昆明西门子PLC代理商通讯电缆供应商

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近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，性高等方面具有特的优点，在各个领域获得了广泛应用。

    作为国内大的印刷机生产厂家——-北人集团公司，为了使产品性能稳定，易于维护，我们采用了以PLC为主控器的控制方案。由于双色印刷机要求易于操作，精度高，故其输入，输出点较多，因此采用了双机通讯。上位机采用三菱FX2N-80MR+32EX+4D/A，主要负责主传动的控制，各机组离合压的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱FX2N-64MR+4A/D,主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次，受到用户。

    其中，上位机与下位机采用了RS485通讯，通讯方便，。对多色机而言，因素很重要。在设计中，每个机组既要考虑到控制，其中包括本位机组的急停，按钮;还要考虑方便操作，包括每个机组均应有正点，反点按钮。因此，一方面输入点增加很多;另一方面，走线也很不方便。采用双机通讯，可以很好地解决此问题，各机组的走线可以按照就近原则，进入离它较近的控制柜内，既节省了走线，也方便了控制。

    由于印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。因此，为了实现多路速度调节，我们采用了三菱4D/A数模转换器，它将PLC方给出的数字量，根据相应的算法，转换成0～10V直流电压输出，很好地实现了多路速度调节要求。

    在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。一般来说，印版轴向调节范围为-2mm～+2mm,周向调节范围为-1mm～+1mm。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。

    触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法提率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加。三菱触摸屏和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。

1 引言

水下电弧有着广泛的用途，其中应用之一是水下制取“电弧气”。制造电弧气的一个关键要素就是保持电弧电压的稳定，使电弧能在水下稳定放电。大电流（1000 A，DC）、大功率（50 kW）水下电弧放电本身是一个复杂的过程，电弧长度短，具有非线性、变参数、不易稳定等特点。试验表明采用PFC-PID串级控制策略的水下电弧控制系统的动态品质明显采用传统PID控制的系统，具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。

大多数PID控制都是基于单片机进行，但单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂，特别是涉及到逻辑控制方面不是其长处，而PLC在这方面却是公认的选择。随着PLC功能的扩充，许多PLC控制器中都集成了PID控制功能，因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。经过认真的市场调研和技术准备，笔者使用了目前比较的PLC技术开发控制系统，对现场各种生产过程信号进行采集.监测、计量。从实际应用的效果来看，该系统具有、可维护性强、性能稳定等优点。

2 系统的工作原理

在水下电弧控制系统中，电弧放电在反应器中完成，气体由此产生。电控制装置连续地将碳棒电送入反应器中并维持电电弧的稳定，从而保持电弧电压和电流的恒定，使得产气成分稳定且产气效率提高。水下电弧控制系统示意图如图所示。

1.控制器，2.伺服放大器，3.220 W交流伺服电动机，4.进退限位开关，5.碳棒检测开关，6.前进限位开关，7.阴碳棒，8.阳碳棒，9.下棒控制电磁阀，10.反应堆，T.反应罐温度，P.反应罐压力，U.电弧电压，I.电弧电流。

碳棒的进退是通过伺服电机经传动作用来实现控制的。控制器通过不断检测T、P、U、I值的大小及各开关量的状态来控制电机的转速，通过动丝杆传动作用推动碳棒前进，当碳棒前进速度同碳棒燃烧速度一致时，可认为弧长基本不变，从而实现整个电弧的电压电流恒定控制。

由于阴碳棒相对阳碳棒燃烧速度较慢，在工艺设计时，将阴碳棒与推进导杆连为一体，由伺服电机控制该碳棒的进退，其换棒工序需人工手动完成;阳碳棒则与推进导轩相分离，导杆只可往前推进碳棒，而不能控制其后退，通过位置检测开关检测碳棒是否推进到位，以决定是否进人自动换棒工序。在进行换棒时，电机控制阴导杆快速后退，同时另一电机控制阳碳棒自动跟进，以免断弧。

3 S7-200系列PLC的特点

S7-200为西门子公司生产的SIMATIC系列小型PLC，无论是立运行，还是相连成网络，皆能实现复杂控制功能，适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。此次选用的CPU226有如下特点：24输入、16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13 KB程序和数据存储空间;6个立的30 kHz高速计数器，2路立的20 kHz高速脉冲输出，具有比例、积分、微分（PID）控制器;2个RS485通信-编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力;I/O端子排可很容易地整体拆卸。自由通信是S7-200系列PLC的一大特色。它使S7-200系列PLC可以与任何通信协议公开的设备、控制器进行通信，即可以由用户自己定义通信协议（如ASCⅡ协议）。波特率为38.4 kbit/s（可调整）。因此可以通信的范围大大增加，控制系统配置也加灵活、方便。

