西门子授权代理商触摸屏供应商采购

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.2 中试生产线设备构成和功能简述 

(1) 中试生产线由两条长长的平行传送带A和B作为其主体设备，生产用的工装台就放置在这两条传送带上，依次顺序运行到一个个装配测试工位。两条传送带A和B运行方向相反，因此，工装台就是从A这边去，从B那边回。 
(2) 传送带A和B两端通过末端的单向移载传送带连通成环形的整体，工装台在运行到某一条传送带的末端，就通过末端的单向移载传送带转移到另一条传送带的起点。图1中左边的末端单向移载传送带简称“左一”，右边的末端单向移载传送带简称“右一”。 
(3) 在传送带A和B之间，还有两条中间的双向移载传送带，左边的简称“左二”，右边的简称“右二”。通过选择运行模式，这两条双向移载传送带可以投入运行，在从而实现将生产线分解成1~3小段组合运行的功能。这样可以在生产线各小段分别安排不同工序流程的多种产品进行同时加工，提高了生产效率，满足多产品排产的要求。 
(4) 图1中左边为控制柜，内装PLC及其外围输入输出电路，还有电机主电路的设备，包括变频器、空气开关、接触器等。 
(5) 在传送带中，布置了很多的行程开关、微动开关，用于检测工装台运行的位置，转换成为开关量数字信号输入PLC控制器，使PLC能根据这些工装台的位置进行运行程序的运算和控制输出。 
(6) 在装配测试工位上，还有一些手自动转换开关、脚踏开关、阻挡气缸释放按钮等，多是开关量数字信号输入(除了气缸按钮不是)，可通过这些装置人工操作工装台和传送带的运行。 
(7) 电机是由PLC输出的开关信号来进行启停控制的;气缸的升和下降是由电磁阀控制生产用压缩空气对气缸的进气和排气来实现的，而电磁阀则也是由PLC输出开关信号来控制的。 
(8) A和B传送带的运行速度分别由两台变频器来调节速度大小，运行中采用定速运行，满足运行工艺要求。 

2.3 运行和控制流程 

(1) 上电后A和B传送带并行反向运行，其速度由变频器面板设置，固定运行，调试成功后不需要改。 
(2) 两端的移载传送带负责把工装台在两条A和B传送带之间循环移载。例如当工装台沿A线运行到“右一”前A1位置碰到检测的行程开关，则当“右一”处于空闲时(无工装台在上面，也没有工装台堆积在B传送带起点B1时)，“右一”将会进入单向移载程序。这时工装台继续运行到就位位置A1’触动行程开关，则“右一”气缸会升，把工装台起来，“右一”传送带启动运行，把工装台送到对面的B1起点，然后气缸放气，工装台放下。这就完成了一次单向移载。“左一”运行方式同上述方式的顺序是一致的。 
(3) 在选择不同的小段组合工作运行模式时，如果两条传送带被分成两段或三段循环运行，则中间的两段移载传送带负责把工装分别在各自的循环路径上移载，实现分段运行。例如当工装台沿A传送带运行到“左二”前位置A3，则开始进行移载检测，如果“左二”处于空闲时(无工装台在上面，也没有工装台堆积在B传送带出口点B3时)，“左二”将会进入移载程序，这时工装台继续运行到就位位置A4触动行程开关，则“右一”气缸会升，把工装台起来，“右一”传送带启动运行，把工装台送到对面的B4点，然后气缸放气，工装台放下。这就完成了一次A向B的工装台移载。而对面的工装台也可按相的顺序从B5点转移到A5点。 
(4) 中间移载传送带根据各循环路径上工装到位的先后顺序来排队，先到先走，解决两边冲突的问题。 
(5) 移载传送带通过气缸升和皮带滚轮传送来实现工装移载。 
(6) 现场有手/自动转换开关、脚踏开关用以实现手动操作。 
(7) 整条线运行前先根据要求选择运行模式(即小段组合运行方式)。 

3 PLC控制设计 

3.1 PLC配置设计 

控制柜是整个试生产线的中，其中关键的设备是PLC。中试生产线选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及扩展模块。 

EC20系列PLC是的通用PLC可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。 

EC20的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式(梯形图、指令列表、顺序功能图)，方便地监控和调试，可在线修改程序。 

