中板廠爐門液壓站的PLC改造

朱彥超+王慧強(qiáng)

0. 引言

隨著PLC（可編程控制器）在工業(yè)控制中的普及，其具有的軟件記錄連鎖關(guān)系，方便修改，高可靠性，方便擴(kuò)展等特點(diǎn)使其成為在舊設(shè)備改造的首選。

爐門液壓站是2800中板軋線的一個(gè)小型液壓站，為加熱爐爐門液壓拉桿提供動(dòng)力。為了降低采購(gòu)成本，液壓站原控制系統(tǒng)為硬線連接的繼電器連鎖控制方式，主回路有接觸器4個(gè)，中間繼電器7個(gè)，時(shí)間繼電器4個(gè)，控制液壓站1臺(tái)主泵，1臺(tái)循環(huán)泵，加熱器和3個(gè)主油路溢流閥，冷卻水閥等設(shè)備。

使用多年以后，液壓站控制系統(tǒng)存在很多問(wèn)題。包括：因控制柜內(nèi)部件因動(dòng)作頻繁、老化失效，時(shí)間繼電器，中間繼電器等故障頻發(fā)，影響液壓站運(yùn)行可靠性；控制系統(tǒng)柜內(nèi)接線多且復(fù)雜，出問(wèn)題后，必須熟練的維修人員才能較快查找故障，影響處理效率；因是硬線連接，液壓站各種保護(hù)功能較簡(jiǎn)單，對(duì)主要設(shè)備的保護(hù)和故障報(bào)警幾乎沒(méi)有，帶來(lái)一定的安全和設(shè)備隱患；另外廠里為提高設(shè)備維護(hù)水平，要實(shí)現(xiàn)全軋線液壓站各種主要數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)在線監(jiān)控，所以，對(duì)爐門液壓站控制系統(tǒng)的PLC改造就變得勢(shì)在必行，因?yàn)镻LC是在線監(jiān)控的硬件基礎(chǔ)。

1. 改造方案制定

為方便準(zhǔn)備備件，選擇我廠常用的西門子S7-300系列PLC，CPU模板和I/O模板使用閑置的備件，通訊模板需外購(gòu)。通訊模板需定購(gòu)，盡量使用液壓站控制系統(tǒng)的原有元件，原液壓站控制面板利舊，以節(jié)約改造成本，縮短因改造造成的停車時(shí)間，增加傳感器，提高液壓站保護(hù)和多種報(bào)警功能。

2. 改造方案實(shí)施

2.1 PLC的選型I/O信號(hào)定義

研究液壓站電氣控制圖紙，統(tǒng)計(jì)按鈕、油泵運(yùn)行信號(hào)、阻塞信號(hào)、液位等傳感器過(guò)來(lái)的開關(guān)量輸入信號(hào)有22個(gè)，用于指示燈、電磁閥線圈、電機(jī)控制中間繼電器的開關(guān)量輸出信號(hào)也有22個(gè)，所以選擇16點(diǎn)開關(guān)量輸入模板2塊（6ES7 321-1BH02-0AA0），共32點(diǎn)，備用點(diǎn)10個(gè)；16點(diǎn)開關(guān)量輸出模板2塊（6ES7 322-1BH01-0AA0），共32輸出點(diǎn)，備用點(diǎn)10個(gè)，共需四個(gè)開關(guān)量I/O模板。油泵接觸器線圈、電磁閥線圈等需要較大驅(qū)動(dòng)功率的用DC24V繼電器中繼，即PLC輸出點(diǎn)帶繼電器線圈，繼電器輔助點(diǎn)控制這些負(fù)載工作，繼電器共有7個(gè)，這樣彌補(bǔ)了模板輸出點(diǎn)功率的不足，24v繼電器由一5A，DC24v直流電源供電。

PLC的CPU模板采用CPU315-2DP型號(hào)，該模板我廠用量大，備件組織方便。

液壓站原來(lái)沒(méi)有模擬量參與控制，為了遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要，現(xiàn)增加油箱液位，泵頭壓力，油箱溫度等傳感器，為避免干擾，傳感器輸出均為4-20mA的兩線制電流信號(hào)，選用西門子8路12位精度的模擬量輸入模板（6ES7 331-7KF02-0AB0）1個(gè)，滿足模擬量需要。

