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贵阳西门子授权代理商变频器供应商
随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快,人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善,使机械手技术快速发展,其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统等特点,已渗透到工业领域的各个部门,在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作,能放置在各种不同的生产线或物流流水线中,使零件搬运、货物运输快捷、便利。
一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程
机械手结构如下图1所示,有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。
其运动控制方式为:(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点);(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关);(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成);(4)旋转基座主要支撑以上3部分;(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧,放气时机械手松开)。
其工作过程为:当货物到达时,机械手系统开始动作;步进电机控制开始向下运动,同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动;伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处,然后充气,机械手夹住货物。
步进电机驱动纵轴上升,另一个步进电机驱动横轴开始向前走;转盘直流电机转动使机械手整体运动,转到货物接收处;步进电机再次驱动纵轴下降,到达位置后,气阀放气,机械手松开货物;系统回位准备下一次动作。
二 控制器件选型
为达到控制的目的,根据市场情况,对各种关键器件选型如下:
1. 步进电机及其驱动器
机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机,步距角为0.9°/1.8°,电流1.。M1是横轴电机,带动机械手机构伸、缩;M2是纵轴电机,带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型,该驱动器采用10~40V直流供电,H桥双恒相电流驱动,大3A的8种输出电流可选,大64细分的7种细分模式可选,输入信号光电隔离,标准单脉冲接口,有脱机保持功能,半密闭式机壳可适应恶劣的工况环境,提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计,保证了驱动器可适应较宽的电压范围,用户可根据各自情况在10~40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩,但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器大输出电流值为3A/相(峰值),通过驱动器面板上六位拨码开关的5、6、7三位可组合出8种状态,对应8种输出电流,从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式,利用驱动器面板上六位拨码开关的1、2、3三位可组合出不同的状态。
2. 伺服电机及其驱动器
机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMAZA1G,其额定输出50W、100/200V共用,旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线);有油封,无制动器,轴采用键槽连接。该电机采用松下公司特算法,使速度频率响应提高2倍,达到500Hz ;定位调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能,可机械的刚性不足,从而实现高速定位,也可通过外接的光栅尺,构成全闭环控制,进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式,还配有RS-485、RS-232C 通信口,使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA3A1A,适用于小惯量电动机。
