西門子PLC在空壓機(jī)改造中的應(yīng)用

袁安迎

（日照中聯(lián)水泥有限公司，山東 日照 276535）

西門子PLC在空壓機(jī)改造中的應(yīng)用

袁安迎

（日照中聯(lián)水泥有限公司，山東 日照 276535）

日照中聯(lián)水泥有限公司使用了五臺(tái)110kW空壓機(jī)，之前使用的主控PLC是施耐德產(chǎn)的，由于配件不通用，并且PLC斷電超過3個(gè)月，里面的主要參數(shù)就會(huì)丟失，在以前是讓空壓機(jī)廠家處理，需要將其寄到廠家修改，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以決定自己改造。基于此，根據(jù)圖紙和說明書經(jīng)過研究和分析，重新設(shè)計(jì)了空壓機(jī)控制程序。

西門子PLC；空壓機(jī)；改造

空壓機(jī)即空氣壓縮機(jī)，它是一種動(dòng)力設(shè)備，目前常常被用于機(jī)械制造、礦山等行業(yè)中。空壓機(jī)占據(jù)大型工業(yè)設(shè)備耗電量的15%，由于質(zhì)量和采購時(shí)價(jià)格等方面的原因，我公司使用的空壓機(jī)有一定的缺陷，包括數(shù)據(jù)易丟失、頻繁的啟動(dòng)和停止影響電機(jī)的使用壽命、維護(hù)量較大等，基于此，需要對(duì)其進(jìn)行改造。

1 西門子PLC在空壓機(jī)改造中的背景

由于本公司使用的空壓機(jī)電機(jī)原來的PLC備件不通用，并且PLC斷電超過3個(gè)月主要參數(shù)就會(huì)丟失，廠家不提供密碼，需要寄到廠家修改，此過程要浪費(fèi)半個(gè)月的時(shí)間，并且花費(fèi)較大的資金，所以決定自己使用PLC進(jìn)行改造。因?yàn)榭床坏嚼锩娴某绦颍荒軌蚋鶕?jù)圖紙和使用說明書進(jìn)行分析，因此最關(guān)鍵的技術(shù)就是需要自己重新設(shè)計(jì)全部程序。

（1）確定輸入、輸出點(diǎn)數(shù)。輸入點(diǎn)數(shù)通過以下方面確定，其一，遠(yuǎn)程操作和機(jī)旁的操作的需要；其二，檢測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)；其三，檢測(cè)其排氣壓力；其四，故障的復(fù)位操作。

輸出點(diǎn)數(shù)通過以下方面確定，其一，空壓機(jī)開啟和停止的控制及信號(hào)的顯示；其二，控制的加壓閥；其三，空壓機(jī)啟動(dòng)或運(yùn)行中的報(bào)警；其四，空壓機(jī)事故跳閘報(bào)警。

（2）PLC的配置。S7-200PLC中的CPU222是西門子公司推出的可滿足多數(shù)工況需求，運(yùn)行穩(wěn)定可靠的PLC產(chǎn)品，應(yīng)用比較廣泛，性價(jià)比較高。并且它使用的編程軟件STEP7 MicroWIN V4.0在我公司使用的比較廣泛。

2 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)

2.1 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)要求

首先，系統(tǒng)中要有溫度、壓力、過載保護(hù)和報(bào)警等一系列的功能。系統(tǒng)處于自動(dòng)集中式工作時(shí)，系統(tǒng)以供氣設(shè)定值為基礎(chǔ)，在滿足壓力需求的時(shí)候，自動(dòng)控制加載或者卸荷，而電機(jī)不停。當(dāng)壓力達(dá)到一定的報(bào)警值時(shí)，空壓機(jī)不但進(jìn)氣閥會(huì)關(guān)閉而且自動(dòng)停機(jī)。報(bào)警解除后，空壓機(jī)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)并根據(jù)設(shè)定值加載。

2.2 檢測(cè)參數(shù)

排氣壓力的量程為0～1.2MPa，設(shè)定值為0.5MPa，低于這個(gè)數(shù)值時(shí)加載閥啟動(dòng)加載，設(shè)限值為0.7MPa，超過這數(shù)值就停止加載，報(bào)警值為1MPa，超過這個(gè)數(shù)值空壓機(jī)會(huì)立即停機(jī)；潤(rùn)滑油溫度量程為0～200℃，警告值為90℃，停機(jī)值為105℃，超過這個(gè)數(shù)值空壓機(jī)會(huì)立即停機(jī)。

數(shù)字量I/O信號(hào)包括急停按鈕、空濾堵、油濾堵、故障燈、過載檢測(cè)等。

3 硬件的設(shè)計(jì)