4 控制系统方案设计

如图2所示，本控制系统的现场控制部分选用了S7-200 Micro PLC CPU226 DC/DC/DC型和SIMATIC TP 270型触摸式面板作为基层控制部分。PLC与触摸屏间的通讯通过RS-485串行总线完成。PLC控制器本机系统通过其扩展模块主要完成5方面功能：DI（开关量输入）、DO（开关量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、通讯。其中DI口用于检测开关状态（如液位开关、接近开关、光电开关等）;DO口用于高速脉冲的发送、变频器的开停控制、各电机的开停控制、电磁阀的控制等。AI用于模拟量的采样，现场模拟量主要包括反映罐温度、压力、电弧的电压电流等，从现场传送到AI模块的信号为4 mA～20 mA电流信号。AO则根据现场采集到的信号调节模拟量输出大小来控制变频器频率的高低，进而通过变频器来实现对循环泵和气体压缩泵的速度控制。伺服电机的控制则通过告诉脉冲输出控制来完成。在控制柜内部预留出用于其它功能模块的扩展空间，如额外的压力检测、气体浓度检测，还有Medem上网模块，以后系统升级可将现场得到的各种数据通过Modem发送到Internet。

5 系统软件设计

5.1 PLC程序设计说明

CPU226是西门子S7-200系列中的PLC，本机自带24个数字输入口、16个数字输出口及两个RS-422/485串行通讯口，多可扩展7个应用模块。这里通过扩展EM231模拟输入模块来采集电压信号，输入模拟信号可选择O V～10 V、±5 V、0 mA～20 mA等多种信号输入方式。终PLC根据输入电压信号的大小控制脉冲发送周期的大小，从而达到控制伺服电机速度的目的。本系统中控制程序主要完成以下几个任务：

1）系统参数的初始化;

2）各种检测开关的读取;

3）电压、电流、工作压力、温度等的读取;

4）电机、变频器、电磁阀等的控制。

为了完成上述各种功能，程序分为七大模块，分别为：

1）初始化程序：完成系统各种参数的初始化，如在控制面板上对参数作了修改，则下次运行时会自动用新参数完成初始化;

2）模拟量的读取：开机工作便开始完成电压、电流、工作压力、温度等的监测与读取，实时传递数据到面板显示;

3）主控程序：完成各子程序使能模块的调用及切换，各种限制及保护功能等;

4）手动控制程序：实现各种控制状态的手动操作;

5）自动控制程序：完成自动换棒、自动、自动引弧、各种电机等的控制;

6）控制算法程序：完成对产气压力和工作电弧的恒定控制;

7）PWM/PTO脉冲控制：根据检测到的电弧电压及碳棒状态自动调节脉冲频率或脉冲个数、两个脉冲口的配合与切换、PWM/PTO工作方式的配合与切换等。

5.2 程序控制流程

整个程序的控制难点在于对电弧的控制，因此，本文仅给出电弧控制的流程，如图3所示。电弧控制难的主要原因在于电弧燃烧时其间距较小，容易受到外界干扰，引起控制器的震荡。在换棒过程中，出现断弧现象，针对电弧燃烧时阴和阳燃烧速度不同设计了以下控制程序（阳燃烧速度远远大于阴）。

在换棒时，右电机（控制阳碳棒）控制滚轴丝杆全速后退，左电机（控制阴碳棒）则进入PID调节程序自动跟进，当检测到碳棒到位，右电机先控制滚轴丝杆快速前进以虚位，然后将PID控制切换到右电机上，左电机缓慢后退。

6 结束语

基于PLC的水下电弧控制系统软硬件设计较为简单，但逻辑控制功能强大，由于许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能，因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场合采用PLC控制是较为合理的。从系统实际运行的效果来看，该系统、可维护性强、性能稳定。

