到的射线强度的不同来判断干灰粉的位置。干灰经灰斗排出后通过进料阀进入仓泵，从出料阀排出，终排往灰储罐得以收集和再利用。

      干除灰自动控制系统中，plc可根据料位计传输过来的灰粉位置信号（高、正常、低）和仓泵上方的电接点压力表指示压力值信号，采取相应的处理。当料位计指示高料位，系统开进料阀，关出料阀、进气阀、助吹阀、带滤膜电磁阀，干灰将从灰斗卸放到仓泵进行转储；随着仓泵不断储灰，仓泵内部压力逐渐升高，当压力超过定值i，其上方电接点压力表电接点接通，上位机显示画面中电接点压力表图符显示红色，此时控制系统将关闭进料阀，电气三通电动门关闭干除灰入口，停止干除灰。之后系统打开出料阀，开带滤膜电磁阀、助吹阀、进气阀并启动空压机，在空气压力下仓泵内部干灰经过灰管输往灰储罐。在此期间，仓泵内部压力继续升高，当压力超过定值ii，系统将停运空压机，然后自动关闭进气阀，助吹阀，带滤膜电磁阀。此后一段时间，仓泵内部干灰逐渐减少，压力下降，当压力低于定值i时，电接点压力表电接点断开，系统显示画面中显示为绿色，此时系统将自动关闭出料阀，开启进料阀，开启电气三通电动门重新进入干除灰处理过程。干除灰系统框图如图1所示。

图1 干除灰系统框图

4 除灰系统的plc控制设计

      根据系统功能的需要，并对系统可靠性进行考虑，选用西门子s7-200系列plc对输灰进行控制。s7-200plc提供了多种功能，使编成控制更加灵活方便；具有扩展模块，易于系统扩展；内部集成的ppi接口为用户提供了强大的通信功能，实现上位机pc和plc的通信，上位机可以实现编程，还可以监视程序的运行。

图2 plc控制系统结构图

4.1 模块化软件设计

      传统编程模式以线性的或顺序的方式执行每条指令，设计的程序不容易阅读，也不易验证其正确性。本系统设计方法注重软件设计的模块结构和层次化特点，在设计程序前，要在总体上对软件的组成与模块结构进行分析和设计，程序在设计时进行自顶而下的逐步细化，这对于控制结构和功能比较复杂的系统更容易实现控制。控制系统结构如图2所示。

系统具有手动控制和自动控制功能，上位机可以实现对输灰系统的监控。

4.2 用户软件功能设计

（1）程控部分主要功能：

定时程控除灰： plc根据料位计传输过来的灰粉位置信号（高、正常、低）和仓泵上方的电接点压力表指示压力值信号，采取相应的处理措施；

高灰位优先排灰：料位计指示灰粉位置高时，plc根据中断请求优先控制进行排灰；

程序控制自动输灰：系统处于程控执行状态时，由plc对干除灰系统进行自动输灰；

远端操作：当系统处于远操状态，操作人员可以在控制室进行远端手操控制。

2）上位监控部分主要功能：

工艺流程图、趋势图显示：上位机可以显示系统工艺流程图及对仓泵压力变化进行1小时、8小时、12小时、24小时等不同时段曲线跟踪显示等；

参数显示、报警画面显示：当仓泵上方电接点压力表指示偏高时，系统自动发出警告声音，显示红色警告信号；当料位计监视灰斗内料位高/低时，系统发出警示信号等；

统计管理功能及各类报表显示和打印：系统可以对历史记录情况（当班人员操作记录、除灰次数、除灰时间、压力曲线图等）进行汇总、打印报表等；

生产过程事件及报警记录：系统可以对生产过程中异常事件进行跟踪及报警记录；

程控系统与主厂计算机联网：系统可以与主厂mis系统进行联网，便于工作记录信息登记、数据传输、上报等。

5 结束语

      本文选用西门子s7-200系列plc对输灰进行控制，在干除灰系统中采用电接点压力表对仓泵进料/出料过程进行控制，通过设定电接点压力i值、ii值，可以自动地控制干除灰运行，有效地避免原系统因进料/出料过程控制划分不明显而引起管道堵塞等问题的出现。实时监控、故障显示记录提高了系统控制自动化系统化程度，提高了工作效率和粉煤灰的综合利用率

3.2 制冷系统描述

     整个制冷系统共配置4台半封冷凝压缩机组。冷凝压缩机组是整个系统的关键部件，机组采用自控领域先进的plc微电脑控制，通过模拟量和数字量的输入输出，对机组的运行进行jingque控制和可靠保护。各种标准控制功能令机组在启动和整个运行过程中具有高效节能的特点，压力传感器可检测机组的吸气和排气压力，通过plc控制保证压缩机无级调节增减载。可靠先进的滑阀机构可通过控制系统使机组的负荷自动调节，降低了机组的能耗，工作高效。通过温度传感器和压力传感器进行数据采集，可配合热负荷的实际情况，进行复杂的控制运算和pid调节功能，自动控制压缩机的加载和卸载，保持系统的冷量提供，保证库温的稳定，避免了压缩机的频繁开启。微电脑具有超前控制功能能及时预测故障的发生，并在故障发生前及时采取正确的措施，如在排气压力接近限定值时，控制系统将使压缩机自动卸载并发出故障报警信号，这些与传统采用压力开关的简单位式控制相比，不仅可以自我诊断传感器的好坏，更可以超前预诊断整个机组的运行情况，大大减少了故障停机的次数，增加了机组运行的可靠性。通过人机界面对话，可读到下列所有重要参数：