(1) PLC设备配置 

1个主模块EC20-3232BRA，继电器型输出，220VAC电源，32输入和32输出; 
1个扩展模块EC20-0808ER，继电器型输出，8输入和8输出。 

(2) 输入设备配置 

输入设备有: 

●旋臂式行程开关，用于工装台的位置检测; 
●限位开关，用于工装台、运动机械、气缸的到位检测; 
●脚踏开关，用于装配工位上的人工操作; 
●转换开关，用于操作模式的选择，在控制柜和装配工位上，控制柜上是整体运行模式的选择，装配工位上是手/自动切换。EC20输入端是漏型输入，因此输入设备采用EC20模块的COM点为输入接线回路端。 

(3) 输出设备配置 

输出设备有: 

●继电器-电磁阀-气缸，PLC输出点通过控制继电器来控制电磁阀，电磁阀再控制气缸的进气和排气，从而实现气缸的升和下降，继电器-电磁阀-气缸的组合是通过电气输出的接点控制气动操作设备的一种有效手段; 
●继电器-接触器，PLC输出点通过控制继电器来控制接触器，从而实现电机的启停操作、设备的开关及其它电路的通断，继电器-接触器的组合是用小容量的输出点来控制大容量的电气回路的正确方法; 
●继电器，PLC部分输出控制可通过继电器直接进行，如指示灯、蜂鸣器等小容量电路。 

一般情况下要注意PLC的输出点不应用于直接接入和控制各种被控制电气回路，要通过继电器等元件来提高控制容量，以及起到隔离的作用。 

3.2 PLC的顺序步骤程序设计要点 

环形生产线的运行，主要的流程都是按顺序进行操作的。大多数情况下工程技术人员采用的是梯形图的编程方式，也有少量采用指令列表的方式。顺序功能图的方式还不十分为广大技术人员熟悉。这里讨论的是采用梯形图编程时的顺序步骤程序设计。 

在编程前，需要把设备的流程转变为顺序的逻辑流程图。二节中所讨论的流程，是一种操作的外在现象和设计思想，而程序的逻辑流程图，则是准确到包含以下及其他未说明的设计:输入检测和受控设备的动作配合、步骤的准确衔接、操作的延时长短设置、操作的条件和限定、对人和设备保护防护设限、动作先后判断及选择、故障的诊断和显示、故障后的保护和恢复等。 

如果设计和编制程序时，不编制流程和顺序控制点，不设置顺序控制点的代表元件，则程序做出来的可读性、可维护性会很差。比如一台电机的启动，如果仅是套用一堆输入、延时、条件、限制逻辑在PLC输出线圈之前，其中没有一个代表顺序的触点元件，那么就是上述无序编程的典型做法。当程序点数增多，后就可能导致程序的编制难以控制，出错可能性大，调试非常困难、维护和调整难以下手。 

中试生产线的编程，采用了两项主要的编程方法。 

(1) 顺序步骤程序设计 

顺序步骤程序设计，是将一长串流程分解为一个个步骤，每个步骤单完成一项逻辑运算和动作。在每个步骤上，都设置一个人为的标志位，用以明确表示当前运行的步骤，并通过此标志位限定设备的输出，达到使整个系统按照步骤严格运行的目的;并使得整个程序的条理清晰，各步骤逻辑简洁明确，有利于日后的维护和修改。 

通过运行监控界面用户可以在触摸屏屏幕上直观的看到现场的生产运行情况。把电器柜所有转换开关置为PLC，系统得电后，在界面上选择PLC自动，通过点击屏幕上的“启动”按纽来启动系统，进入自动运行。屏幕上将动态显示各料斗中的配料量和其他设备如:混炼器、搅拌器、电机、各阀门的运行情况。 

(1) 操作界面:当选择PLC手动时，就可以在操作界面对系统中的各个设备进行单控制，在、调试和紧急情况下使用。 
(2) 参数设定:参数设定界面主要目的是方便对系统运行过程的一些重要参数进行修改。包括配料参数的设定，搅拌参数设定等。 
(3) 物料管理:管理物料进料和进行物料用量统计。 
(4) 统计报表打印:方便用户对运行过程中的归档数据，如生产记录、配料详细记录和物料消耗情况进行打印输出。 

