呼和浩特西门子模块代理商变频器供应商

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1 引 言
    液压卡环式步进提升机应用于石油化工、公路桥梁等大型工程建设项目中，实现对大型重物的起重施工，如：大型化工储罐的倒装焊接施工、大型桥道索揽的涨紧提升等。由于该设备工作于环境恶劣的施工现场且动作需平稳、准确，因此要求该设备的控制系统具有较强的抗干扰性、灵活性和友好的人机界面，操作简单方便。显然如用普通继电器控制或单片微机控制，很难达到上述要求。故在该产品的控制系统设计中，采用西门子CPU224 PLC作为系统控制，以TD200文本显示器作为主要的人机对话界面，较好的满足了上述要求，使设备能应用在环境恶劣的施工现场。
2液压卡环式步进提升机的工艺过程
    液压卡环式步进提升机主要由液压泵站及管路、电气控制台和液压卡环式步进升降器组成，可完成对重物的步进提升和回落，其部分结构示意图，如图1所示。图中上下卡头均为液压夹紧装置，用来夹紧提升杆；主液压缸完成提升和回落动作。
    设备的工艺过程，如图2所示。需提升重物时：上卡头先夹紧，下卡头放松，主液压缸带动上卡头和提升杆向上提升，到行程后，下卡头夹紧，上卡头放松，上卡头随主液压缸回落，重复以上动作，可实现重物的步进提升。需使重物回落时，上卡头先夹紧，下卡头放松，主液压缸带动上卡头和提升杆回落，到行程后，下卡头夹紧，上卡头放松，上卡头随主液压缸提升，重复以上动作，可实现重物的逐步回落。

为保证上下卡头能充分夹紧或放松提升杆，在上下卡头处装有压力检测传感器，只有油压达到预先设定值后，才认为夹紧或放松有效，可以进行下一动作。
    设备应具有手动和自动两种控制模式，自动用于正常的重物提升和回落，手动模式用于调试、检查维修等工作。
3PLC控制系统的硬件设计
    控制系统的硬件构成，如图3所示。

    根据工艺过程要求，估算出开关量I/O口共需23个，其中输入14个，输出9个；模拟量输入口需2个。综合考虑系统工艺要求、各PLC的I/O口配置、性能价格比等因素，选择西门子S7-200 CPU224作为主控单元。CPU224体积小、功能强，本身集成了14个开关量输入和10个开关量输出，用它接收各主令开关、行程开关等的输入信号，并输出控制各继电器动作。选择一个EM231模拟量输入单元接收压力传感器的检测信号（4～20mA电流信号）。EM231有3路模拟量输入通道可接收电压或电流模拟量信号，本例中仅使用两路。系统的PLC端口配置，如表1所示。

    为使系统有友好的人机对话界面，实现如行走步数、夹紧时间、压力上下限等现场参数的设定和输出各种报警提示信息，选择1台西门子TD200文本显示器作为显示设定单元。TD200是西门子公司人机界面产品之一，可支持汉字显示，功能强大、使用简单，具有较高的性能价格比。TD200与CPU224连接很简单，只需用它提供的连接电缆接到CPU224的PPI接口即可，不需要单电源。
4PLC控制系统的软件设计
    系统的软件设计基本按工艺流程图编制，其主程序梯形图，如图4所示。当设定总步数（VW32）大于当前步数（VW34）时，若输入“重物提升”（I0.1）指令，程序执行“重物提升程序”，实现重物的步进提升。同样，当当前步数（VW34）大于零时，若输入“重物回落”（I0.2）指令，程序执行“重物回落程序”，实现重物的逐步回落。
    为保证上下卡头能充分夹紧或放松提升杆，避免意外事故发生，程序中每次夹紧动作的执行都需检测卡头处的压力反馈值，确认有效后方可执行下一动作。若压力无法满足要求，则通过TD200给出报警提示信息。
    程序编制时，还应充分考虑对可能出现的各种危险操作的保护，如不允许2个电磁阀继电器同时动作，以保证液压系统油压相对恒定；不允许上下卡头同时放松；上下卡头同时夹紧时，禁止主缸提升或回落。另外，对各种错误操作和系统故障报警给出汉字信息提示和声光指示。