关键词：污水处理; PLC ; WINCC; STEP7

1 引言

环境保护问题日益成为影响和制约人类社会发展的因素之一。随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加，大量工业和生活污水未经处理流入江河湖海，使环境和饮用水被严重污染。因此，建立高度自动化的污水处理厂是解决水污染问题的有效途径。为确保污水处理工艺和设备能够长期地运行，我们采用西门子S-300 PLC可编程序控制器和智能检测仪表组成下位机，实现对现场设备的监控。上位机采用西门子“WINCC V5.1”组态软件，实现整个系统的画面监测、参数设定和指令控制等功能。该系统集过程控制和科学管理于一体，具有性高、控制性能优越、管理功能完善等优点，对指导工艺及设备的正常运行，提高自动化控制和管理水平发挥了重要作用。

2 污水处理工艺流程

污水处理工艺流程如图1所示，从厂区外的主污水管道而来的污水进入格间，由2台粗格栅和两台细格栅将污水中体积较大的污物拦住，形成栅碴，送到栅碴压实机，经螺旋输送机将其输送到专门容器，继而外运。通过格栅机的污水继续前行流入进水泵房。该处为全厂区标高的处，进水泵房底部放置有5台大功率潜水泵，主要用于将污水提升到高处，以使污水只靠重力作用流经其余的处理阶段。钟式沉砂池的作用是将污水中的砂子分离出来，防止其对后续工作的设备产生磨损，分离出来的含水砂子由吸砂泵打入到砂水分离器进行砂与水的分离，分离出的砂子外运。经过钟式沉砂池的污水靠重力进入到初次沉淀池，经过初次沉淀池处理后的污水进入A/O池，A/O池为厌氧/好氧生物反应池，污水进入厌氧池中进行厌氧处理，使厌氧池中污泥吸收污水中的一些有害物质之后，污水进入2个好氧池中，由鼓风机通过曝气头向池中吹入定量氧气，经过生物作用，进一步将有害物质分离出来。然后污水进入二次沉淀池，经过刮泥桥的运动，池上面的浮碴进入浮碴井中，池下部的污泥由真空泵吸出并送到回流/剩余污泥泵房。回流/剩余污泥泵房按一定的比例将一部分污泥送人到A/O池入口，以保证厌氧池中含有一定量的污泥，另一部分被3台剩余污泥泵送入到污泥调节池。经过二次沉淀处理后的污水已达标准，可以外排。

3 系统的硬件组成

PLC在现代工业控制领域中早己得到了广泛的应用。以PLC的控制功能而言，PLC 具有严谨、方便、易编程、易安装、性高等优点。它通用性强，适应面广,特别在数字量输入输出等逻辑控制领域有无可比拟的优点。PLC具有丰富的逻辑控制指令和应用指令，它提供高质量的硬件、高水平的系统软件平台和易学易编程的应用软件平台。另外，PLC即有自身的网络体系又有开放I/0及通讯接口，很容易组建网络并实现远程访问。污水处理主要是顺序逻辑控制，这正是PLC控制的优势所在。 在众多的PLC生产厂家中，西门子公司的S7—300系列产品以其较高的性价比成为众多用户的。S7—300是模块化的小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。模块化、无排风扇结构，各种单的模块之间可进行广泛的组合以用于扩展。接口模块（IM）用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER），S7—300通过分布式的主机架（CR）和二个扩展机架（ER）可以操作多达24个模块。处理单元（CPU）集成有PROFIBUS—DP和MPI通讯接口，多点接口（MPI）用于同时连接编程器、PC机和人机界面等。信号模块（SM）用于数字量和模拟量的输入输出。

在设计当中，根据设备的情况和厂方用户的要求，对主控制器PLC的硬件配置如下图。在这个配置中， CPU模块采用315—2DP，数字量输入（DI）采用SM321模块，数字量输出（DO） 采用 SM322模块，模拟量输入（AI） 采用 SM331模块，模拟量输出（AO） 采用 SM332模块。在现场实际中，数字量输入输出（DI/DO），模拟量输入输出（AI/AO）都有部分冗余，以备系统临时扩充需要。由ET200M模块组成的远程从站可就近放置在现场，利用 SIEMENS公司工业现场总线PROFIBUS-DP完成主——从通讯。通过设置从站的方法可把地理位置相对分散的设备的控制信号，用一根现场总线送到PLC主站，这样不但可节约大量的电缆，同时系统的性也有了很大的提高。在本系统中，PLC主站共下设2个 ET200M远程从站。从站1放置在鼓风机房，实现对鼓风机房的数据采集和控制。从站2放置在污泥泵房，实现对污泥泵房的数据采集和控制。上位机监控系统使用一台工程师站和一台操作员站。两台工业计算机分别采用SIEMENS公司CP5611网过PROFIBUS-S7数据通讯网络完成计算机与PLC主站之间的数据通讯。操作员站的画面组态软件选用SIEMENS公司的WINCC完成用户二次软件的开发。