我们还充分利用西门子软件灵活多样、丰富的指令，设计出了模块化、结构化的程序，使得程序具有良好的可读性、可维护性。 

3 物料传送控制 

传动部分包括水平螺旋传送、垂直螺旋传送、缓冲罐、计量斗、混炼器、搅拌器和泥浆泵等组成。系统运行以后，水平螺旋和垂直螺旋将水泥传送到水泥缓冲罐，水泵将外界淡水送到水缓冲罐, 添加剂泵将各种添加剂传送到添加剂缓冲罐。PLC采集称重传感器数据，控制各缓冲罐出口阀做相应的动作。各计量斗秤值重量达到预先设定值，计量斗出口阀打开，在混炼器搅拌45s以后, 打开浆液阀，泥浆进入搅拌器。通过泥浆泵将泥浆输送到外界供现场使用。 

为了使水泥在混炼器中搅拌均匀，减少灰尘，程序中设定水计量斗中的淡水排放完毕，然后打开水泥计量斗出口阀门。因为水泥是粉尘状颗粒，容易黏附在一起，因此，在水泥计量斗侧壁安装有振动器。 

4 物料称重配料控制 

该部份由称重传感器、电磁阀、料位传感器、行程开关等组成。输入量模块采集现场信号，传送到CPU模块进行计算处理，然后通过输出模块输出信号，控制现场各种开关、电磁阀和电机等。 

根据原料配比不同，添加剂称重传感器大量程150kg，水称重传感器量程3t，水泥称重传感器量程6t。称重传感器将配料重量转换成(4~20)mA的电流信号，经PLC的模拟量输入模块进行A／D转换后输送到CPU与预先给定的重量进行比较，CPU按照给定的控制规律进行计算，然后发出控制信号控制各种配料严格按比例送入混炼器中搅拌。 

在称重配料的过程中，机械装置运行时的波动，比如气动电磁阀气缸的压力波动，造成给料装置的动作滞后:物料下落的冲击力;配料系统发出关闭信号后原料的过冲量(空中余量)，因物料料流的不稳定导致过冲量的随机变化(为关键的因素)。这些因素造成了称重配料误差。 

为了减小称重配料误差，系统把称重过程分为粗称和精称两个阶段。在缓冲罐出口安装两个气缸串联。在粗称阶段，缓冲罐出口的两个气缸全部打开，缩短给料时间。当给料量达到设定量的90％，进入精称阶段，此时，关闭90％的缓冲罐出口气缸，小量给料以提高称量精度。系统中的机械结构、称重传感器、模拟量输入模块等环节都存在一定的误差，终反映为作用于传感器的实际值与触摸屏显示值之间的误差，这个差值我们称之为系统的非线性误差。这一误差可以通过函数校正的方式来。设作用传感器的力为F(i)，对应的显示值为M(i)，由数组F(i)和M(i)的拟合，可以得到一个校正函数:F=f(m) 

由于系统误差是各个环节共同作用的结果，因此校正函数一般有多个拐点，为了**测量精度，本系统中采用分段小二乘抛物线法来分别求出各段的拟合多项式:F=a+bm +cm2 

5 结束语 

该系统采用性高、抗干扰能力强的可编程控制器和触摸屏，可以实现PLC自动/手动和手动三种配料功能。当自动系统有故障时，可切换至手动方式配料，继续生产水泥浆，**用户生产的连续性，减少损失。触摸屏编程为图形化操作，可以动态显示当前配、卸料等生产状态，简单直观，操作方便。可以存储实时生产数据，读取历史数据，实现生产数据打印。二次计量进料方法，使整个自动化搅拌系统精度得到了提高。水泥搅拌自动控制系统的研制成功改变了以前依靠进口设备的状况，大大降低了生产费用、提高了生产效率和系统的性。