    对TD200文本显示器的组态可在STEP7-MICRO/WIN编程软件提供的“向导”（Wizard）指引下进行，按其的格式填入需要显示的信息及设定需监测的变量。该显示器多可显示80条信息，每条信息多可包括4个变量。全部组态完成确认后Wizard自动生成一个包括TD200参数和信息的数据块，可以打开“数据块编辑器”来浏览或修改该数据块。熟练的编程者也可不使用Wizard，直接在“数据块编辑器”中按格式对TD200编程。
5结束语
    该控制系统充分发挥了PLC、灵活的优势和TD200友好的人机界面功能。实践证明，系统具有较强的抗干扰能力，操作简单方便，适合在恶劣的施工现场应用，具有一定的推广。

化学水处理车间是火电厂主要的辅助车间之一。其主要任务是制备锅炉所需的补给水，包括除去水中悬浮物和胶状物的过滤设备及除去水中溶解盐类的除盐设备。
武汉高新热电股份有限公司化水处理系统的过滤设备采用机械过滤器；除盐设备采用阳离子交换器(阳床)、阴离子交换器(阴床)和混合离子交换器(混床)等组成。设备中使用的阀门均为气动隔膜阀门，控制气动隔膜阀的电气转换部件为电磁阀。阀的反馈信号取自就地磁性无触点开关，避免了就地环境的影响，并与以往机组中使用延时继电器的虚拟信号相异。

1　硬件配置

在化水程控系统中，我们采用上的控制方案进行设计，摒弃了传统的马赛克模拟屏的监视和操作模式，采用屏幕CRT和工控机进行监视和操作。系统的硬件配置如下：
19″大屏幕CRT；
研华586工控机；
C200HX欧姆龙PLC一套；
现场仪表一批；
现场电磁阀柜8台。
硬件配置的相互关系如系统框图(图1)所示，PLC(可编程控制器)是整个系统的。负责将现场的仪表检测信号采样，将现场阀门和泵的状态采集，并传送给工控机进行显示，同时接受工控机发出的控制指令，经处理后发送到现场的气动执行机构。

图1　系统框图

在控制系统中有模拟量输入点47点，数字量输入点174点，数字量输出116点，综合考虑经济因素，选择欧姆龙C200HX新机型，CPU选用C200HX-CPU64-E。C200HX是欧姆龙基于C200H推出的新机型，具有价格低廉等特点，其主要性能如下：
（1）执行速度达到每0．1μs一条指令；
（2）存储程序容量大可达63．2K字；
（3）数字量I／O点数大可达1184点；
（4）模拟量I／O点数大可达128点。
武汉高新热电股份有限公司化水程控的PLC主要系统配置如图2所示。

图2　系统配置图

2　软件设计

2．1　工控机上安装工业软件，根据设计需要进行二次开发。将化水程控系统分解成机械过滤器、阴床、阳床、中间水箱、混床、酸碱计量和仪表显示7个画面，画面之间可相互切换。
画面中显示每个设备的运行状态和检测仪表的数值，阀门和水泵开启时为，关闭时为红色，故障报警时为黄色。
画面中设有操作模板，在操作中可选择操作方式：点动、步操、自动。工控机完成点动和步动的控制，自动的过程由PLC实现。点动时，可直接用鼠标点击要操作的阀门和水泵，此时画面弹出一子画面，让操作人员确认是开启还是关闭；步操时，可以成组操作阀门和水泵；自动时，可根据设定的条件按步序要求进行顺序控制。
2．2　PLC运行速度快，可实现较复杂的数字运算，因此大部分软件工作由PLC完成。下面以流量的数据采集、累计和混床自动制作水来说明PLC的工作过程。
流量是以孔板两侧差压，通过差压变送器以4～20mA的信号送到C200H-AD003模板，经模板转换成二进制表示0～4000的数字信号，以上部分由硬件完成。PLC将以二进制表示的数据换为BCD表示，再将其的4000分之一求平方根，得到量程的百分比，再乘以量程，即得到瞬时流量。再每隔1 min将瞬时流量乘以1／60得到每分钟的流量，累加到累计流量寄存器就得到了累计流量。将瞬时流量和累计流量送到工控机进行显示。
混床制水分为投运正洗、设备运行和设备停运3个步序。投运正洗时，进水门M1，正洗排水门M5和采样门M11同时开，10min后，若采样门M11出口的导电度小于0．2μs/cm时即可自动转入设备运行步序，若到采样出的导电度表的导电度大于0．2μs/cm时，即可自动转入设备停运步序，其顺序流程如图3。

图3　混床流程顺序图

PLC还根据阀门和泵的控制和反馈信号来判断是否出现故障。出现故障时，在监控画面上，相应的阀门和泵变为黄色以示报警，同时输出给蜂鸣器报警，经报警确认后，蜂鸣器消音。

