基于西門子LOGO！的真空泵自動控制系統設計

【摘 要】西門子LOGO！是介于繼電器和PLC之間的可編程邏輯控制器，它簡單靈活，易于設計、維護。本文采用西門子LOGO！作為真空泵自動控制系統的控制器，對海普賽能源科技公司原來真空控制系統進行了改造設計。闡述了其控制原理、特點，在實際應用中的可靠性和優越性。同時對在安裝調試、維護使用中應注意的問題提出了有益的建議。

【關鍵詞】真空泵；西門子LOGO！；可靠性

0引言

在鋰電電池等制造行業，烤箱、攪拌機、自動注液機、封口機等設備必須在真空狀態下運行，一旦真空系統出現故障，不僅只是維修真空泵的問題，而且生產無法進行，直接損失巨大，因此保證真空系統包括其控制系統運行的可靠性至關重要。

LOGO！即可編程邏輯控制器。它不同于PLC，不具備數學運算功能，但它本身集成了編程能力，且其帶負載能力非常強，只要選對型號，無須中間繼電器和交流接觸器，就可直接接入負載；它也不是繼電器，其內部集成了多種繼電器功能，外部接線極其簡單。它填補了繼電器和PLC之間的技術空間。以簡單靈活、易于設計、易于維護逐漸贏得青睞。

1 控制系統的構成

1.1基于西門子LOGO！控制的設計思想

環宇集團海普賽能源科技有限公司真空系統由兩臺真空泵組成，原來的電氣控制柜是繼電器控制，各種繼電器合計十余個。由于繼電器觸點容易接觸不良，時常出現故障，因此必須進行改造，原先準備改用PLC進行控制，這樣可用軟件代替大量繼電器，只要程序寫好，故障率會大大下降。但是PLC各輸入、輸出端硬件接線線路都要經過公共輸入、輸出端，接線很不方便，同時PLC動輒幾千元或以上，價格不菲，這就造成原料成本和安裝成本很高，可是LOGO！市場價格才幾百元，并且各輸入點只要取自同一相電源即可，而輸出又是繼電器觸點，沒有公共端，這在硬件設計上相當自由。在軟件編程上又可將故障狀態編成文本顯示在顯示面板上，并且給出輸出報警。而面板上的光標鍵又可作為輸入開關編程，從而節省硬件投資。基于以上比較，選用LOGO！ 230RC作為控制器對真空泵電氣控制系統進行了改造。

1.2基于西門子LOGO！控制系統組成

真空負壓吸引系統以真空罐為真空存儲設備，采用兩臺水環式真空泵抽取空氣，用管道連接各管道終端的快速接頭。管路上裝有兩組真空負壓電接點壓力表進行自動控制。一組設定為正常值，當負壓達到–0.06MPa時壓力表觸點接通自動停泵，待真空負壓上升到–0.03MPa時自動啟動真空泵運行；另一組壓力表上下限設定為–0.066MPa和–0.026MPa作為備用。泵的進氣管上安裝有電磁閥，電磁閥與泵電機同步啟動、關閉，以防止停泵時水和空氣返流進入真空系統內。正常工作時兩泵“交幫”狀態運行，即合上電源后一臺泵首先工作，負壓值達到–0.06MPa后自動停泵，待真空系統的負壓上升到–0.03MPa時自動啟動另一臺真空泵運行，這樣周而復始使系統保持在設定的真空范圍內。而當管路發生泄漏或一臺泵損壞時，采用“連幫”狀態運行，即一臺泵啟動運行10秒仍無法達到需要的真空狀態另一臺泵跟著啟動運行（以減少兩泵同時啟動對電網的瞬時壓降）。

1.2.1系統硬件配置

系統應用LOGO！硬件設計控制原理圖見圖1。

圖1 LOGO！硬件設計控制原理圖

P1、P2是真空負壓電接點壓力表，其四個電接點（觸點開關）分別接入LOGO！的I1～I4，P1負壓值設定為–0.03MPa～–0.06MPa，P2負壓值設定為–0.026MPa～–0.066MPa。F為電磁閥，與泵電機同步啟動、關閉。SA1為急停開關，供操作人員發現緊急情況時使用。SA2、SA3 為多功能轉換開關，轉到手動檔時供應急或檢修時使用；轉到自動檔時分別輸入信號到I7、I8為LOGO！自動控制。若真空泵停泵檢修時，SA2或SA3轉換到停止檔，使檢修的泵退出自動控制。I5、I6輸入點通過對相應接觸器常開輔助觸頭的開∕閉信號采集，結合Q1、Q2的輸出狀態，對真空泵的啟停狀態進行監控。若Q1置位輸出，則KM1線圈得電吸合，1#泵運行，KM1常開輔助觸點閉合，I5輸入信號電壓，若電機或線路發生嚴重過載、短路、欠壓、缺相、接觸器線圈短路等故障，則QF2、FR1或FU2自動保護，切斷KM1線圈控制回路，常開輔助觸點因線圈失電復位，I5失去輸入信號電壓，Q4報警輸出，LOGO！自動轉為Q2置位輸出，接通KM2線圈，使2#泵投入運行。同理，若2#泵電機或線路發生故障，則QF3、FR2或FU3自動保護切斷KM2線圈控制回路，I6失去輸入信號電壓，系統自動轉為Q1置位輸出并報警，1#泵投入運行。Q3輸出交幫、連幫工作狀態，交幫狀態時HL4常亮，連幫狀態時HL4閃亮（亮5秒，滅5秒）。HL1為電源指示，HL2、HL3為1、2#泵工作指示。