1 引 言  在内燃机动力装置的船舶上，锅炉是船舶的重要辅机设备，主要产生蒸汽用于加热燃油、主机暖缸、驱动辅助机械及生活杂用。当前船舶机舱自动化的要求越来越高，锅炉的自动控制在实现舱中是的。但是目前我国船舶(特别在远洋渔船)上，虽有一定程度的自动化控制，但控制系统基本上是采用接触器—继电器系统, 系统线路复杂、性差、维护工作量大。为改造船舶设备，改善船员劳动强度，提高生产效率, 采用可编程序控制器来实现锅炉的自动控制, 可以使线路简单、性提高、维护方便且容易实现现场调试等。可编程序控制器控制系统的经济性能比接触器—继电器控制系统。  2 设备与工艺要求  本文主要针对的是船舶辅助燃油锅炉,其蒸发量一般为0.45-2.5t/h，蒸汽压力在0.3-0.7Mpa左右，但只要简单修改PLC程序就可以适用不同型号的船舶锅炉。船舶锅炉自动控制一般有以下几个环节:蒸汽压力自动控制，燃烧程序的自动控制，锅炉水位自动控制，保护与报警。  系统的全自动起动、停炉和故障事件处理，按照要求在PLC中编制用户程序，实现:给水、扫气、点火、燃烧等过程的全自动起、停控制。锅炉定期定时保养维护的自动提示和期不维护的系统自动闭锁。为配合燃烧，PLC在系统的起停运行中，根据控制要求自动起停风机电机和开闭风门完成扫气工序，并根据燃烧情况，控制风门的开闭大小。此外，风机电机故障、炉内压力限联锁、燃烧发生故障的联锁控制和报警处理，报警联锁等控制处理等也由PLC用户程序实现。  2.1 水位控制  采用水位计对水位进行检测，根据控制需要将3个水位(下限水位、下下限水位、上限水位)的3个开关量信号接入PLC，经PLC控制水泵电机，实现合适给水量的控制、低水位联锁、报警处理给水水泵电机故障时的联锁控制等，使系统全自动平稳地运行。  2.2 蒸汽压力控制  蒸汽压力通过压力传感器测量实现。水位正常时，如蒸汽压力在0.4-0.46Mpa时锅炉正常燃烧;当负荷减少时，蒸汽压力上升到0.46Mpa时锅炉停止燃烧;如故障蒸汽压力仍上升至0.49Mpa时，切断电源并发出报警;当蒸汽压力下降到0.4Mpa以下时锅炉重新点火燃烧。  采用压力传感器测量当前蒸汽压力，通过压力开关，信号接入PLC的两点开关量输入，或者用压力传感器测量通过变送器将信号接入PLC的一路模拟量输入，实现两级燃烧(大、小火)控制和压力上限保护及实时监视。  2.3 燃烧程序自动控制  燃烧系统的自动控制就是蒸汽压力的自动控制。汽压是燃烧自动控制的被控参数。对锅炉发出起动信号后，自动起动油泵和风机，并把风门调到大而不向炉膛油，用压缩空气大风量吹扫，即“予扫风”，以防止点火时发生“冷爆”。预扫气结束后自动把风门关到小位置，打开点火喷油电磁阀，喷入少量燃油;同时接通点火变压器进行点火。点火成功后，自动断开点火变压器，燃油电磁阀正常打开，进入正常燃烧。  2.4 自动保护和报警  按照要求在PLC编制中实现过水位保护、高水位保护、点火失败报警、燃烧熄火报警等。  3 系统设计  3.1 PLC选型及I/O分配  根据以上控制要求，船用辅锅炉控制系统采用ＦＸ2Ｎ-32ＭＲＰＬＣ，它是日本三菱公司的产品，具有运行速度快，功能强，提供的Ｉ／Ｏ点数为16/16，除实际使用外，有足够的余量供系统以后扩展。模拟块采用ＦＸ2Ｎ－4ＡＤ和ＦＸ2Ｎ-4ＤＡ。提供4路输入和输出。通信模块采用ＦＸ-232ＡＷＣ。  本系统PLC的I／O分配表如表1。  为了节能，锅炉控制系统中的给水、燃烧控制部分能采用变频器，那么整个锅炉的控制水平(如温度、压力、水位的控制精度)将可得到较大的提高，并且其节能效益是十分明显的，这点在很多的锅炉系统，特别是较大容量的锅炉控制系统中己得到证实，其明显的节能效益使得由于使用变频器带来的控制系统成本提高在短期内就可得到回收，所以我们设计的控制器在这方面作了改进，以适应不同的要求。

1 引言 

转炉上料系统负责给转炉的辅原料高位料仓、铁合金中位料仓、铁合金炉后料仓及LF炉精炼料仓提供各种合格的冶炼辅料，满足炼钢过程中造渣、脱氧、合金化及成分微调、炉外精练的需要。 