3　安装工艺

3．1　安装时有规律布置热控设备。在同类型床体间相对安放分析仪表、测量仪表，靠墙放置电磁阀箱，使电缆敷设简洁明了有规律，也方便了调试工作。
3．2　电缆沟过墙时很多情况会碰到地梁。传统工艺是在地梁下深挖，将电缆桥做一个斜坡从地梁下通过，再做一个斜坡升起来，电缆层数越多，越要挖深，并且看起来很迂腐。在地梁下做一个横向“电缆竖井”，既能满足电缆容量，又能避免和土建单位发生矛盾，同时也能调节电缆结构。
3．3　有效地利用防腐电缆槽盒。气动隔膜阀位信号电缆及气管安装一直是比较的问题，借鉴经验，在气动隔膜阀上纵向安装一条防腐电缆槽盒，集中至上而下敷设阀位信号电缆及气源管道。既美观、大方，也有效防止了废酸、碱液对电缆的冲刷、腐蚀。为了防止室内的酸、碱腐蚀和室外的高温及其他侵蚀，对电缆进行了全程的保护，基本上使电缆处于镀锌槽盒和保护管的封闭之中，延长了电缆使用寿命。该工艺得到了业主的赞许。由此增加的安装费用也得到了业主的认同。
3．4　化水传统设计中，清水母管没设计取样点，该公司的化水系统也不例外，若机械过滤器的清水断流，则整个除盐水系统无水，除碳水箱出口中间水泵打“闷泵”。因此我们提出了“要求在清水母管上装设压力变送器和流量孔板”的工程联系单，积和甲方联系，以设备的性。
3．5　增加电缆的屏蔽接地，防止外界的干扰。PLC柜至就地电磁阀箱的控制、信号电缆采用的是KVVP型，带有屏蔽层，而凯迪公司关于接地没有明确的要求。为了增加其抗干扰能力，防止影响PLC的正常运行，将屏蔽层以线的形式引出，然后在机柜内接地。接地线颜色为黑色，为通用标准。

4　问题与建议

目前，国内酸、碱系统的工艺设备在密封性方面尚不完善，造成环境中存在一定量腐蚀性很强的气体，由此造成气动薄膜阀的阀位机械反馈装置不能正常工作，而影响了整个制水过程，该装置往往被废置不用而改为在控制信号发出时加一延时继电器模拟阀门已到位，这不是很真实，尤其在阀门性能和质量不是很好时易出现错误。因此，本工程采用了干簧管式非接触性反馈装置，它具有抗辐射、性高等优点。为了发挥正常的功能，在安装时对它进行全封闭式处理，防止外界影响。
为了防止酸、碱计量间的仪表被腐蚀，将流量变送器、酸碱浓度计二次仪表计引至室外，其他如电磁阀箱却没有一个合适的位置，业主也没能拿出一个好的方案，只有对室内仪表和控制箱本身进行进一步的防腐处理。
本工程所设计的仪表气源与工艺气源共用一台空气压缩机，是不妥的，因为气动薄膜阀支气源的要求比工艺气源的要求要高，建议单为仪表添加一台无油空压机以保证程控系统的正常运行。