3.1 硬件的要求

控制系統(tǒng)由CPU222主模塊、TD400文本顯示器和EM231模擬量輸入模塊組成。

控制模塊使用的是CPU222，具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)共14個(gè)開關(guān)量點(diǎn)。擴(kuò)展模塊使用的是EM231模擬量輸入模塊。TD400文本顯示器可以顯示四行文本，并且有15個(gè)按鍵，以上配置可以滿足設(shè)計(jì)需要。CPU222模塊自帶的直流24V電源能夠?yàn)楸緳C(jī)系統(tǒng)提供足夠的電流，并且還可以為小電流的擴(kuò)展模塊提供電源，濾除雜波和環(huán)境的干擾，保障系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的持續(xù)運(yùn)行。

3.2 系統(tǒng)的工作原理

主電機(jī)啟動(dòng)采用星三角降壓的方式，與表1中的輸入輸出點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。空壓機(jī)初始送電時(shí)，PLC先復(fù)位所有輸出點(diǎn)為0，防止設(shè)備意外啟動(dòng)，然后檢測(cè)各故障輸入點(diǎn)是否有輸入，檢測(cè)正常后，TD400上顯示如圖1。

表1 S7-200CPU222地址表

圖1 空壓機(jī)主畫面

此時(shí)按TD400面板上‘F1’就會(huì)運(yùn)行啟動(dòng)程序，如圖2，PLC的Q0.0和Q0.1就會(huì)輸出接觸器KM1和啟動(dòng)接觸器KM3立即吸合，電機(jī)開始啟動(dòng)，延時(shí)10秒鐘后，啟動(dòng)完成，啟動(dòng)接觸器KM3斷開，運(yùn)行接觸器KM2吸合，啟動(dòng)過程完成，電機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)空壓機(jī)處于空載狀態(tài)，電機(jī)不做功。

電機(jī)正常運(yùn)行后延時(shí)5秒鐘，空壓機(jī)檢測(cè)排氣壓力如果低于0.5MPa，就驅(qū)動(dòng)供油閥Q0.3和加載閥Q0.4，空壓機(jī)開始做功。當(dāng)壓力值達(dá)到設(shè)定的高限時(shí)，加載閥就會(huì)關(guān)閉，空壓機(jī)停止做功，電機(jī)保持空載運(yùn)行。

停機(jī)時(shí)，按下TD400面板上的‘F2’，空壓機(jī)就進(jìn)入停機(jī)過程，首先關(guān)閉加載閥，經(jīng)過10秒鐘的延時(shí)，主電機(jī)停止。如果遇到緊急情況的停機(jī)，只需要按控制柜門上的紅色急停按鈕，空壓機(jī)主電機(jī)就會(huì)立即停止，不再執(zhí)行中間程序。

以上過程是空壓機(jī)的正常開停機(jī)程序，為了對(duì)空壓機(jī)本身進(jìn)行保護(hù)，內(nèi)部程序還設(shè)置了豐富的保護(hù)功能，確保人身和設(shè)備的安全。比如，相序檢測(cè)、電機(jī)過載檢測(cè)和空濾、油濾、分離器堵塞檢測(cè)等功能，這些報(bào)警出現(xiàn)后，會(huì)禁止啟動(dòng)主機(jī)或者使主機(jī)跳停，并在TD400面板中顯示，以便用戶快速處理故障。

3.3 增加的保護(hù)功能

在未改造前的控制系統(tǒng)中，啟動(dòng)時(shí)間和壓力上下限三個(gè)數(shù)值未設(shè)置默認(rèn)值，需要在調(diào)試完后人工設(shè)置，當(dāng)斷電超過3個(gè)月時(shí)，設(shè)定值會(huì)丟失，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，只能通過原設(shè)計(jì)廠家修改。

為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，在改造后程序中進(jìn)行了優(yōu)化，預(yù)先設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間為10～40秒的一個(gè)默認(rèn)值（如圖2）。運(yùn)行后啟動(dòng)時(shí)間根據(jù)工廠實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行修改，這就杜絕了數(shù)據(jù)丟失的問題。

4 結(jié)語

使用S7-200PLC為空壓機(jī)控制系統(tǒng)的核心，通過修改程序和控制線路的改造，實(shí)現(xiàn)了原有系統(tǒng)應(yīng)有功能，并且加以創(chuàng)新，解決了數(shù)據(jù)丟失的重大隱患，經(jīng)過1年多的運(yùn)行，一直保持著良好的運(yùn)行狀態(tài)。

[1]李明河, 晁冰. PLC在空壓機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 控制工程, 2000, 7(4):48-50.

[2]梁慧斌, 李學(xué)華. 西門子PLC在空壓機(jī)站智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 煤礦機(jī)械, 2012, 33(4):214-217.

[3]李強(qiáng), 屈寶存, 葛智強(qiáng). PLC和變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J]. 變頻器世界, 2006(3):99-100.

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