2 上料系统工艺简介 

上料系统包括辅原料和铁合金上料系统两套上料设备组成，系统设计的任务就是要求充分利用辅原料、铁合金两套上料系统设备，完成辅原料A1、A5流程及铁合金A2、A3、A4、A6、A7、A8流程的操作。在自动化功能上要实现各流程皮带机的手动、自动、非常手动和现场本地操作四种运行方式和卸料小车的自动准确定位、振料机的自动启动停止，为此需要在卸料小车、皮带机、振料机等流程设备存在的相互连锁关系基础上，以清料时间为基础实现单程的顺起、顺停及换料操作，为了避免不必要的皮带机停止操作，以提高上料系统运行效率，需要实现辅原料A1、A5流程之间及铁合金A2、A3、A4、A6、A7、A8流程之间的转流程操作。各流程主要设备逐项介绍如下。 

2.1 辅原料上料系统 

(1) A1:地下料仓振料机FVF01-FVF08;辅原料上料皮带机FBC01-FBC03;辅原料卸料小车FXC1;辅原料高位料仓FGC01-FGC10、FGC201- FGC210、FGC301- FGC310 

(2) A5:石灰窑输送皮带机;辅原料上料皮带机FBC02-FBC03;辅原料高位料仓FGC01-FGC10、FGC201-FGC210、FGC301-FGC310 

2.2 铁合金上料系统 

(1) A2:铁合金地下料仓振料机TVF01-TVF14;铁合金上料皮带机TBC01-TBC03+TBC04正转、TBC04T推杆正限位+TBC05;铁合金中位卸料小车及推杆TXC1、1TXC1T1T、1TXC1T2T;铁合金中位料仓:TZC01- TZC06、TZC201-TZC208、TZC301-TZC308 

(2) A3:铁合金地下料仓振料机TVF01-TVF14;铁合金上料皮带机TBC01-TBC03+TBC04正转、TBC04T推杆反限位+TBC06-TBC07;铁合金炉后卸料小车及推杆TXC2、TXC2T;铁合金炉后料仓:LHC01-LHC06、LHC201-LHC206、LHC301-LHC306 

(3) A4:铁合金地下料仓振料机TVF01-TVF14;铁合金上料皮带机TBC01-TBC03+TBC04反转;1#精炼上料皮带JBC01;1#精炼铁合金卸料小车及推杆:1JXC1、1JXC1T;1#精炼料仓:SBN01-SBN16 

(4) A6:石灰窑输送皮带机;铁合金上料皮带机TBC02-TBC03+TBC04反转;1#精炼上料皮带JBC01;1#精炼铁合金卸料小车及推杆:1JXC1、1JXC1T;1#精炼料仓:SBN01-SBN16 

(5) A7:铁合金地下料仓振料机TVF01-TVF14;铁合金上料皮带机TBC01-TBC03+TBC04正转、TBC04T推杆正限位+TBC05;2#精炼上料皮带2JBC01;2#精炼铁合金卸料小车及推杆:2JXC1、2JXC1T;2#精炼料仓:JGC01-JGC216 

(6) A8:石灰窑输送皮带机;铁合金上料皮带机TBC02-TBC03+TBC04正转、TBC04T推杆正限位+TBC05;2#精炼上料皮带2JBC01;2#精炼铁合金卸料小车及推杆:2JXC1、2JXC1T;2#精炼料仓:JGC01-JGC216 

其中A1和A5流程之间以及A2、A3、A4、、A6、A7、A8流程之间的共用皮带机很多，如何实现在不停共用皮带机的条件下，各流程的正常切换操作是上料系统实现自动化的关键。 

3 程序设计的主要工艺依据 

3.1 外部控制 

(1) 皮带机要求顺着到所上料仓的上料方向逆起顺停。 
(2) 皮带机控制从属于流程选择方式:自动、手动、非常手动。 
(3) 当皮带工作机在自动方式时，振料机、卸料小车及推杆根据需要可以工作在手动或非常手动方式。 
(4) 进行换料种、转流程操作时，卸料小车及流程都要选择自动方式，而振料机可以根据需要工作在自动或手动、非常手动方式，只有在自动和手动方式下振料机和所上的料仓之间有连锁关系, 以免因操作失误造成混料。 

3.2 连锁控制 

(1) 振料机在自动、手动、非常手动等上位操作方式下，只要振料机下的皮带机未运行，振料机不运行。 
(2) 当所设定的上料重量完成后，振料机自动停机。 
(3) 振料机在自动、手动操作方式下，当所选择的上料料仓到达高料位或高高料位时，振料机自动停止。 
(4) 无论皮带机在什么操作方式，只要所选择的上料料仓到达高高料位，皮带机都执行急停操作，但经操作工确认后可以继续启动皮带机清料，以便清空皮带上的余料，为下次上料做好准备。 

