用S7-200 PLC實現兩臺電機的自動切換

潘 登 董永兵 王 進 劉玉斌 劉海瑜 景 行

(陜西北元化工集團有限公司化工二分公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團有限公司現有110萬t/a聚氯乙烯裝置、88萬t/a燒堿裝置、4×125MW抽氣式直接空冷汽輪發電裝置和240萬t/a工業廢渣水泥裝置，可直接轉化原鹽165萬t/a和電石165萬t/a，間接轉化原煤600萬t/a，是目前國內產業化配套完整、技術先進和循環經濟特征明顯的聚氯乙烯生產企業。

陜西北元化工集團有限公司化工二分公司80萬t/a燒堿裝置，采用伍德迪諾拉公司(以下簡稱伍迪公司)離子膜電解槽，共有4條燒堿生產線，每條生產線的產能為20萬t/a。其中燒堿裝置電解和二次鹽水工段的鹽水系統、陽極系統與陰極系統均采用一用一備兩臺泵為系統提供循環動力。在伍迪公司的技術資料中，要求當淡鹽水泵、陽極液泵和陰極液泵其中一臺泵跳停時，另一臺備用泵必須在5s后自啟動，以保證系統不會因為液位和流量達到低限而停車。

工業控制中，當掌握了更為快捷可靠的設計、安裝和調試方法后，就會發現傳統繼電器控制方法的諸多不足，如設計過程中邏輯不嚴謹，需要不斷修改、測試，電路接線繁雜，容易出錯；調試過程方法單一，需要靠短接線或引入外部信號完成調試。與之相比，S7-200 PLC順序控制設計法就顯得更加嚴謹，在控制電路接線方面清晰簡單，調試方法可以采用軟件仿真。因此，S7-200 PLC控制使得邏輯電路更加安全可靠，從而能夠保證化工生產系統的安全穩定運行。筆者根據伍迪公司技術資料的要求，利用S7-200 PLC控制的優點，如使用方便、編程簡單、功能強及性價比高等，實現兩臺電機的聯鎖啟停，防止由于電機故障或備用電機無法自啟動導致的系統停車。

1 可行性分析①

根據伍迪公司的技術要求，要想實現兩臺電機的聯鎖控制，依靠傳統方法必須具備的硬件條件有：空開、交流接觸器、熱繼電器、延時繼電器、命令開關和聯鎖按鈕，并且要根據要求設計繼電器的控制電路并完成其安裝調試，在接線過程中必須小心謹慎，完成后要為控制回路送電，測試控制回路能否實現技術要求。此過程很大程度上依靠的是電氣人員的經驗，而且需要不斷嘗試和修改。

隨著工業技術的成熟，S7-200 PLC控制展現出了諸多優點，因此現在普遍采用S7-200 PLC控制取代繼電器控制來實現兩臺電機的聯鎖啟停功能，其所需硬件條件有：空開、交流接觸器、熱繼電器、S7-200 PLC控制器、命令開關和聯鎖按鈕。只要掌握了S7-200 PLC控制器的工作原理、控制指令和接線方案，就可以根據技術要求編寫兩臺電機聯鎖啟停的程序。

2 S7-200 PLC控制實現兩臺電機的聯鎖啟停

S7-200 PLC控制器選擇S7-200 CPU 224XP，編程軟件為Step 7-Micro/Win，程序編寫完成后使用仿真軟件對程序進行仿真運行。

通常情況下，設計S7-200 PLC程序有經驗設計法和順序控制設計法兩種[1]。經驗設計法在設計梯形圖時沒有固定的方法和步驟可以遵循[2]，對于不同的控制系統，沒有一種通用的、容易掌握的設計方法。因而筆者采用順序控制設計法，即按照生產工藝預先規定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態和時間順序，各執行機構各自有秩序地進行操作。兩臺電機自動切換順序控制功能圖如圖1所示。

依據順序控制功能圖，編寫順控主程序：首次掃描，SM0.1為ON，M0.0被置位，M0.1和M0.2被復位；轉換條件“啟A”滿足，M0.1被置位，A電機啟動，同時M0.0被復位；轉換條件“停A”滿足，M0.0被置位，A電機停止，同時M0.1被復位；轉換條件“啟B”滿足，M0.2被置位，B電機啟動，同時M0.0被復位；轉換條件“停B”滿足，M0.0被置位，B電機停止，同時M0.2被復位；A電機啟動，且聯鎖按鈕激活，A運行信號丟失，延時5s，B電機啟動，停A電機；B電機啟動，且聯鎖按鈕激活，B運行信號丟失，延時5s，A電機啟動，停B電機。

圖1 兩臺電機自動切換順序控制功能圖

兩臺電機自動切換的順控主程序如圖2所示，其中各符號地址見表1。

圖2 兩臺電機自動切換的順控主程序

表1 符號地址

在實際連接外部電路時，根據符號表并參考CPU 224XP的接線圖(圖3)，很快便可將外部線路搭建完畢。

順控主程序設計完畢后，使用S7-200 V3.0版本的仿真軟件對程序進行仿真運行，測試結果符合設計要求。

3 結束語

圖3 CPU 224XP接線示意圖

為了保證化工生產裝置不會因為液位和流量達到低限而導致系統停車，筆者采用S7-200 PLC根據順序控制設計法設計了兩臺電機自動切換的順控主程序，并利用仿真軟件對兩臺電機的聯鎖啟停進行了仿真測試，結果表明：兩臺電機自動切換程序符合設計要求，為后續投入實際運行打下理論基礎。

[1] 廖常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2014:126～131.

[2] 韓兵兵.PLC梯形圖編程系統研究與實現[D].廣州:華南理工大學,2013.