4 控制系统的功能实现

根据对现场污水处理工艺的了解和操作人员的具体要求和建议 ，以及以往系统的开发经验，可把系统的控制功能实现分为上位机实现和下位机实现。下面将依次分别介绍。

4.1 下位机PLC控制系统的功能实现：

● 手动操作。

● PLC远程手动遥控操作。

● 全自动操作三种方式。

前两种方式一般只在设备调试或维修时使用，系统主要以全自动操作方式为主。在这种方式下，各类泵、风机等设备的开、停，各种工况的切换都由可编程控制器按照预先编制的程序自动生成，不需要操作人员干预。每种工况的运行时间及各种测量参数均可以在线或离线调整，每台设备和每种工况的运行情况也都可以由PLC系统进行监视。现场的泵类、风机、搅拌器等信号通过PLC的控制转化也在上位机上显示。这样，既能对设备开关量，如各类泵、风机、搅拌器等的开停进行控制，又能对现场的模拟量：曝气池内的溶解氧、消化池的泥温等进行调节，使全厂的工艺、设备运行得到的控制。

4.2上位机监控系统的功能实现：

● 提供工艺过程参数流程图，模拟量显示图，模拟量棒图，趋势图等动态画面显示各主要设备运行时间参数和控制回路参数设置画面。据此操作人员或工艺员可对整个工艺和设备有一个详细和形象的了解。

● 系统主要参数和报警信号登录。登录数据可供工艺人员和控制系统设计人员参考，以分析设备运行情况，进一步改进控制方案，提高系统的运行效率。并对故障设备及仪表设定值闪烁报警，提醒操作人员采取相应措施，确保了生产同时给出可能的故障原因和解决办法。

● 可通过键盘（或鼠标）直接控制现场设备，如启动或停止各类泵、风机、阀、搅拌器、刮泥桥等。

● 进入和退出系统的口令保护，以免非工作人员进入系统或随意中断运行中的系统。

5 系统软件设计

用户的软件设计质量的好坏直接关系到系统的控制质量和人员设备的，所以开发一套功能完善、性高的软件尤显重要。 根据系统的实际情况，用户的软件设计同样分为上位机软件设计和下位机软件设计，下面将分别给予介绍。

5.1 下位机程序设计

PLC主站的用户程序是在基于SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V5.1软件平台上完成硬件组态、地址和站址的分配以及用户程序的设计开发的，在主程序（OBI）中将各种控制功能和各站点间的通讯数据分别编写在不同的子程序（功能块FB、DB FC）中。在本系统中，根据所控制设备的实际情况，可把整个污水处理流程分为若干个分流程，每个分流程对应一个功能（FC）或功能块（FB）,例如粗隔栅控制（FC1），细隔栅控制（FC3），曝气沉砂池控制（FC4），生化反应池控制（FB1）等。另外还有一些中间转换控制模块，例如从温度传感器上通过PLC的模拟量输入模块中得到的数据通过量程转换才能变成实际的温度值，通过编写单的模块FC8，完成从 WORD到实数的转换。考虑到传感器测到的温度可能由于干扰信号在短的时间内出现阶跃，为避免干扰，采用在10秒内采集5个温度，平均这5个温度，从而有效的避免了干扰。

限于篇幅，介绍一下曝气池的控制。 曝气池是全厂的构筑物，污水在池中通过微生物的净化作用达到去除物的目的。因微生物为好氧菌，如供氧量过少会造成细菌大量死亡，不利于微生物的生长，会直接影响处理效果。但供氧量过大，不仅使能耗增高，增大运行费用，而且会形成小而重的易沉淀絮体作用使水质恶化。因此控制水中的含氧量是污水处理过程控制中关键的任务之一。根据工艺要求，该厂设有6台鼓风机用于向曝气池供氧，其中有1台变频风机。我们在曝气池的不同地点设有6块溶解氧测试仪（即DO仪）测量池中的含氧量。曝气池的控制思路是通过计算机给这些DO仪设置一个测量范围，当进水量达到平衡，池中悬浮物浓度合乎标准时，一旦水中含氧突破这个范围，PLC就会收到现场溶解氧仪反馈回的报警信号。PLC便根据现场测量值来调节鼓风量。鼓风机的开启台数由PLC根据溶解氧的平均值来控制，PLC每隔10 min判断一次曝气池内的溶解氧值，溶解氧设定下调频风机增加 10%。若调频风机己达大值，则增开一台普通分风机，溶解氧设定上调频风机减少10%，若调频风机己达小值，则关闭一台普通风机，以下为曝气池控制子程序片断和流程图。