4 控制系统设计 

4.1 硬件配置设计 

为了实现以上功能，我们采用了施耐德公司的QUANTUM系列PLC, 包括一个本地的16槽机架，一个16槽远程机架, 一个16槽扩展机架，由于上料系统所涉及的设备分布较为分散，按照常规的电气设计，从现场设备到PLC的信号模块将需要很制电缆，无论给电气施工还是维护都带来很多不便，为此我们采用了TURCK公司的PROFIBUS DP远程I/O模块，解决了现场设备信号的传输问题

1 引言 

基于现场总线的PLC控制系统以其结构紧凑、功能简单、性高和价格低廉等优点，获得了广泛应用。近年来，随着计算机信息网络技术的飞速发展，以PLC为的工业控制系统也向大规模、网络化发展。它已成为与DCS并驾齐驱的主流工业控制系统。 

山铝水泥厂是山东铝业公司的下属分公司，有着50余年的历史。而今由于生产工艺相对落后，导致生产成本偏高。因此，公司于2003年建立了新型干法烧制水泥的生产线，原有的几条老线面临着改造。本文介绍的3#旋窑改造后应同时具备生产氧化铝熟料、水泥熟料的两条工艺流程。 

2 系统要求 

3#旋窑监控系统要将整条生产线的近70多处压力、温度、流量、料位等模拟量，再加上所有电机、变频器、执行机构、软启动器的开关量和模拟量等测控点在生产调度中全集中监控,并将监控结果传送到控制室的计算机中;同时要求控制室内安装工业大屏幕一块，负责读取显示3#旋窑的一些重要工艺参数。 

要求所有电气设备实现中控/本地两地控制;要求各控制站间采取分布式I/O方式进行设计，减少系统的线缆敷设，减少系统故障的发生，易于检修和维护。 

3 系统设计 

3.1 方案论证 

我们着重研究了目前工业控制比较流行的PLC控制系统、集散控制系统DCS、现场总线控制系统FCS三大控制系统。 

由于属于老设备改造，一些原有的现场仪器仪表不具备现场总线接口，即使具备也难以达成统一的通讯协议标准，如全部新，投资太多，所以论证初期就放弃了现场总线控制系统FCS。 

PLC与DCS的基本结构是一样的。PLC发展到今天，已经移植到计算机系统控制上了，传统的编程器早就被淘汰，大型PLC与DCS的界线已经逐步淡化。经过比较二者的优缺点，从实现的可能性、性价比、维护的方便程度(本厂有PLC维护人员)等多方面考察，后决定选择SIEMENS(西门子)的S7-300及S7-200系列产品组成PLC控制系统。 

3.2 系统结构 

3#旋窑监控系统包括:煤磨系统、篦冷机系统、回转窑系统、电收尘系统及电收尘降温系统(电收尘降温系统为工程后续添加部分)。 

根据采取分布式I/O方式进行设计的思想，并充分考察了现场环境，后决定现场站采用两台SIEMENS的S7-300 CPU314-2DP作为主站，分别命名为窑前控制站和窑尾控制站。窑前控制站和窑尾控制站，分别配置SIEMENS标准以太网模块CP343-1, 利用工业以太网，采用标准TCP/IP协议与控制管理层操作员站及工程师站进行通讯，通讯速率可达100M。同时，采用PROFIBUS DP通讯标准与现场I/O站ET200M进行通讯，波特率可达12M。系统还配置了两台SIEMENS的S7-200 CPU226作为从站。其中一台CPU226通过以太网模块CP243-1连接到网络中，负责从管理计算机读取现场重要工艺参数并传送到工业大屏幕，以方便操作人员直观读取重要工艺参数(刷新速率小于1秒);另一台CPU226为工程后续添加部分, 作为电收尘降温系统从站，通过通讯模块EM277，采用PROFIBUS DP通讯标准与窑尾控制站通讯。 

前言 

可编程控制器（PLC）由于其运算速度高、指令丰富、功能强大、性高、抗干扰性强而广泛应用于各种工业控制部分，在智能现场控制系统中，选用PLC作为控制器是十分有效的。本文以汽车传动轴防尘罩的检测为背景，着重讨论一种基于PLC控制的模拟汽车传动轴防尘罩实际运行环境的高低温试验箱控制系统的研制。 