表1 机组运行参数表

微电脑能记录后8次故障的情况，包括发生的时间、记录的数据，这有助于维修人员及时排除故障。机组具有下列自动保护功能：

表2 机组自动保护功能

（1）冷风机控制：考虑到冷库面积较大，温度波动较大且分布不均匀，故每间冷库设四只温度传感器，取库温平均温度控制冷风机，采用日本理化或丹佛斯数显温控器进行控制、报警。并将温度值输送到系统控制主plc，进行除霜控制及判断。

（2）冷却塔控制：根据机组运行信号开循环水泵，根据冷凝压力控制器控制冷却风机的开停，水池自动补水。并具有缺水保护、冷凝压力超高报警功能。运行时遵守均衡磨损和备用自动投入原则。

（3）冷风机除霜控制：除霜控制设有手动和自动定时除霜两种选择，（采用实时时钟控制或定时时钟控制，除霜时间及除霜间隔时间可根据实际情况自由设定。）由于热氨除霜存在一定的危险性，而且除霜对库温的影响较大，故每个除霜系统都采用丹佛斯的evra电磁阀和pmlx主阀进行jingque控制，为保证系统的可靠性，过滤器、单向阀、卸压阀均采用丹佛斯原装进口产品，电气方面加设可靠的电气互锁和库温过高保护，确保系统运行的稳定性和可靠性。另外，由于系统蒸发温度的不同，在荷捌室冷风机回气管pmlx主阀设丹佛斯cvp压力控制导阀调节系统的蒸发温度，确保整个系统运行的稳定性。

（4）热回收装置控制：根据水池水温控制水泵的开停，同时控制辅助电加热器的投入和切除。

4 软件设计

4.1 plc软件设计

     plc软件共分为两部分：一部分是整个控制系统除压缩机控制系统的软件；另一部分是四台压缩机各自的程序软件。

     其中软件设计考虑到系统重起后对设备和重要参数的保护，充分利用了micro系列plc编程软件提供的冷启动%s0，热启动%s1，扫描%s13对系统进行初始化，即复位所有设备状态，为下次开机作好准备。对需要保护的内部字进行保护，如设备运行时间，停机前设定好的参数等等。

     由于tsx3721001有两个rs485通讯口，因此我们分别用来连接人机界面和上位机。但是鉴于modbus通信协议的限制，要想同时使用两个接口，我们只能在编制程序时，组态unibbbway协议。

4.2 上位机软件设计

     根据系统流程图，用简单线条勾勒出整个制冷系统图并配合kingview上位机软件中自带图库使监控画面生动形象，并且大大节约设计画面时间，把宝贵的时间用到编制程序和画面的组态中去。在制冷流程图里我们可以纵观全局，全面掌握整个冷库的运行情况。然后分别做每个各个冷库房间和压缩机流程的分画面，并通过制冷流程图里相应按钮实现切换功能。画面完成之后，我们将要连接plc设备。即在组态王软件中设备目录下，将com1连接到plc。组态完成画面如图2所示。

后，在组态王中建立变量，与将plc中的i/o点相对应，然后连接到画面中相应设备，实现系统的监控功能。

5 结束语

     该自控系统集中体现了法国schneider公司的plc控制技术和网络通讯技术以及组态王画面监控技术的优势，使整个自动化冷库的控制系统设计、调试时间大大缩短。

上位机监控软件采用OPC方式与现场的PLC进行通信，可以方便灵活地获取现场机电设备及其保护设备的遥测遥信信息，实现远程控制。上位机的组态软件界面见图3。

现场PLC的编程软件采用西门子公司的Step7，当PLC处于“RUN”工作模式下时，除上电初始化外，其它程序都采取周而复始的循环扫描方式，称之为“PLC的扫描工作方式”，其执行流程如图4所示。

3 系统关键技术

3.1系统有关通信程序的设计

本系统主PLC控制柜（筛分子系统PLC控制柜）安装在现场的低压配电室内，由于与调度中心相距较远，而现场电磁干扰又比较严重，为此，特采用以太网与光纤传输技术实现SIMATIC s7—300 PLC与上位机人机界面的通信。在主PLC柜中配备了以太网模块CP341以及以太网转光纤的交换机。

为了正确地传送和接收信息，必须有一套关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定，这一套约定称为规约或协议。本系统在进行通信程序设计时，采用模块化编程的设计思想，把程序分成若干程序块，各程序块分别含有一些设备和任务的程序指令，每个功能区被分成不同的块进行编程，有利于多人同时编程，也有利于程序调试和故障的查找。系统中PLC需处理多种通信协议，单独编制每种协议的处理程序，分别放在不同的功能模块（FC）中。在PLC的主程序块OB1 中，通过调用语句，可依次执行这些协议的处理程序，实现与这些综保装置或智能仪表进行通信的目的。

3.2 DP网络的配置

基于筛分子系统和储煤子系统之间存在着闭锁关系，因此可将筛分子系统和储煤子系统组态成为一个DP网络。这样使得系统的逻辑关系更加清晰，同时系统具有了很好的扩展性，也在经济上节约了成本。

关于DP网络的配置，可参考西门子公司的有关手册。尤其应该注意以下几点。

a.进行主从站配置时，应该首先配置从站，然后再配置主站;

b.在组态Hardware时，主站和从站的Consistency均需要设置为All;

c.编程时，主站的OB1中必须有OB1、OB82、OB86、OB100、OB121;

d.由于在系统运行时，上位机会对PLC进行读和写操作，因此在主站和从站的程序块中还都要添加SFC14和SFC15功能块。