西門子PLC在空壓機改造中的應(yīng)用

袁安迎

（日照中聯(lián)水泥有限公司，山東 日照 276535）

西門子PLC在空壓機改造中的應(yīng)用

袁安迎

（日照中聯(lián)水泥有限公司，山東 日照 276535）

日照中聯(lián)水泥有限公司使用了五臺110kW空壓機，之前使用的主控PLC是施耐德產(chǎn)的，由于配件不通用，并且PLC斷電超過3個月，里面的主要參數(shù)就會丟失，在以前是讓空壓機廠家處理，需要將其寄到廠家修改，費時費力，所以決定自己改造?；诖?，根據(jù)圖紙和說明書經(jīng)過研究和分析，重新設(shè)計了空壓機控制程序。

西門子PLC；空壓機；改造

空壓機即空氣壓縮機，它是一種動力設(shè)備，目前常常被用于機械制造、礦山等行業(yè)中?？諌簷C占據(jù)大型工業(yè)設(shè)備耗電量的15%，由于質(zhì)量和采購時價格等方面的原因，我公司使用的空壓機有一定的缺陷，包括數(shù)據(jù)易丟失、頻繁的啟動和停止影響電機的使用壽命、維護量較大等，基于此，需要對其進(jìn)行改造。

1 西門子PLC在空壓機改造中的背景

由于本公司使用的空壓機電機原來的PLC備件不通用，并且PLC斷電超過3個月主要參數(shù)就會丟失，廠家不提供密碼，需要寄到廠家修改，此過程要浪費半個月的時間，并且花費較大的資金，所以決定自己使用PLC進(jìn)行改造。因為看不到里面的程序，只能夠根據(jù)圖紙和使用說明書進(jìn)行分析，因此最關(guān)鍵的技術(shù)就是需要自己重新設(shè)計全部程序。

（1）確定輸入、輸出點數(shù)。輸入點數(shù)通過以下方面確定，其一，遠(yuǎn)程操作和機旁的操作的需要；其二，檢測其運行狀態(tài)；其三，檢測其排氣壓力；其四，故障的復(fù)位操作。

輸出點數(shù)通過以下方面確定，其一，空壓機開啟和停止的控制及信號的顯示；其二，控制的加壓閥；其三，空壓機啟動或運行中的報警；其四，空壓機事故跳閘報警。

（2）PLC的配置。S7-200PLC中的CPU222是西門子公司推出的可滿足多數(shù)工況需求，運行穩(wěn)定可靠的PLC產(chǎn)品，應(yīng)用比較廣泛，性價比較高。并且它使用的編程軟件STEP7 MicroWIN V4.0在我公司使用的比較廣泛。

2 設(shè)計控制系統(tǒng)

2.1 設(shè)計控制系統(tǒng)要求

首先，系統(tǒng)中要有溫度、壓力、過載保護和報警等一系列的功能。系統(tǒng)處于自動集中式工作時，系統(tǒng)以供氣設(shè)定值為基礎(chǔ)，在滿足壓力需求的時候，自動控制加載或者卸荷，而電機不停。當(dāng)壓力達(dá)到一定的報警值時，空壓機不但進(jìn)氣閥會關(guān)閉而且自動停機。報警解除后，空壓機將會自動啟動并根據(jù)設(shè)定值加載。

2.2 檢測參數(shù)

排氣壓力的量程為0～1.2MPa，設(shè)定值為0.5MPa，低于這個數(shù)值時加載閥啟動加載，設(shè)限值為0.7MPa，超過這數(shù)值就停止加載，報警值為1MPa，超過這個數(shù)值空壓機會立即停機；潤滑油溫度量程為0～200℃，警告值為90℃，停機值為105℃，超過這個數(shù)值空壓機會立即停機。