汽车传动轴防尘罩的作用是防止灰尘、杂质等进入前轮传动轴的连接处，同时也防止高温润滑油从中溢出。根据有关规定，本系统要求防尘罩在2500转/分下保持其的断裂延展特性，在－60～150℃下，能通过1～6千万次循环试验。在此情况下，我们受委托对汽车传动轴防尘罩高低温试验箱进行改造，以工控机为人机接口，采用PLC程序控制系统。 

1、系统功能分析 

传动轴防尘罩温度试验的基本要求是：在规定的温度下，以一定的转速运行一定的时间。交替设定温度、转速及时间（多为4组）循环一定次数构成一个测试阶段。测试过程多可设4个阶段，每个测试阶段的循环次数由测试员现场设定。实验中主要控制量有试验箱内温度（-60～150℃）、传动轴转速（0～1500rpm）、固定角及滑动角角度、测试时间（1～60000分）及阶段循环次数。测试过程要求调整固定角及滑动角的角度、启动温度控制系统使温度逐步达到设定值、使传动轴在设定的转速下运行规定的时间。现场设定不同的条件交替测试，循环一定周期。 

根据测试要求，系统应具有手动，自动操作功能。手动操作时，操作人员可以直接控制电机、压缩机、加热器等设备的启停，进行设备维修，调试和试验等；自动操作时，测试装置自动完成整个测试过程。另外，控制系统还应具有完善的保护功能以保护人员及设备。任何时候都可以强行停止测试。若测试过程因故障原因终止，需要记录故障原因及测试进展状况。 

2、控制系统的设计与实现 

2.1 控制系统硬件结构设计 

本系统人机界面部分采用闽台研华公司生产的奔腾机，软件部分采用Delphi编程，在系统中协调控制，打印输出，过程值显示，控制部件为OMROM的可编程控制器，它负责各控制系统所需要的各种逻辑控制和运算。被控对象有变频调速系统和温度系统。变频调速由日本安川公司生产的变频器驱动传动轴电机，使传动轴保持一定的转速。温度控制系统是一个典型的闭环控制系统，温度测量元件为铂电阻，由PLC控制电加热器及压缩机，实现加热或制冷。加热系统由三个电加热管组成，制冷系统由两级压缩机组成，其通断由PLC控制。 

为实现检测控制要求，本系统采用日本立石(OMRON)公司CPM2A-40CDR-A的PLC作为主控单元。其输入点数为24点，输出点数为16点。该PLC具有体积小，重量轻，运行，保护方便等特点。系统除了基本的开关量的输入/输出外，还配有模拟量的输入/输出扩展单元。模拟量输入单元用于接收Pt100热电阻温度信号，模拟量输出单元控制变频器输出频率，实时全部模拟信号，进行工程量转换，并与设定的上下值比较，开关量单元用于控制电机的启停，故障的报警等。 PLC的I/O分配和功能如图1所示。

 
图1 I/0分配与功能图

2.2 变频器控制系统 

本系统的传动轴转速由变频器控制。控制部分主要由PLC、变频器、光电接近开关组成。传动轴旋转部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K变频器驱动变频电机。采用转速闭环矢量控制，调速范围0～2500r/min,调速精度<0.02%。PLC通过模拟量输出单元将0～6000的数字量信号转换成4～20mA电流信号给变频器作为频率输出设定。传动轴实际转速反馈信号由PG光电接近开关输出，其输出脉冲经PLC计算作为电机的速度负反馈信号。 

根据生产工艺对系统运行时稳态精度及跟随能力的要求，变频器内部的PID调节器设定为比例积分调节方式，由PLC的速度给定值与由脉冲编码器的现场速度反馈值比较后，得到速度偏差，经比例积分控制器处理后，输出的二次电流信号作为频率输出，送矢量控制系统，控制电机运行。恒功率的分界点以及它们的频率范围内的P.I值，由现场负荷调试确定，已达到运行效果。 

因为转角电机的频繁快速启停，制动时经常会产生很高的泵升电压，因所选变频器为交-直－交电压源时，泵开电压不能回馈电网，故采用制动单元并配以电阻加以吸收。当变频器直流电路升高到一定值（660VDC）时，制动单元中的IGBT管被触发导通，接通制动电阻回路，将转角电机的回馈电能消耗在制动电阻上，以满足快速停止的要求。 