1对＃7皮带机除铁器控制装置进行PLC改造
＃7皮带机安装2台盘式除铁器，设计工艺要求，上煤时2台除铁器在运行皮带机上定时交替自动除铁运行和定时卸铁，并且对其除铁、卸铁工位和交替运行时间的准确性有非常严格的要求。在控制方式上，采用远方连锁和就地单双重控制，即仅提供除铁器启停信号，工位及交替时间控制由其控制装置自行完成。实际运行中，该除铁器存在许多问题，影响其自身及输煤系统的正常运行。
1．1控制装置存在的问题
a. 因运行工艺要求复杂，原设计采用继电器控制，因而中间继电器、时间继电器和各类接触器数量和品种多、连接点多、继电器动作频繁，在现场环境条件相对较差的情况下，经常造成接点接触不良，影响设备的正常运行。
b. 各继电器和辅助接点间二次接线复杂、相互连接繁琐，连接头和接线端子数量多，故障查找困难，影响设备的正常投入和输煤系统的正常运行。
c. 采用电磁式指针时间继电器，运行性能差，计时、复位频繁，难以长时间保证时间设定的准确性，使得2台除铁器移位、倒换经常出现问题。
d. 除铁器位置开关采用机械式行程开关，由于受环境和动作方式的影响，拒动或误动情况时有发生。
e. 由于运行时故障频繁，引起输入输煤系统PLC的状态出现混乱，导致上位机CRT操作画面局部流程式操作按纽不可选和死机故障。
1．2控制回路改造
针对除铁器控制装置存在的问题，分析认为，其原控制装置已不能满足该设备所要实现的运行工况需要。复杂的继电器式的电气控制设计，给设备的正常运行带来不必要的影响。要想从根本上改变目前较低的控制水平，充分利用新的控制技术与设备，对其进行升级改造。在大幅度地简化其二次接线设计和减少继电器应用的同时，优化和改善与输煤程控之间的匹配，确保除铁器和输煤系统的正常运行。
1.2.1将传统继电控制系统改造为由PLC控制的系统
由于PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点半导体完成。并且PLC还配有自检和监督功能，性和可维护性得到很大的提高。特别是其定时控制功能精度高，定时时间不受环境影响，定时范围广，对类似＃7皮带机除铁器这样定时交替运行设备有着非常好的使用。该控制系统可将接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高、改变和增加功能都很困难的继电器控制逻辑，改为接线少、体积小、灵活性和扩展性好、修改方便的存储器逻辑控制方式。将电源接通后所有控制回路的继电器都受控的并联工作方式，变为PLC控制逻辑中各内部器件都处于周期性循环扫描中的串联工作方式，从而提高设备运行的性。
1.2.2设备选型
根据目前工业自动化控制的发展趋势，可编程控制器已经以其小型化、化、大容量、高速度、及网络、通讯能力的不断增强，已经得到越来越广泛的应用。在保证＃7皮带除铁器的工况得到充分满足的前提下，根据目前小型PLC新产品的各项技术指标，进行了比较，以应用广泛、功能为主要方向，后选定德国西门子公司生产的小型S7-200可编程控制器。该控制器以其紧凑的整体式加积木式的系统配置，良好的扩展性以及强大的指令使得其近乎地满足小规模的控制要求，并且具有良好的性、灵活性和很强的适应性。
该机型选用CPU- 226，主机输入/输出点数可以达到40点，大可扩展模块数为7块248点数字量或35点模拟量；并且还具有高速记数、RS-485通讯/编程口、PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯方式。它不但可以单机运行，也可以进行输入/输出扩展，还可以连接各种功能扩展模块。它结构小巧，性高，运行速度快，继承和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，它不但是类似＃7皮带除铁器这样规模较小的控制领域较为理想的控制设备，也由于其功能扩展性较好，通讯方式优越的特点给今后该设备的进一步改造和与整个系统的联网运行留下了足够的空间。

2改造效果
完成改造后，控制柜内接线布置简练清晰，电器元件得到了大限度的精简，设备的故障率大幅度降低，大大提高了设备的运行性。具体运行情况如下。
a. 除铁器利用率大幅度提高，全年设备退出运行时间为0。
b. 输煤程控上位机流程画面不可选与死机故障全年0次。
c. 全年与除铁器PLC控制有关缺陷2次，均与远方/就地转换开关选型不好有关。
d. 除铁器除铁和卸铁位置准确，双台交替倒用时间配合准确，除铁连续性得到保证。
e. 简化了输煤程控对其控制程序，同时也使其与输煤程控之间接口部分的控制趋合理。

3应用前景
在一期输煤除尘系统改造的控制部分和一、二期含煤废水处理及循环利用的给水控制系统的改造中，成功应用上述改造经验，了满意效果。
随着小型PLC功能不断增强和在输煤系统辅助设备上的成功应用，使得输煤系统主设备和辅助设备全部采用PLC控制成为可能。强大的扩展和通讯能力使得大、中、小型PLC多重组合联合应用为便利，功能加强大，可以使输煤程控的组成加简单、灵活、、完善，也为新型输煤程控系统的设计与研究提供了新的思路。

