南通西门子授权一级代理商交换机供应商

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1  引言
      目前，在工厂供电系统中，对高压断路器的控制、保护和信号回路多采用传统的继电器开关量控制方式，存在着元件多，接线繁琐，运行维护工作量大，故障多，控制自动化程度低，性差等诸多问题。而PLC作为继电器控制的替代产品，具有性高、抗干扰能力强、编程简单、维护方便、适应环境好等等优点，利用PLC对断路器二次回路进行控制无疑是较好的选择。

2  断路器操作与二次回路
2.1  断路器控制、保护和信号回路(简称二次回路接线)
      断路器控制、保护和信号回路电路接线如图1[1]所示。QF为断路器，TA为电流互感器，KA为电流继电器(GL-15、25型)，KM为中间继电器，WC为控制小母线，WS为信号小母线，WAS为事故信号小母线，SA为控制开关，SB为按钮，RD为红色指示灯，GN为指示灯，YO为合闸线圈，YR为跳闸线圈，SQ1、SQ2为储能位置开关，M为储能电机。
2.2  断路器控制、保护和信号回路基本要求
      图1为采用CT7型弹簧操作机构的断路器控制、保护和信号回路，SA可采用LW2或LW5型转换开关，其控制的基本要求如下:

图1     断路器控制、保护和信号回路原理图
(1) 只有当储能电机储能完成，才能进行合闸操作。
(2) QF正常工作时，应是红灯亮，绿灯灭，并分别起到监视跳闸和合闸回路的完好性。
(3) 当过电流保护装置检测到过电流信号时，应立即启动跳闸装置跳闸。
2.3  控制电路工作原理
      图1中，SA为LW2或LW5型转换开关，它们的触点有合闸、合闸后、分闸、分闸后四个位置。SA的3-4触点只在合闸时接通，合闸后断开;SA的1-2触点只在分闸时接通，分闸后断开;SA的9-10触点在合闸和合闸后均接通。SQ1和SQ2是弹簧储能电机的位置开关，未储能时处于初始状态。
      需要合闸操作时，须行弹簧储能:按下SB按钮，储能电机M通电运转，使合闸弹簧储能，完毕后，SQ2常闭触点断开，SQ1常开触点闭合，为合闸作准备。
      合闸时，将SA扳向合闸(ON)位置，其3-4触点接通，合闸线圈YO通过较大电流，操作机构使QF断路器合闸，其辅助触点使YO线圈失电，并使RD红灯点亮。
      分闸时，将SA扳向分闸(OFF)位置，其1-2触点接通，分闸线圈YR通过较大电流，操作机构使QF断路器分闸，其辅助触点使YR线圈失电，并使GN绿灯点亮。
      当一次电路发生短路时，KM1或KM2线圈得电，其常开触点闭合，也使YR通过较大电流而让QF断路器跳闸，随后QF的3-4触点断开，RD灭，并使YR失电。由于QF是自动跳闸，SA仍在合闸位置，SA9-10触点闭合，发出事故信号，通知值班员将SA扳向分闸位置，并使事故信号解除。

3  断路器操作PLC控制系统
3.1  PLC电气原理设计
      断路器控制、保护和信号回路的PLC的I/O点分配如图2所示。PLC采用FX2N-32MR型，共须用7个输入点，6个输出点。标注情况如图2所示。SA为普通的手动转换开关，H为事故报警信号。

图2     PLC控制系统I/O接线图
3.2  PLC的程序状态转移图
      由于该控制电路为顺序控制电路，所以根据其基本控制要求，并对照PLC的输入输出接线图，即可绘出PLC控制的程序状态转移图如图3[2]所示。

图3     PLC控制程序状态转移图
3.3  PLC控制的梯形图
PLC控制的梯形图如图4所示:

图4     PLC控制梯形图
      需要合闸操作时，须行弹簧储能:按下SB按钮，X4=1，使Y3=Y4=1，GN绿灯亮，储能电机M通电运转，使合闸弹簧储能，为合闸作准备，完毕后，SQ1 和SQ2常开触点闭合，Y3=0，电机M停转，由于仍在分闸位置，所以GN灯应保持亮。
      合闸时，将SA扳向合闸位置，其常开触点接通，X1=1，使Y1=Y4=1，合闸线圈YO通过较大电流，操作机构使QF断路器合闸，合闸后，QF的常开辅助触点使Y5=1，RD红灯点亮。
      分闸时，将SA扳向分闸位置，其常开触点断开，X1=0，X3=1，使Y2=Y5=1，分闸线圈YR通过较大电流，操作机构使QF断路器分闸，分闸未完成，RD红灯仍亮，分闸后GN绿灯点亮。
      当一次电路发生短路时，KM1或KM2线圈得电，其常开触点闭合，X6=X7=1，使Y2=Y6=1，也使YR通过较大电流而让QF断路器跳闸，由于QF是事故跳闸，应发出事故信号，通知值班员将SA扳向分闸位置，并使事故信号解除。
4  结束语
      断路器控制、保护和信号回路采用PLC控制，与继电控制相比，性高、调试方便，具有良好的应用前景，值得推广应用。