3. 直流电机
可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动,系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机,其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器,其采用24~48V直流供电,有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护,且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。
4. 旋转编码器
在可回旋360°的转盘机构上,安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器,编码器将信号传给PLC,实现转盘机构的定位。
5. PLC的选型
根据系统的设计要求,选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能,包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单元又是一个立单元,能处理广泛的机械控制应用问题,所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。
三 软件编程
1. 软件流程图
流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出流程图,才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表,终完成程序的设计。所以写出流程图非常关键也是程序设计要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求
0.引言
我们上海一纺机械有限公司(原上海纺织机械厂、上海纺织机械总厂),建立已有80余年的历史,生产纺织机械也有近半个世纪。公司常年致力于开发、生产、销售的纺织机械品种涉及棉、毛、麻、绢、化纤等多种领域的前纺设备。
在科学技术飞速发展的历史进程中,公司的纺织机械电气控制系统的自动化程度也发生了较大的变化,控制系统从早的十几个继电器控制,发展到用单板机、可编程序控制器(PLC)、可编程序计算机控制器(PCC)、工业控制器等多种控制形式,这些控制方式各有特点,例如,纯继电器线路可以用在控制为简单的纺织设备中,其价格低廉、维护方便,但不易于改变功能;单片机具有一定的编程灵活性、价格又一般的PLC,但控制点位和编程能力受到一定限制;PLC以其方便易掌握的编程指令及可扩展的输入/输出模块、成熟的抗干扰技术而深受工程技术人员欢迎;PCC具有高性、丰富的编程语言、强大的功能、良好的耐恶劣环境的能力,但由于价格问题较难在普通纺机设备中普遍应用;工业控制器的性能完善同时也与格相伴,因此只有在少数的大型纺织设备中采用。所以现在一般的纺机设备,PLC是常见的控制器。因此,本文仅对PLC逐代应用于公司的“四代”精梳机等产品加以回顾和介绍。
1.棉精梳机简介
本公司的主导产品是棉纺厂使用的精梳机(其主要功能是通过对从梳棉机产出的生条棉网的梳理来去除其中的短纤维、杂质、棉结和疵点等,同时也提高棉纤维的伸直度,使得精梳后的棉条通过后道工艺终能纺制出60支以上的高支纱,由此来满足人们舒适着装或一些特殊的需求),公司也正是伴随着精梳机不断的升级换代而发展壮大的。十几年前,我们公司的精梳机在全国棉纺厂的市场占有率曾经是以上,多么值得骄傲和令人羡慕的数字!由于人们生活水平的不断提高,即使是在全国棉纺业压锭的年代,人们对棉精梳设备的需求也丝毫没有削弱过。当然在市场经济的模式下,谁也无法任何产品,并且随着欧洲发达国家制造的棉精梳机大举进入、国内**的多方夹击,使得棉精梳设备制造业的市场竞争日益激烈,也对我们公司的精梳机市场份额形成了强烈的冲击。形势所迫,我们只有不断的开发出新的纺机产品,才有继续生存的空间。可见,做好和不断开发新型精梳设备于国、于民、于企业的生存和发展是何等重要。
2.可编程序控制器(PLC)的发展与流派