以上程序框图为了便于理解，只是简单的列出了程序控制的主要功能，实际上在现场还有其他方面需要考虑，比如当现场长期没有满负荷运转时，五台普通风机可能只需投入使用2～3台，另外两台一直在闲置，为防止风机长期放置而锈蚀损坏，在编程序时需考虑五台普通风机依次循环使用，使所有风机都一直处于正常工作状态。

5.2 上位机程序设计

上位机的编程平台采用SIEMENS公司的SIMATIC WINCC5.1。在工程师站安装WINCC-RC用于开发，操作员站安装WINCC-RT用于运行， WINCC运行于 bbbbbbs NT V4.0操作系统平台之上，以增加系统运行和稳定性。WINCC通过读取下位机的DB块，在上位机显示对应的状况，如显示实际温度、水泵的开闭状态等。另外可以把上位机的操作命令传到下位机的DB块中，来实现对下位机的在线操作。在本系统中，通过共享数据块DB1把下位机的工作状态传到上位机，通过共享数据块DB2把上位机的命令传到下位机。

6 结束语

用PLC设计的自控系统在某污水处理厂投入使用以来，大大降低了操作人员的劳动强度，并改善了操作人员的工作环境。设备具有调试简单、操作方便、使用、运行、、故障率低，污水处理效果好的特点，同时由于软硬件均采用模块化结构，方便了工程技术人员的安装、调试和维修，为我们带来了很好的社会效益和经济效益。

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/min4台，53M3/min4台，48M3/min2台，43M3/min4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.引言：

    由于可编程序控制器具有功能强，性高，环境适应能力和抗干扰能力强，以及接线简单，编程灵活、方便等特点广泛应用于工业控制。目前国内许多厂家的自动控制系统及加工机床都采用PLC代替继电控制。如汽车行业的一汽、二汽，早在八十年代中后期就大力着手将继电器控制系统改造成可编程控制系统，各厂家在近几年新进的设备中大部份都是由可编程控制的。由于市场对菱木变速箱的需求量大，而工厂对菱木变速箱壳体加工的能力有限，需自制一台菱木变速箱壳体镗铣组合机床，我承担了该机床电气控制系统的设计任务。

2. 镗铣组合机床的电气控制要求

镗铣组合机床是用来加工菱木变速箱壳体端面及轴孔的机床。机床由中间滑台、铣削动力头、小动力头、镗削动力头几部份组成。工件的夹紧、松开由气压控制，工件夹紧在中间滑台上，由铣削动力头和小动力头分别对壳体大、小端面进行铣削加工，由镗削动力头对轴孔进行镗削加工。中间滑台及镗削动力头、小动力头的进、退由液压系统驱动，通过对铣削电机、镗削电机、液压电机及液压电磁阀的通断控制实现的工作循环如下：（1）工件安装并夹紧后，按下启动按钮，铣削电机启动，中间滑台工进，铣削大端面。（2）铣削完毕后，中间滑台由工进转快进。（3）快进到位转二次工进，同时小动力头电机启动并进给，铣削小端面。（4）铣削完毕后小动力头电机停止并退，中间滑台停止并定位。（5）镗削电机启动，镗削动力头工进对轴孔进行镗削加工。（6）镗削动力头快进。（7）镗削动力头二次工进对另一个轴孔进行加工。（8）镗削动力头定位并延时。（9）镗削电机制动。（10）镗削动力头快退到原位。（11）中间滑台快退到原位，夹具松开取出工件，等待下一个循环。

表1：I/O地址分配表

3.系统硬件设计

根据上述机床电气控制要求，输入输出均为开关量，需要PLC检测的输入信号有 ：6个按钮，8个行程开关，压力继电器及3个转换开关共计22个。PLC输出控制信号有：7个电磁阀，3个继电器，3个信号指示灯共13个。液压电机的控制及电机的点动控制不通过PLC。因此，选用日本三菱公司的F1-40MR（继电器输出，整体式）PLC为基本单元（24个输入点，16个输出点）能满足控制要求。具体的I/O地直分配见表1。PLC控制系统的外部接线图如图1。