由于PLC具有性很高、编程简单、使用和维护方便等一系列优点，所以应用越来越广泛。在设计采用PLC控制方案时，应考虑如何减少所需PLC的输入点数问题，为了减少(简化)所需PLC的输入点数，区别不同情况，其实现方法有多种，其中一种实现方法就是采用单按钮控制启动／停止。这种方法和彩色电视机的开关大都采用单个按钮控制电视机的开机和关机的情形一样，但它是由机械结构来实现，而在PLC中通过程序使一个普通的按钮具有启动／停止的控制功能，这样不仅能节约所需PLC的输入点数一个，而且控制方便。以下介绍几种实现方法。
1 采用PLS指令实现的方法
1.1 方法之一
PLC输入／输出接线示意图如图1—1a所示，梯形图如图1—1b所示，输入／输出时序关系波形图如图1—1c所示，指令程序如图1—1d所示。工作过程如下：
    当次按下按钮SB，输入继电器X400常开接点短时闭合，在微分脉冲指令PLS的作用下，使辅助继电器M100接通一个扫描周期，其一对常开接点接通输出继电器Y430的线圈回路，且Y430一对常开接点闭合使Y430自锁（保持），Y430输出驱动外部负载的控制信号,启动外部负载开始工作运行。同时Y430另一对常开接点闭合，为M101接通作准备。当2次按下按钮SB时，在PLS指令作用下，M100一对常开接点接通M101的线圈回路，M101的PLC的输入点。
                           
1.2 方法之二
输入／输出接线示意图如图1—1a所示，梯形图如图1—2所示，输入（X400）和输出（Y430）时序关系波形图如图1—1c所示。其工作过程读者可依照方法之一自行分析。
                         
2 采用PLS和S／R指令实现方法
2.1 方法之一
输入／输出接线示意图如图1—1a所示，梯形图如图2—1所示，输入／输出时序波形图如图1—1c所示。其工作过程分析如下：
1次按下按钮SB，X400短时接通，在微分脉冲指令PLS作用下，M100接通一个扫描周期，常开接点闭合，使置位指令S起作用，从而使M206置位(闭合)且保持，M206的一对常开接点接通Y430线圈回路，Y430输出驱动控制信号，启动外部负载工作运行；同时M206另一对常开接点闭合，为M101接通作准备。当2次按下SB时，X400短时接通，PLS使M100接通一个扫描周期，M101被接通，使复位指令R起作用，从而使M206复位(断开)且保持,Y430线圈回路断开进而使外部负载停止工作运行。之后依次按下SB的工作情形与上述的相同。
                             
2.2 方法之二
输入／输出接线示意图如图1—1a所示，梯形图如图2—2所示，输入／输出时序波形图如图1—1c所示。其工作过程读者方法之一可自行分析。须特别指出S／R指令具有保持记忆功能；R指令拥有执行权；S／R指令须配对使用，其使用器件及编号应相同。
                        
3 采用计数器实现的方法
输入／输出接线示意图如图1—1a所示，梯形图如图3—1所示，输入／输出时序波形图如图1—1c所示。
                                 
    其工作过程为：当次按下SB时，X400短时接通，M101产生微分脉冲(宽度为一个扫描周期)，M101的常开接点动作，Y430线圈接通并自锁，使外部负载启动工作。与此同时M101的另一对常开接点动作，计数器C461计数1次。2次按SB时，M101又产生一个脉冲，C461又计数1次，累计已计数2次，C461的常闭接点断开Y430的输出，外部负载停止工作(运行)。与此同时C461的一对常开接点闭合，使C461复位(恢复设定值)，为下一次重新计数作准备。以后的工作情形重复上述过程。
4 采用移位寄存器实现的方法
其输入／输出接线示意图如图1—1a所示，梯形图如图4—1所示，输入／输出时序波形图如图1—1c所示。
其工作过程为：1次按下按钮SB时，X400两对常开接点短时闭合，向移位寄存器OUT端输入信号，M100为“1”态，SFT端也得到移位输入信号，移位1次，M100的“1”移到M101，M101为“1”态，其常开接点接通Y430，启动外部负载工作。2次按下SB时，X400又短时接通，因此此前M101的常闭接点已断开，封锁了信号向移位寄存器OUT端输入，但SFT端仍获得移位输入信号，于是M101中的“1”移至M102，M101变为“0”态，其常开接点断开了Y430的输出，外部负载停止工作。以后不断重复上述工作过程，达到单按钮控制启动／停止的目的。
                                  
5 采用MC／MCR指令实现的方法
其输入／输出接线示意图如图1—1a所示，梯形图如图5—1所示，输入／输出时序波形图如图1—1c所示。工作过程如下：
启动：按下SB，X400短时闭合M103接通，M100接通且自锁，Y430接通且自保，启动外部负载工作运行。Y430常闭接点断开而另一对常开接点闭合，为下次按下SB实现停止目的作准备。
    停止：2次按下SB时M103又被接通，这时M100线圈回路不通，而M101被接通，其常闭接点切断Y430线圈通路，外部负载被停止工作运行。MC为主控指令，MCR为主控返回指令。