可编程序控制器的英文为Programmable Controller,在二十世纪70-80年代一直简称为PC。到了90年代,由于个人计算机发展起来后也简称为PC,加之可编程序的概念所涵盖的范围太大,所以美国AB公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller),为了方便,乃简称可编程序控制器为“PLC”。
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求,二年美国数字公司研制出了代可编程序控制器,满足了GM公司装配线的要求。
随着集成电路技术和计算机技术的发展,现在已有五代PLC产品了。在制造工业的发展过程中,除了以连续量为主的反馈控制外,存在着大量的开关量为主的开环的顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求,所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。
为了使用户等完成类似继电器线路的控制系统梯形图,而编制了一套控制算法功能块(或子程序),称为指令系统,固化在存贮器ROM中,用户在编制应用程序时可以调用。指令系统大致可以分为两类,即基本指令和扩展指令。细分一般PLC的指令系统有:基本指令、定时器/计数器指令、移位指令、传送指令、比较指令、转换指令、BCD运算指令、二进制运算指令、增量/减量指令、逻辑运算指令、特殊运算指令等。另外PLC还提供了充足的计时器、计数器、内部继电器、寄存器及存贮区等内部资源,为编程带来大方便。
世界上PLC产品可按地域分成三大类:一是美国产品,一是欧洲产品,一是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下立研究开发的,因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的,对美国的PLC产品有一定的继承性,但日本的主推产品定位在小型PLC上。日本的小型PLC特色,在小型机领域中颇具,某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制,日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显欧美的小型机,所以格外受用户欢迎。日本有许多PLC制造商,如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、等,在世界小型PLC市场上,日本产品约占有70%的份额。
3. 回顾本公司产品伴随PLC技术的同步发展
3.1. C60P用于“代”(以使用PLC算起,下同)FA252型棉精梳机
我们公司在1990年以十多年的精梳机研发历史中,电气控制部分都是通过继电器来完成的,其价格虽然低廉,但不易于改变功能。随着控制要求的不断提高,纯继电器的控制线路已显得越来越不能满足,而且太多的继电器使得电控柜的体积变得越来越大,线路错纵复杂,给设计、制作和维护都带来麻烦。
九十年代初,我们在开发新的棉精梳机FA252、FA253时,正好是PLC进入国内自动化领域不久,我们认真对比了当时世界的几个,确定小型机就能满足控制需求,又由于日产PLC在编程语言方面适应东方人的逻辑思维方式,所以日产PLC。
在日本多家PLC制造商中,比较下来欧姆龙自动化集团的PLC是工业自动化产品和应用技术的产品,它进入中国市场的时间早、产品性能稳定、编程简易、调试方便(软件虽然还只是基于当时DOS平台的“LSS”,但已经有较丰富的功能,与其他日产PLC软件相比,它的现场监控能力尤为出色),成为当时自动化领域的。在中国,欧姆龙有遍布全国的物流、销售和技术支持,可及时提供客户直接的服务。
基于以上理由,我们在“代”用PLC作为主控制器的棉精梳机时了日本欧姆龙公司的产品——九十年代初期的“C60P型PLC”。
“C60P型”可编程序控制器,以现在的目光来看,体积可谓庞大,但该款PLC当时比起我们原先计划要在电气箱安装几十个继电器来说体积可大大缩小了,而且控制逻辑可随时修改,不需动一根电线和任何电气元件就可改变控制功能,这些技术和元气件的进步对于我们从事自动化设计的简直是性的!我们台棉精梳样机成功后就于1993年参加了在日本大阪的纺机展,当时国内外的棉精梳机还继电器控制着精梳设备的运转。由于较早地使用了PLC,使得我们当时的精梳设备在控制技术上处于水平。
紧接着,公司的精梳配套设备—FA355系列条并卷机也同样采用了C60P型PLC。
3.2.CQM1用于“二代”PX2型棉精梳机