2.1  振打或者抖动顺控 
振打或者抖动顺控动作是除尘过滤装置的基本控制动作。振打电机带动振锤周期性敲打阳、阴的板板线。使吸附在其上的粉尘到灰斗中加以回收利用，为了较好的振打效果，对振打控制系统的要求如下:
(1) 同一电场中阳-阴振打不能同时进行。
(2) 同一时间内,前后电场的阳(或阴)振打不能同时工作。
(3) 为防止M5、M6振打时,下落的粉尘被0.97m/s的烟气带出电场。M5和M7、M6和M8之间有一定的联系，M5振打时，M7同时关闭阀门YM1，M5振打完毕后延时1.5min打开阀门YM1;同理M6 振打时，M8同时关闭YM2，M6振打完毕后延时1.5min打开阀门YM2。
2.2  振打电机的振打优化振打时序分析设计
(1) 电场的阳电机M1:打5min，停5min，循环;电场的阴电机M2:停5min，打5min，循环。
(2) 二电场的阳电机M3:先停5min，打5min，停15min循环;二电场的阴电机M4，先打5min，停15min，打5min，循环。
(3) 三电场的阳电机M5:先打5min，停25min，打5min，循环;三电场的阴电机M6:先停5min，打5min，停25min，循环。各电

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。
同时为了利用船舶主机排出的废气余热，在控制系统中加入了主机废气控制开关。

1  引言 
    无梭织机的主传动一般都采用高转矩三相交流电动机驱动，通过三角皮带和离合器来传动主轴和其它的机构，变速时换皮带轮，停车时采用制动装置。传统的织机主传动系统中离合器和刹车片的磨损以及皮带的打滑都会使起停性能逐渐变差，需要定时换维修;另外，使用交流异步电动机织机只能通过换皮带轮实现有级调速。当织机在慢速寻纬时还需专配一台小电机带动相关机构完成，从而增加了机械的复杂程度和维护难度。中低档挠性剑杆织机的电控系统一般都采用电子元件或集成线路板与继电器组成的电控系统。织机停车故障的引入信号主要为断经和断纬，其中由压电陶瓷传感器引入的纬纱信号为连续模拟小信号，而上述电控系统是通过继电器实现逻辑控制的，不能对该模拟量进行有效的运算处理;在现场控制中，由于电网电压波动、机器振动等干扰因素，使断纬电信号检测失误，造成织机无故停车，直接影响到织造质量和机器效率。
    近年来比利时毕佳乐公司引入了一种新型交流调速电动机传动系统—开关型磁阻电动机(SRM，称作Sumo马达)传动系统，该公司生产的无梭织机均将Sumo马达作为织机的标准配置。由于该类电动机结构简单坚固、工作、，因此由其构成的传动系统运行性能和经济指标比普通的交流电动机，甚至比晶闸管－直流电动机系统都好。Sumo马达基于可调节磁阻技术，可直接启动织机，离合器和制动装置，有相当快的响应速度。
    针对现有剑杆织机电控系统的上述缺陷，本文提出了一种利用可编程控制器系统取代原电子元件、集成线路板、继电器的开关磁阻电机控制系统，使其性能得到进一步的改善。

2  无梭织机主传动系统控制要求
2.1  织机的启动
    按下启动按钮，能够正常启动开车;织机正常开车的前提条件是:左右墙板上安装的光电装置处无障碍物，找纬信号开关断开，经停、纬停装置处于无断经、断纬状态，紧急停车按钮释放。
    可实现点动操作。当按下点动按钮时，剑杆织机剑头动程和速度大小由手控按钮的时间长短来决定。

2.2  织机的制动
    断经停车:断经可能发生在织机的任何角度，其停车按图1所示时序进行。这里涉及到一个“刹车角”的概念，即刹车动作开始到织机刹停的角度，本课题的织机刹车角为90°(310°～40°)。当检测到断经发生时，织机一直运行到310°时开始刹车，40°时刹车动作完成(此时织机负载大，有利于刹车)，然后再返回到320°综平位置(有利于穿经)，至此断经定位停车动作完成。

图1     断经停车

    断纬停车:断纬一般发生在织机的引纬过程中，其停车按图2所示时序进行。在织机的90°—290°区域检测纬纱状态(正常时该区域内有纬纱信号输出)，织机一直运行到310°时开始刹车，40°时刹车动作完成，然后再返回到纬的40°(开口大位置，有利于处理纬纱)，至此断纬定位停车动作完成。