1.2.2軟件開發

根據硬件配置設計，LOGO！對應的I/O分配如表1所示。

（1）啟動標志位M1 停泵標志位M2

M1、M2功能塊編程見圖2。

（2）1#泵故障位M4，2#泵故障位M5，程序通過對I5、I6端電平的采集，結合Q1、Q2的輸出情況，即若Q1已置位而I5無輸入電壓，則M4置位，判斷為1#泵出現故障；同理可判斷2#泵情況。延時功能塊是為了響應程序讀取輸入量的時間，同時也方便軟件仿真，編程分別見圖3。

（3）連幫標志位M6

M6編程和M3編程見圖4。

由于連幫運行狀態是在非常態下使用（平時不用），從表1可知，LOGO！八個輸入點已分配完畢，為節約成本，這里不增加LOGO！模塊，采用面板上的光標鍵來編程。按住右光標鍵5秒后RS功能塊置位，M1啟動后M6置位輸出連幫運行；按住左光標鍵5秒后RS功能塊復位，M6復位退出連幫運行（第一、第二次設計的產品采用軟件中的“軟鍵”特殊功能塊而不是光標鍵來編程，通過Switch=on、off來解決）。

（4）1#泵運行控制Q1 2#泵運行控制Q2

Q1置位輸出時1#泵運行，Q2置位輸出時2#泵運行，編程分別見圖5.和圖6.

結合圖4、圖5、圖6，正常工作時，SA2、SA3同時轉到自動位置，合上電源后I7、I8輸入電壓，這時Q1、Q2、M3都在復位狀態，M1啟動后Q1首先置位（圖5），從圖6可知，這時Q2因Q1置位互鎖而不能置位，1#泵啟動運行，M3置位（見圖4），M2置位后Q1復位停泵，這時M3由于自鎖還是置位狀態（圖8），Q1因M3置位互鎖而不能置位（圖5），M1再次啟動后Q2置位（圖6），Q1因Q2互鎖而不能置位（圖5），2#泵啟動運行，這時M3復位（圖4），M2置位后Q2復位停泵，這時M3還是復位狀態（圖4）且使Q2不能置位（圖6），M1再次置位后Q1置位（圖5），如此周而復始。發生故障時M4或M5置位后自動置位Q2或Q1。I7或I8單獨輸入時，自動轉為相應的1#泵或2#泵自動控制運行（見圖4，即M3復位狀態時控制Q1置位；M3置位狀態時控制Q2置位）。

E 交幫、連幫指示Q3 故障報警指示Q4

Q3在I7、I8同時輸入時常亮，而M6也置位時閃亮。Q4在M4、M5置位，I2、I4輸入高電位時置位輸出，接通報警電路，以通20秒斷10秒脈沖報警，按住下光標鍵5秒后Q4復位。編程中對交幫、連幫、1#泵、2#泵運行狀態及故障信息共輸出十個文本信息，特別是報警信息，使維修人員一到現場馬上就可以知道故障原因，從而節省了維修時間，保證了負壓站的正常運行。

2 運行效果

該控制系統自2007年投入運行至今，只發生過1起2#真空泵發生故障1#真空泵作為備用立即投入也就是“連幫”運行的情況（后來經過維修人員查看是2#真空泵內部葉輪損壞，進行了處理），未曾發生影響真空負壓中斷情況，可以說經受住了考驗。

3 結論

（1）該設計簡單、經濟、實用；操作簡單，很好理解，一般電工無論接線還是安裝較快就能掌握；

（2）運行可靠，維修簡便，硬件故障容易查找；編程經過培訓，很快就能掌握；

（3）不足之處在于如果兩臺真空泵同時壞的情況下，需要停機進行檢修，會影響生產，還須進一步完善。

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作者簡介：

戶振峰（1973-），男，河南安陽人，工程師，學士，主要從事電氣自動化方面的教學和研究工作。

（作者單位：重慶科創職業學院）