我们在九十年代后期,将欧姆龙公司的CQM1型PLC用于公司的“二代”PX2棉精梳机以及为之配套的SR80条并卷机,开发成功后几年中就达几千台。但由于CQM1型PLC差不多可以归入中型PLC的范畴,从现在来看价格也比较昂贵,而且目前已被下文提及的CP1H小型PLC取代,因此本文不再作介绍。
3.3.CPM1A用于“三代”CJ25型棉精梳机
随着时代的发展,我们的精梳设备同各行各业一样也需要不断的新,要增强功能又不能扩大电气箱空间,这就要依靠PLC的进步相辅佐。
九十年代后期,随着欧姆龙公司PLC的新产品—CPM1A的推出,其比起原来的C60P体积差不多缩小了一倍,而且在指令种类(90多种)、指令执行时间(LD指令1.72μm)、数据存储、定时器/计数器数量(128位)、中断输入和脉冲输入、高速计数器、模拟量设定、通信距离(50M)等关键指标上比C60P都前进了一大步,能够满足我们的控制要求,于是,再次采用欧姆龙的CPM1A及显示器MPT002组合作为我们“三代”棉精梳机(此属于公司一款中档精梳机,与“二代”精梳机同步生产、销售)的控制及显示单元。开发成功的“三代”CJ25型棉精梳机在众多用户厂经多年使用,运行、反映良好。
3.4. CPM2A用于公司其他产品
CPM2A系列PLC是OMRON公司在CPM1A基础上推出的升级产品。它与CPM1A相比,在程序容量、指令种类、指令执行时间、数据存储、定时器/计数器数量诸方面都有明显进步,并新加了RS232通讯端口,支持各种无协议通讯方式,特别是脉冲输出和同步功能的增加给设备的自动化控制提供了大的方便。
我们在承担下属公司的外协产品“高能聚焦声仪”的调试台时,充分运用了CPM2A的脉冲输出功能和同步功能,使得对于定位精度要求很高的该仪,在制作调试过程中就能很好把握设备的质量关,满足了用户的订货要求。
4. 新款CP1H用于“四代”CJ60型棉精梳机
近年来,PLC技术的不断进步,为我们开发新的产品提供了自动控制上的保证。
欧姆龙公司2006年推出的新款CP1H小型PLC,在I/O的扩展能力、程序容量(20K)、指令种类、指令执行时间(LD指令0.1μm)、DM数据区(32K)、定时器/计数器数量(相当多)、功能块、复杂的函数运算、浮点运算(ST)、内置模拟量输入/输出功能、串行PLC的连接功能、Modbus-Rtu的简易主站功能、三个通讯口等诸方面比CPM2A又有长足进步。这些指标差不多与业内的中型PLC所相当,而CP1H的体积和价格又类同于其他小型PLC。所以CP1H的性价比确实是很令人吸引的。另外,CP1H还引进了USB的标准配置接口与个人电脑连接,增加了设备的通用性(但是该功能在现场调试过程中一旦受到变频器工作的干扰就时有掉线情况发生,这时我们可以通过CP1H自带的RS232串口来实现监控)。
软件方面,与CP1H同步推出的CX-One也比原来欧姆龙公司的各种软件版本为人性化。在指令编写、地址搜索、条文注释、软件保护、功能块编制、多种编程语言、调试监控等方面为用户提供了高水平的应用平台。尤其是功能块的调用及多种编程语言的灵活性给方案设计提供了大的便利。值得一提的是欧姆龙公司居然允许在今天的CX-One软件上把我们近20年前在计算机的DOS操作环境下使用“LSS”软件编制的、Win 98环境下使用的“SSS”软件编制的、以及所有bbbbbbs 环境下编制的历史程序,都能通过CX-One的转换而方便的读出或进行老程序的升级。这与有些欧洲大的跨国公司相比确实体现出其优势,后者不同等级的PLC甚至是地处不同国家的不同团队开发的,因此分别使用了两套不同的软件开发体系,很难做到像欧姆龙公司那样,一直保持软件开发的延续性,使得每个新软件的推出都考虑到对历史产品具有很好的兼容性,这也是我们长期愿意使用欧姆龙PLC产品的理由之一。
2006年,我们在开发新的“四代”CJ60型高速棉精梳机时,由于设备的自动控制功能比代产品都大大增加,系统中包含了模拟量控制、函数运算、Modbus通讯、数据高速采集等,如果没有CP1H,我们只能选用中型PLC才能满足控制方案的要求。经综合考虑,我们还是选择了欧姆龙的CP1H小型机。
4. 1. 整体方案
通过欧姆龙的小型机CP1H可编程控器、日本Pro-face的触摸屏、德国KEB变频器等强强联合,组成了公司“四代”CJ60型棉精梳机的控制方案,其技术是分别采用RS232接口和Modbus通讯方式连接PLC与触摸屏及变频器、运用PLC的内置模拟量输入功能直接连接8个模拟量传感器,实现对设备关键部位自停的智能化、数字化的控制、设备历史故障发生与解除时间及次数的记忆、多级密码分层管理等,并可通过触摸屏的以太网接口实现向上通讯的功能,为纺织厂的现代化管理提供必要的保。
对于PLC的软件编程,根据需要将不同功能的程序段分列,每个任务分别用合适的编程语言如梯形图、语言等来完成。