為滿足網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸要求，PLC加裝CP343-1工業(yè)以太網(wǎng)通訊模板，將液壓站與監(jiān)控室用以太網(wǎng)連接。

2.2 PLC程序編制和功能描述

參照液壓站控制電路圖，分配各個(gè)輸入點(diǎn)的地址和定義，編制PLC液壓站程序。程序要全部實(shí)現(xiàn)原控制下泵站急停功能，主泵的過(guò)載保護(hù)，主油路的選擇連鎖，循環(huán)泵和加熱器及冷卻器的連鎖啟動(dòng)等功能。還要添加一些原來(lái)沒(méi)有的保護(hù)和控制功能：比如，因添加了油箱溫度模擬量，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵的高溫自啟動(dòng)和低溫停泵功能，有了油泵壓力模擬量可實(shí)現(xiàn)主泵泵頭壓力的高、低壓停泵保護(hù)和報(bào)警功能，還添加了主泵啟動(dòng)，停止時(shí)溢流閥短時(shí)得電溢流，主泵空載啟停，降低了水錘效應(yīng)對(duì)泵、管路和電機(jī)的有害影響。硬件上配線簡(jiǎn)單明了，各種連鎖改為PLC內(nèi)部的軟件連鎖，出現(xiàn)問(wèn)題后，維護(hù)人員可以通過(guò)編程器在線監(jiān)控程序，查找故障原因；調(diào)整保護(hù)參數(shù)。當(dāng)添加新的保護(hù)功能時(shí)，也不再需要改動(dòng)硬線連接，可直接在程序中改動(dòng)，大大降低維護(hù)工作量。

2.3 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程的主控室服務(wù)器電腦使用WinCC（Windows control center）視窗控制中心軟件，在線讀取軋線各液壓站PLC的數(shù)據(jù)信息，為了區(qū)分各個(gè)液壓站的相應(yīng)信息，液壓站所使用的CP343-1通訊模塊設(shè)置不同的IP地址。為方便WinCC讀取，將本站輸入/輸出開關(guān)量的數(shù)據(jù)打包存入通訊數(shù)據(jù)塊DB1中，將模擬量數(shù)據(jù)經(jīng)通用功能塊FC105處理后，改變數(shù)據(jù)形式，也送入DB1塊中相應(yīng)數(shù)據(jù)區(qū)域。設(shè)置CP343-1通訊模板參數(shù)IP地址為192.168.1.xx，該地址在各液壓站中是唯一的。主控室WinCC程序?qū)ふ以揑P地址，調(diào)用數(shù)據(jù)塊DB1中的內(nèi)容，在WinCC變量表中建立相應(yīng)的變量與傳送過(guò)去的開關(guān)量，模擬量信息一一對(duì)應(yīng)，在WinCC圖形編輯器中繪制爐門液壓站模擬圖（圖一），圖中標(biāo)示相應(yīng)的變量，這樣就能實(shí)現(xiàn)爐門液壓站信息的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3. 改造效果

爐門液壓站經(jīng)PLC改造后，試運(yùn)行合格，正式投用至今，故障率大為降低，出故障后維護(hù)人員也能在PLC程序的幫助下，很快判斷故障位置并及時(shí)處理。遠(yuǎn)程監(jiān)控程序也多次發(fā)揮了作用，監(jiān)控人員能根據(jù)油位變化及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏油點(diǎn)，避免油品損失；根據(jù)泵頭壓力的變化了解油泵的實(shí)時(shí)工況，及時(shí)調(diào)節(jié)，滿足生產(chǎn)的需要。

4. 結(jié)論

PLC改造繼電接觸連鎖控制系統(tǒng)能起到事半功倍的作用，給老系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，各種保護(hù)功能的健全完善提供一個(gè)良好的平臺(tái)，對(duì)大大有利于操作人員，維護(hù)人員的效率提高和勞動(dòng)強(qiáng)度的降低。

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