2.3 温度控制系统 

试验箱内的温度调节范围为－60℃～150℃，具体值由操作员现场设定。系统加热时采用三个晶闸管控制的电加热管，合上主回路的操作开关，整个加热装置开始运行，未达到设定温度时，固态继电器SSR1吸合，1号加管加热，系统逐级开启2号，3号加热管。达到设定温度时，进入保温阶段，采用控制3号，2号加热器的输出通断来调功调温。使用控制箱风机来**温度均匀变化。如果箱内温度达到高温界限，系统将会报警。 

单级蒸汽压缩制冷所能达到的蒸发主要取决于冷凝温度及压力比，对于氟利昂制冷剂，一般压力不过10，这样采用单级蒸汽压缩制冷循环，一般只能制取-20～-40℃的低温因此采用单级蒸汽压缩制冷循环将无法满足本系统制取-60℃低温的要求，在此情况下，决定采用两台低温压缩机组成的复叠式制冷系统，两级复叠制冷系统将级蒸发器与二级冷凝器复叠在一起，使二级低温制冷剂在－35℃左右冷凝，在－80℃左右蒸发，以获得系统所需要的低温。

 
图2 温度控制系统电路图

3、PLC控制系统的软件设计 

为了方便调试和编程，整个软件系统采用模块化编程，主要由手动运行模块，自动运行模块和故障诊断和报警模块。在软件编制时，采用了一些抗干扰措施，增强了整个系统的抗干扰能力，在计算机上可以实现实时操作，控制并观察现场各设备的运行情况。 

当系统处于手动运行时，PLC接收各设备状态，由此判断各设备的运行状态，可单运转变频电机、加热器、制冷系统的压缩机。便于系统的调试和维修。 

系统自动运行时，只须按照计算机屏幕提示，设置操作参数，，试验即自动进行下去，并在计算机屏幕上实时显示各设备参数。试验过程中或试验结束后，均可按照提示选择打印方式打印。以下介绍温度控制子程序。 

由于系统采用三套晶闸管控制的电加热器。常用的控制方式有两种：一种是分段开关控制，根据温度的高低，逐级开启或关闭加热器。这种方法温度偏差大，精度较低。另一种是PWM脉宽调制，在PLC中实现PWM程序比较复杂。回路中的电加热器为满足温度恒定的需要，经常切换工作状态，而常规的电磁继电器开关触电易磨损，寿命短。所以对种方法进行改进。 

由于系统是二阶系统，在系统温度下降时，增加加热管，温度由于惯性的原因，温度继续下降一段时间后再上升，同样减少加热管，温度会上升一段时间后再下降。我们将前后两次测量值进行比较，得到温度偏差e，系统根据e来控制加热器的状态转换。当e较大时，此时通过逐级打开加热器来调整温度。 

启停切换顺序为：启动顺序：1＃ 2＃ 3＃；停止顺序：3＃ 2＃ 1＃；温度的变化值e: e=Ti－Ti－1。其中Ti ,Ti－1分别是本次温度采样值与前次温度采样值，并记试验箱温度允许上限为HSP，允许下线为LSP。PV为温度测量值。考虑到前后两个采样周期的变化温度e变化不大。当当前温度值PV＋个周期变化温度值e﹥温度设定上限HSP时，就减少加热管。反之，当PV+e﹤LSP时，就增加电加热管。程序框图如图3所示。

 
图3 温度控制流程图

电气系统已设计了各种保护，并直接作用至断电，其中包括：缺相保护、过载保护、旁路保护。 其中变频器具有短路、过载等保护功能，当变频器所驱动的电机发生短路、过载等故障时，变频器将自动切断一次供电回路，进入保护状态并输出报警信号，系统把各故障点相应的接触器、短路器等元件的辅助触电接到PLC，PLC扫描输入这些触电的状态，并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区，再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析，判断设备或元件是否出了问题。 

4、结束语 

可编程控制器（PLC）控制的汽车传动轴防尘罩高低温试验箱可以控制传动轴转动速度、调整其运行环境温度、实时监测试验箱内各种变量状态、灵活处理数据的通信，并将数据实时显示在计算机上，而且可以将所得的数据进行存储打印输出，以便后查。大大提高了系统的效率。(