4. 2. I/O配置、标志位、变量声明
通过I/O配置、标志位、变量声明表,可方便灵活地查到各个I/O点位、标志、变量等的类型、地址、功能注释等,部分声明如下:
图1 标志位声明
4. 3. T型图
系统中的一些逻辑量控制基本采用了梯形图法编制。梯形图信号流向清晰、简单、直观、容易看懂,是一种面向对象、实时的、图形化的编程语言。节载如下:(见图2)
图2 梯形图
T型图的结构给程序设计中的逻辑判断和分支操作提供了大的方便。
Cx-One软件的特点之一,是可在程序段下方同页显示某变量的地址拦,方便观察和调试等。
4.4. ST语言的应用
ST语言用在具有多个循环和具有函数运算的控制程序中尤其方便,诸如此类的编程方法一般在中型PLC机中才具有,但CP1H型小型机也具备了,很有特色。在CJ60的整机控制系统中除了逻辑量的控制之外,其他的控制则是运用了灵活的ST语言来实现,例如对于功能相同的N个传感器的信号读入和处理等,使用该语言编制控制程序,了很好的效果。节选如下:(见图3)
图3 使用ST语言编程
4.5. 功能块的编制与调用
功能块编程方式是CP1H型小型机的另一具有特色的功能。在反复出现的相同逻辑的程序编制时,预先做好各种功能块,然后在主程序需要时随处调用,精简了整个编程语句,使整个控制系统的设计显得加简洁、易读、易修改、易维护。实例如下:(见图4及图5)
图4 功能块编制实例
图5 功能块的调用
5. 结语
迄今为止,除了本公司前两年采用PCC系统开发的多轴驱动CJ40S型棉精梳机之外,应用了欧姆龙公司为的小型机CP1H作为控制器的CJ60型棉精梳机电气自动化的控制水平是国内外同类产品中为的。CJ60型棉精梳机已销售了近200台,深受用户的欢迎,日前,CJ60还成功地通过了国家机构的新产品科技成果鉴定和国家专项拨款项目验收工作,整机的鉴定结论是:“CJ60型棉精梳机处于国内、的水平”。
欧姆龙的CP1H小型机还用于本公司与CJ60配套的CL15条并卷机以及新换代的CJ40、SR80等前纺设备。欧姆龙PLC具有稳定、价格、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点,这是它能持久占有市场的根本原因。
在自动化、计算机、数字化、互联网为普及的今天,纺机设备的自动化水平只有与时俱进地不断提高,才能在激烈的市场竞争中占有一席之地,才能不断为改善人们的生活水平做出应有的贡献。
对于PLC的发展商来说,它的市场潜力也是很大的,不仅在我国,即使在工业发达的日本也有调查表明,PLC配套的机电一体化产品的比例占40%左右,采用继电器、接触器控制尚有20%多。所以说,需要应用PLC的场合还很多,在我国就是如此了。所以,我们也希望PLC的制造商们能不断推出性能越来越的工业控制产品,来满足各个领域的自动化控制需求。
在棉纺织企业广泛使用喷气织机的情况下,空压站建设是一项重要的辅助工程。在天津纺织园区所有空压站配备的主要设备为离心式空气压缩机、冷冻式空气干燥器,通过储气罐、连接管道和阀门等组成压缩空气供气系统,并配套冷却系统、仪表空气系统,计算机检测系统,以实现空压站为生产保证不同压力、不同负荷的用气需求。在此前提下确保合格的供气品质,满足稳定的气源压力,自动调节供气等是空压站自动控制的基本任务。随着自动化水平的不断提高,关于建设无人值守空压站的讨论,是一个发展过程中的必然的课题。空气系统自动控制的必要性
应用在天纺控股有限公司棉纺一工厂的空压站,安装有4台70M3/min 4台,53M3/min 4台,48M3/min 2台,43M3/min 4台离心式空压机和1台42.5M3/min螺杆式空压机,配有相应处理量的冷冻式干燥器。空压机设备自身带有的CMC控制器,能够自动控制和保护主机的运转,自动提示工作信息,具有故障报警和保护停机功能,能自动根据用气量的大小加载或卸载,并配有LCD显示屏供现场观察各工艺参数和设备状态,具有RS422/485通讯接口,可以实现与现场控制室计算机监控系统的完整连接。
目前,空压站的自控系统通过西门子S7-300可编程控制器,将部分空压机的实时运行数据通过RS422/485通讯接口采集进PLC控制系统,并将数据传送到现场控制室计算机上进行显示,以代替传统仪表。但是没有对空压机进行控制。
空压机设备自带的CMC控制器已经能很好的控制单台空压机,但是不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中,相对单台空压机的调整,空压系统的整体自动调控具有重要的意义:
■ 单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定,而空压系统的整体自控可以有效保持系统内空气压力稳定。