數(shù)字量I/O信號包括急停按鈕、空濾堵、油濾堵、故障燈、過載檢測等。

3 硬件的設(shè)計

3.1 硬件的要求

控制系統(tǒng)由CPU222主模塊、TD400文本顯示器和EM231模擬量輸入模塊組成。

控制模塊使用的是CPU222，具有8個輸入點和6個輸出點共14個開關(guān)量點。擴展模塊使用的是EM231模擬量輸入模塊。TD400文本顯示器可以顯示四行文本，并且有15個按鍵，以上配置可以滿足設(shè)計需要。CPU222模塊自帶的直流24V電源能夠為本機系統(tǒng)提供足夠的電流，并且還可以為小電流的擴展模塊提供電源，濾除雜波和環(huán)境的干擾，保障系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的持續(xù)運行。

3.2 系統(tǒng)的工作原理

主電機啟動采用星三角降壓的方式，與表1中的輸入輸出點相對應(yīng)。空壓機初始送電時，PLC先復(fù)位所有輸出點為0，防止設(shè)備意外啟動，然后檢測各故障輸入點是否有輸入，檢測正常后，TD400上顯示如圖1。

表1 S7-200CPU222地址表

圖1 空壓機主畫面

此時按TD400面板上‘F1’就會運行啟動程序，如圖2，PLC的Q0.0和Q0.1就會輸出接觸器KM1和啟動接觸器KM3立即吸合，電機開始啟動，延時10秒鐘后，啟動完成，啟動接觸器KM3斷開，運行接觸器KM2吸合，啟動過程完成，電機進(jìn)入運行狀態(tài)，此時空壓機處于空載狀態(tài)，電機不做功。

電機正常運行后延時5秒鐘，空壓機檢測排氣壓力如果低于0.5MPa，就驅(qū)動供油閥Q0.3和加載閥Q0.4，空壓機開始做功。當(dāng)壓力值達(dá)到設(shè)定的高限時，加載閥就會關(guān)閉，空壓機停止做功，電機保持空載運行。

停機時，按下TD400面板上的‘F2’，空壓機就進(jìn)入停機過程，首先關(guān)閉加載閥，經(jīng)過10秒鐘的延時，主電機停止。如果遇到緊急情況的停機，只需要按控制柜門上的紅色急停按鈕，空壓機主電機就會立即停止，不再執(zhí)行中間程序。

以上過程是空壓機的正常開停機程序，為了對空壓機本身進(jìn)行保護，內(nèi)部程序還設(shè)置了豐富的保護功能，確保人身和設(shè)備的安全。比如，相序檢測、電機過載檢測和空濾、油濾、分離器堵塞檢測等功能，這些報警出現(xiàn)后，會禁止啟動主機或者使主機跳停，并在TD400面板中顯示，以便用戶快速處理故障。

3.3 增加的保護功能

在未改造前的控制系統(tǒng)中，啟動時間和壓力上下限三個數(shù)值未設(shè)置默認(rèn)值，需要在調(diào)試完后人工設(shè)置，當(dāng)斷電超過3個月時，設(shè)定值會丟失，系統(tǒng)報錯，只能通過原設(shè)計廠家修改。

為了保證設(shè)備的正常運行，在改造后程序中進(jìn)行了優(yōu)化，預(yù)先設(shè)置啟動時間為10～40秒的一個默認(rèn)值（如圖2）。運行后啟動時間根據(jù)工廠實際運行情況進(jìn)行修改，這就杜絕了數(shù)據(jù)丟失的問題。

4 結(jié)語

使用S7-200PLC為空壓機控制系統(tǒng)的核心，通過修改程序和控制線路的改造，實現(xiàn)了原有系統(tǒng)應(yīng)有功能，并且加以創(chuàng)新，解決了數(shù)據(jù)丟失的重大隱患，經(jīng)過1年多的運行，一直保持著良好的運行狀態(tài)。

[1]李明河, 晁冰. PLC在空壓機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 控制工程, 2000, 7(4):48-50.

[2]梁慧斌, 李學(xué)華. 西門子PLC在空壓機站智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 煤礦機械, 2012, 33(4):214-217.

[3]李強, 屈寶存, 葛智強. PLC和變頻器在空壓機節(jié)能改造中的應(yīng)用[J]. 變頻器世界, 2006(3):99-100.

TP273.5

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1671-0711（2017）05（下）-0047-02