图2     断纬停车

    在织布达到预先设定的长度后或当遇到换班、临时检修等时，可使织机停于经停位置;出现紧急状态时，按下停车按钮使织机停车，此时停车位置不受主轴转角的限制。

2.3  织机的调速
    当织制不同品种需要改变织机转速的时候，可以通过直接调节电机转速来实现。

3  系统的硬件设计
3.1  织机的选取
    织机选用实验室样机，其额定转速300r/min。用开关磁阻电机取代原有的电机、皮带轮、离合器和制动器。
3.2  开关磁阻电机
    试验选用国产的通用开关磁阻电机。其主要技术参数如下:额定功率3kW，额定转矩19.1N·M，额定转速1500r/min，转速范围30～2000r/min，输出特性:恒转矩(30～1500)，启动转矩28.6N·M，制动转矩19.1N·M。
3.3  自动寻纬功能的实现方案
    传统剑杆织机配备有辅助传动机构，由一功率较小的电动机驱动，使织机以较低的转速正转或反转。当经停或纬停发生时，低速电机将以预定的方式驱动织机的有关机构进行找断纬和对织口等操作。在本系统中，由于主电动机采用开关磁阻电动机，并由PLC进行控制，调速方便。因此，省去原来的辅助传动机构。直接由主电机完成原来辅助传动机构的操作。
其方案示意图见图3: 

图3     方案示意图

    在织机正常运行时，图中4向左移动和5啮合，电动机通过齿轮3带动主轴、齿轮2带动开口机构等运转。当需要做寻纬等慢速动作时，控制器发出信号，图3中4向右轴向移动，于是4和5脱开，主轴脱离电机转动系统。电动机通过齿轮1、2只带动开口等机构慢速反转。慢速反转结束后，在正常开车前，4再向左轴向移动与5啮合，从而再次带动主轴正常运转。在织机正常启动运转时，其主轴转速为300r/min，试验用齿轮模数为6，齿数分别为Z1=23、Z2=57、Z3=57，从电机到织机主轴的传动比为2.5。

3.4  PLC控制系统的优势及选取
    与传统的继电器逻辑控制相比，PLC具有的主要优势为:性高，逻辑功能强，体积小;采用软件编程来实现控制任务，改变控制功能只需改变程序;PLC以继电器逻辑梯形图为编程语言，学习方便;抗干扰能力强，能够在恶劣的环境下运作。现代PLC已经成为工业自动化领域中重要、应用多的控制设备。从国内纺机厂的生产状况分析看，江苏高淳、山西经纬、无锡龙力等，均采用以PLC为并配以旋转光电编码器为元件作为主要电控器件，既简化了硬件设计，减少故障点，又提高了系统的性和稳定性，得到了用户肯定。这表明该系统设计已趋成熟。 
    PLC的选取考虑两个问题:PLC的容量和选择何家公司的PLC及外设。本系统包括以下输入输出点，见表1:
   表1     I/O点数

    本系统共包括24路开关量，4路模拟量。因此选用松下电工的型号为FP1C40的PLC。其有24个输入点和16个输出点，另加一FP1-2D/A扩展单元，扩展单元可扩展4个模拟点，可以满足本系统的要求。
    FP1是松下电工的FP系列产品中一种功能很强的小型机，虽然其进入中国市场较晚，但由于设计上的到之处和优良的控制功能，一经推出就很受欢迎。FP1主控单元内有高速计数器，可输入高达10kHz的脉冲，并可同时输入两路脉冲。还可输出频率可调的脉冲信号，具有8个中断源的中断权管理。通过主机上配有的RS-422或RS-232接口，可实现PLC和PC机之间的通信。FP1的硬件配置较全，主机可通过外接I/O扩展单元(扩展单元为一些扩展I/O点数的模块，由E8～E40系列组成)。FP1的智能单元主要有A/D、D/A模块。当需要对模拟量进行测量和控制时，可以连接智能单元。

4  系统软件设计
    该系统软件程序的流程框图如图4所示:

图4     系统软件程序的流程

    程序开始选择系统的运行方式，即自动还是点动。选择自动按钮时，系统将进入自动运行状态，判断紧急停车信号、信号、经停、纬停、定长和定位信号的状态，如果上述信号都未接通，则PLC通过输出继电器向电机输出正常启动所需要的电压，织机在电机带动下启动。如上述任一信号接通，则程序立即转向相应的子程序。待子程序执行完毕，相应的信号复位后可重新开车。
由此由主轴正常转速400r/min，得电机正常转速为400×2.5=1000r/min。在电机需要慢速倒转带动开口等机构运动时候，同理可得电机的转速应该为30×2.5=75r/min。所选的开关磁阻电动机的调速控制由电位器的给定电压来控制，向电位器给定正向电压则电动机正转，反之则反转。电位器给定的电压范围为-10V～＋10V，对应输出转速从-2000n/m～＋2000n/m成比例变化。从PLC控制的角度看，所选用的松下FP1模拟量输出电压范围为0～10V和0～5V两档，选择档，对正常启动时向电位器输出5V电压;对慢速转动时输出电压0.375V。对于输出负电压则在接线时反结电位器即可。

5  结束语
    通过本系统设计、试验，得到如下结论:采用PLC控制，使主传动控制系统硬件电路大为简化，系统运行;同时还可扩展为整台织机的控制器，以实现整机的协调工作，提高织机的自动化程度。采用开关磁阻电动机调速方便，省去了电磁离合器等零部件，当织机在慢速运转和寻纬时专配小电机，由主电机直接带动主轴完成，降低了机械的复杂程度和维护难度，生产效率也同时提高。