■ 整体的负载平衡,减少排气放空,可以节约多的能源,节省人力成本。
■ 可以实现无人操作,根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。
■ 可以定时间断地记录空压机运行数据和报警,如跳车、喘振、通讯故障、压力等。
在已有的PLC系统中,没有实现空压系统的整体调控功能。由于空压机自带的CMC控制器提供了RS422/485通讯接口,所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现,对比原有的控制系统,不需要增加硬件设备的投资,只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制。
除空压机设备外,还可以将与空压机配套的冷冻式干燥器集成到RS422/485网络中来,实现空压供气设备的自控。
空压站其他系统的自动控制
除空压供气系统外,空压站的其他系统也需要进行自动控制,如水循环冷却系统等。这些系统的控制方法与空压供气系统不同,主要是采用传统控制模式。使用仪表采集需要的运行参数,进行数据处理和分析运算后,输出控制信号给执行机构就可以实现系统的自动控制。
自动控制具有以下优点:
■ 操作简单,可以实现无人值守;
■ 良好的实时调节,防止了人为因素滞后;
■ 具有高性;
■ 减轻工作人员负担;
■ 节省人力成本。
需要控制的参数和可能的控制方式
空压站需要的控制需求;⑴高、低压供气压力控制(机组自动开停控制); ⑵系统自动排水控制; ⑶循环水液位控制和自动加药控制; ⑷所需压缩空气温度、循环水温度等参数控制等等。
空压系统的整体自动调控一般可以使用以下2种方法之一来实现:
⑴采用PLC系统进行通讯和控制。
⑵可以采用英格索兰公司或自己编制的控制软件。
种方法性高,适用于工业控制系统。当监控计算机出现故障时,PLC还可以按照设定的程序进行自动控制。
二种方法是通过控制系统的计算机进行单的分析运算进行控制,它具有较好的灵活性,但缺点是如果出现如计算机死机等故障时,有可能影响系统的正常运行。好在计算机的一般恢复往往不需要太多的时间。
除空压供气系统自控外,空压站可与制冷站、热力站系统一起建立设备控制网络,实现集中控制,或与工厂控制联网,由控制的控制器实时远程监控,实现真正的无人值守。
系统构成
对于以上讨论,如果需要实现空压站的整体自控,又许多成熟PLC自控系统可以选用,现以ZH公司的PLC自控系统为例。
该自控系统选用西门子S7-300系列可编程控制器,带有RS422/485网络接口,支持MODBUS等相关网络通讯协议。该系统可以采用工业通讯网络技术实施远程联网。空压站自控设备可根据生产实际情况和各设备的特点,以及可能存在的问题,综合各方面因素后确立分级控制网络的实施方案,如图1所示。
■ 硬件配置
现场仪表,受控设备、执行器、带有串行通讯接口的设备(如空压机,冷干机等),PLC和监控计算机。
■ 软件功能
选用的工业组态软件(如WINCC或iFIX)用来监视和操作整个生产过程,为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能,各设备控制器自成一子系统,其应用程序功能包括:信息,设备控制,故障报警,连锁保护,以及数据处理和通信传输。
在系统实施过程中,还可引入故障检测和故障诊断的处理程序,能够提高系统的智能化程度,有利于进一步改善自控系统的有效性和性,通过优化调度策略,软件连锁保护等自动控制功能模式的应用,有望将自动化水平提升到高层次,可以为确定空压机设备状态检修点提供依据,并由此获得大的效益。
结论
总之通过自动化控制可以克服由于人为因素造成的调节滞后等不利因素,减少运行参数的波动,达到减少用工和节约能源的目的。对于提升天纺控股有限公司的整体技术水平是相当重要的。
1) 系统控制范围
原材料入库、输送—水泥粉磨(I、II 线) —水泥出库及包装系统。
· 原料储存及输送工艺流程:
石膏破碎及输送→矿渣入库→石灰石入库→熟料输送入库→原料入磨头仓收尘器→原料入磨头仓→熟料入磨头仓→石膏入磨头仓→石灰石入磨头仓→矿渣入磨头仓
· 水泥磨机工艺流程:
磨稀油站→水泥入库→水泥磨→水泥磨控制→磨辊压机→物料入水泥磨/ 辊压机→粉煤灰入水泥磨
· 水泥出库及包装工艺流程:
库收尘→水泥库斜槽风机控制→水泥入库
2) 自动控制回路
· 粉磨1 中及粉磨1 尾。
· 水泥小仓仓重控制系统。
· 粉磨1 尾负压控制系统。
· 粉煤灰小仓固体流量计控制系统。
3) 顺控停机时间
为确保设备和空负荷启动,需对设备停机时间进行规划。