4.系统软件设计

4.1.整体程序设计

在系统程序设计中，采用了调整、自动、步进三种控制方式，采用模块组合结构。将不同控制方式的程序分别编写，采用条件跳转指令，根据工作方式选择开关决定执行哪种控制程序。这样使得程序结构清晰，编程方便。系统控制程序的总体结构如图2所示。公共程序是系统共用程序，调整程序实现机床的点动控制。自动程序包括了自动和步进两种功能。当SA3置于调整状态时X412得电，执行调整程序，公共程序中的转换禁止M574有效，自动程序无法转换。当SA3置于自动状态时X411得电，公共程序中的转换启动M575在按下启动按钮后得电，使自动程序能顺利执行。当SA3置于步进状态时X410得电，在按下启动按钮时转换启动M575得电并瞬时断开转换禁止M574，使自动程序能实现一步转换，执行一个工作节拍，再按一次启动按钮执行下一个工作节拍，实现步进控制。

4.2.自动程序设计

该镗铣组合机床是开关量的顺序控制，用软件编程实现顺序控制是PLC的特点。日本三菱F1系列PLC实现顺序控制的程序设计方法主要有四种：采用步进梯形指令（STL）编程;采用移位指令编程;采用置位/复位（S/R）指令编程;采用启、停、保电路编程。从直观易懂，设计简捷的角度出发我选择了步进梯形指令编制自动程

    焦炉生产工艺中,化产部分鼓冷风机是焦炉生产的重要环节，它关系到炼焦焦碳质量的稳定,煤气压力控制的好坏也关系到是否对环境有多大的污染程度。如图：变频器控制风机A,风机B，风机C。控制参数为集气管压力。该变频器采用日本公司产VFA5P—4220K变频器。由于焦炉煤气控制压力要求较高，一般在60-80Pa的微正压力，当集气管中实际压力产生变化时，通过压力变送器将测出的压力信号转换成4～20mA电流信号，将信号送给工控机，工控机进行模糊运算，输出信号传给PLC和PV，PLC经手自动切换后将信号传给变频。该系统由工控机与PLC共同作用，控制3台罗茨风机变频器通过输出不同的电压和频率来控制风机的转速，从而改变风机的流量。该系统由工控机与PLC共同作用，是工控机采用上升管煤气压力作为负反馈的闭环调节。 

    控制系统由PLC系统、工业计算机系统、变频调速、配套仪表、手操器集中调节等子系统组成。说明：该系统控制方式为2用1备，也可一用二备，具体由工艺上定。其中工控系统采用陕西韩城市信惠丰自动化工程公司的集气管煤气压力计算机模糊控制系统。 

    （1）.全自动工作方式：计算机对各焦炉集气管压力采集、运算，输出信号通过PLC对变频器进行自动控制，毋需人工干预。变频器投入自动运行后，系统根据集气管压力的大小自动调节变频器的输出频率：集气管压力设定值时，变频器的输出频率增加，使风机转速加快，抽气量增加；集气管压力设定值时，变频器的输出频率减小，使风机转速下降，减少抽气量 

    （2）.手动调节：在自动系统故障情况下，操作人员根据焦炉煤气压力，由SA通过PLC将变频器转为手动，操作面板电位器直接变频器进行操作和通过操作器进行远距离操作。 

    本系统PLC输入、输出皆为开关量，PLC采用富士NB1系列可编程控制器，其输入12点，输出12点，共计24点。如图2所示：其中输入量有：启动按钮：SB1停止按钮：SB2、手动/自动转换开关SA1、变频器报警输入FLA、FLC。输出量有变频器的手动调节RR、自动调节IV、启动信号F、主接触器闭合。由于主接触器闭合时触点容量较大，所以加了一个中间继电器1K作为拓展。该图中只列了一台变频器的手自动回路，其它2台变频器依次接入。 

    路富士NB系列PLC编程详见NB软件篇，正如上图所示，PLC在该控制中逻辑简单，编程采用助记符语言，通过手持式编程器输入，控制加优化。 

    路VFA5P—4220KP变频器的设定：电机用参数、基本参数按标准设定，其中关键的参数GrSF频率参数中，FC1频率选择1中选2（IV），FC2频率选择2中选1（RR）。保护关联参数Cr.Pr中，UuC瞬停不停选ON。 

    PLC在控制中取代了继电器，使得控制线路加简化，维修加方便、快捷。 

    变频器在手自??有0.1HZ左右。 

    提高了自动化程度，减轻了操作人员的劳动强度。 

    VFA5P通用变频器使用说明书。