· 原料调配及输送。
· 水泥粉磨。
· 石灰石及辅助原料入配料库。
· 水泥储存及输送。
4) 水泥粉磨控制系统介绍及配置
系统软件为西门子WINCC 5.0,控制系统选用德国西门子公司SIMATIC S7-400 控制器及ET200M I/O进行信号的采集与处理。具体配置如下:
· 辅助原料及水泥粉磨二线部分
配置一台SIMATIC S7-400 控制器,带12 个ET200M远程站对水泥粉磨二线及原料配料部分所有模拟量和数字量进行控制。其中,水泥粉磨二线一台辊压机系统通过PROFIBUS-DP 与SIMATIC S7-400 控制站进行数据
通讯。配置一台WinCC 操作站,作为对原料配料及水泥粉磨部分的组态编程及操作。
· 水泥粉磨及水泥库部分配置一台SIMATIC S7-400 控制站,带8 个ET200M 远程站对水泥粉磨及水泥储存( 库)部分所有模拟量和数字量进行控制。其中,水泥粉磨一台辊压机系统通过PROFIBUSDP与SIMATIC S7-400 控制站进行数据通讯。与二线水泥粉磨部分共用一台WinCC 操作站,作为对水泥粉磨及水泥储存( 库) 部分的组态编程及操作。
· 水泥库底及包、散装部分配置一台SIMATIC S7-400 控制站,带18 个ET200M 远程站,对水泥库底及包、散装部分所有模拟量及数字量进行控制。包装部分采用触摸屏TP27 方式操作。控制系统可实现动态流程图、趋势图、报警显示、报表记录及工艺动态操作控制等。
· 系统的供电电源采用UPS 电源,可防止来自电网上的高压、欠压、浪涌、尖峰脉冲干扰、停电干扰甚至雷电袭击。
5) 控制系统的抗干扰措施
张家港海螺的自控系统有许多弱电设备,各种控制电缆和信号电缆数量非常多,系统易受到各种干扰。若不采取措施,其干扰,会严重影响系统的正常运行因此,本自控系统采用了如下几方面的抗干扰措施:
· 系统现场控制站的所有数字量输入/ 输出模块、模拟量输入/ 输出模块模块均采用光电隔离,将现场各种信号与系统背板总线隔离。
· 系统现场控制站的所有数字量输出信号均采用继电器隔离,实现每个数字量输出通道之间的隔离,了数字量输出信号之间的相互干扰。
· 系统现场控制站的所有模拟量输入/ 输出信号均采用模拟量隔离器,实现每个模拟量通道之间的隔离,了模拟量信号之间的相互干扰。
· 系统现场控制站的所有模拟量输入/ 输出信号电缆均采用屏蔽电缆,其屏蔽层在控制柜侧一点接地,了空间干扰。
圆盘胶订机自20世纪90年代初进入中国市场,经过10余年的研制、开发和改进,其操作控制方式越来越、完善,尤其是书芯和书皮对应关系的控制,是解决了书皮浪费大的弊病。笔者在这里谈谈圆盘胶订机维修过程中出现的PLC外围控制电路故障问题,希望对大家有所帮助。
故障1:上书芯,不上书皮
圆盘胶订机书芯和书皮的一一对应关系是由PLC来实现集中控制,PLC外围控制电路,如图1所示。根据故障现象查看圆盘胶订机操作流程,如图2所示。
一旦出现此故障,就应立即停机。查看PLC外围输入电路,发现书皮检测光电开关输入指示灯“01”一直亮,而故障继电器输出指示灯“01”不亮。检查封面台上的光电开关,发现所对应的反光镜已脏,形成一直有书皮的象,从而造成故障继电器不动作。将反光镜擦干净,故障即排除。另外,封面台上的光电开关固定不牢,照射面照不到反光镜上也会发生此类故障。
故障2:书芯不上,书皮一直上
检查PLC外围控制电路,发现书芯检测光电开关输入指示灯“00”一直处于亮动状态,检查对应的光电开关,发现反光镜面布满灰尘。将灰尘擦干净,故障排除。
故障3:上书皮时好时坏,状态不稳
停机检查PLC外围控制电路,发现接近开关输入指示灯“03”、“04”的亮动较紊乱,无规律可循,而书皮检测光电开关输入指示灯“01”和书芯检测光电开关输入指示灯“00”亮动正常。随后检查接近开关对应的凸轮,发现凸轮丝松动,在机器运转过程中,凸轮有移位现象,从而造成上书皮时间紊乱,导致此类故障。按照机器正常运转时的感应时间调整凸轮,并固定丝,故障排除。
故障4:书芯或上或不上,书皮一直上
停机检查,根据故障现象进行判断,发现PLC外围输入电路的“00”、“01”指示灯有规律地亮动,电磁阀输出指示灯“00”一直亮动,判断为PLC输出触点“00”已击穿。重新编程输入另一触点,送电运行,故障排除。
在圆盘胶订机书芯和书皮的一一对应关系上,大多数生产厂家已采用PLC集中控制,而一些小型企业和个体企业用户,对于PLC的了解还不是很多,一旦出现了故障,常常束手无策,请教生产厂家的技术人员,既耗时又费钱。如果能够根据原理图、操作流程以及PLC外围输入输出指示灯的亮动情况来判断,故障排除就会变得为容易一些。