《電子技術(shù)應(yīng)用》
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空壓機(jī)組控制中PLC的應(yīng)用
摘要:  本文采用西門子公司的s7-300可編程控制器,對(duì)兩臺(tái)柳州柳二空機(jī)械股份有限公司(原柳州第二空氣壓縮機(jī)總廠)生產(chǎn)的zw-3/7型無油潤滑空氣壓縮機(jī)及其氣體干燥器進(jìn)行控制。本控制系統(tǒng)是在原生產(chǎn)線控制基礎(chǔ)上,進(jìn)行i/o口擴(kuò)展從而達(dá)到空壓機(jī)的控制目的。
Abstract:
Key words :

1 引言
  空氣壓縮機(jī)作為氣動(dòng)控制系統(tǒng)的氣源設(shè)備,其在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定程度和可靠性直接關(guān)系到生產(chǎn)安全性。由于早期的電氣控制多為繼電器線路,長期運(yùn)行容易老化,從而使靈敏度降低,在運(yùn)行過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)停機(jī)故障,給正常生產(chǎn)造成影響。采用可編程控制器技術(shù)改造空氣壓縮機(jī)的控制,克服了傳統(tǒng)的純繼電器控制電路的不足,不僅可以完成對(duì)開關(guān)量控制,還能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量進(jìn)行控制。滿足了系統(tǒng)對(duì)控制準(zhǔn)確性和安全性的要求。
  本文采用西門子公司的s7-300可編程控制器,對(duì)兩臺(tái)柳州柳二空機(jī)械股份有限公司(原柳州第二空氣壓縮機(jī)總廠)生產(chǎn)的zw-3/7型無油潤滑空氣壓縮機(jī)及其氣體干燥器進(jìn)行控制。本控制系統(tǒng)是在原生產(chǎn)線控制基礎(chǔ)上,進(jìn)行i/o口擴(kuò)展從而達(dá)到空壓機(jī)的控制目的。

2 系統(tǒng)工作過程
2.1 空氣壓縮機(jī)組的工作過程
  在設(shè)備上電開機(jī)后,系統(tǒng)首先對(duì)空縮機(jī)的運(yùn)行條件進(jìn)行檢查,當(dāng)冷卻水壓力、空壓機(jī)曲軸箱油壓滿足要求時(shí),1#機(jī)啟動(dòng),2#機(jī)作為備用,其啟動(dòng)方式均采用y-δ起動(dòng)方式,y-δ起動(dòng)延時(shí)為6秒。起動(dòng)后,儲(chǔ)氣罐開始充氣,在儲(chǔ)氣罐壓力達(dá)到設(shè)定值0.7mpa時(shí)空縮機(jī)進(jìn)氣閥關(guān)閉,機(jī)器空運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力下降到0.65mpa時(shí),進(jìn)氣閥打開,再次進(jìn)行充氣。由于故障等原因使儲(chǔ)氣罐壓力降到設(shè)定值0.55mpa時(shí),且1#機(jī)處于停機(jī)狀態(tài),則2#機(jī)起動(dòng)并正常運(yùn)行,其運(yùn)行原理同1#機(jī)相同,繼續(xù)對(duì)儲(chǔ)氣罐充氣。在儲(chǔ)氣罐壓力降到0.55mpa時(shí),且2#機(jī)處于停機(jī)狀態(tài),1#機(jī)起動(dòng)并正常運(yùn)行。與此同時(shí),兩臺(tái)機(jī)器的正常運(yùn)行時(shí)間均為12小時(shí),也就是說,一臺(tái)機(jī)器運(yùn)行到12小時(shí)時(shí),無論其有無故障,或是儲(chǔ)氣罐壓力是否低于0.55mpa,均要停機(jī)并啟動(dòng)另一臺(tái)機(jī)器。

2.2 氣體干燥設(shè)備的工作原理
  兩臺(tái)壓縮機(jī)共用一臺(tái)氣體干燥設(shè)備。該設(shè)備是采用柳州柳二空機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的gwu系列無熱氣體干燥器,其工作原理如圖1所示。開機(jī)后,a塔先做吸附運(yùn)行,b塔做再生運(yùn)行。在設(shè)定的時(shí)序控制下,進(jìn)氣電磁閥a2打開a1、b1、b2均關(guān)閉,壓縮空氣經(jīng)a2閥,從底部進(jìn)入a塔,在向上運(yùn)輸過程中,氣體中的水分被塔內(nèi)吸附劑吸掉,干燥的氣體通過梭閥c進(jìn)入儲(chǔ)氣缺罐,與此同時(shí),在a2打開后,經(jīng)延時(shí)10秒b1打開,用b塔中的殘余氣體從上到下運(yùn)動(dòng),將吸附劑中的小分從b1閥帶出,經(jīng)消聲器排空。其開啟的10秒時(shí)間是進(jìn)行b塔脫附工作。在a2打開后延時(shí)十分鐘后b2電磁閥打開,同時(shí)a2閥關(guān)閉,b塔進(jìn)行充氣,十秒后,a1閥打開,a塔中剩余氣體從上至下經(jīng)a1閥,從d消聲器排出,并將a塔中水分帶出,使a塔脫附,經(jīng)延時(shí)十秒a1閥關(guān)閉。此時(shí),由于a塔中的壓力下降,b塔中的壓力上長,梭閥c將a排氣口關(guān)閉,將b排氣口打開。同理,在b2閥開啟十分鐘后,a2閥打開,b2閥關(guān)閉,延時(shí)十秒,b1閥打開,使b塔進(jìn)行脫附運(yùn)行。就這樣兩塔交替運(yùn)行,進(jìn)行對(duì)氣體的干燥。
圖1 空氣壓縮機(jī)組工作原理
3 系統(tǒng)的控制要求
3.1 空氣壓縮機(jī)的控制要求
 ?。?) 開機(jī)前按通電源,所有安裝在中控室和現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)指示燈點(diǎn)亮,顯示當(dāng)前狀態(tài)。
  (2) 按下起動(dòng)按鈕,空壓機(jī)按y-δ方式起動(dòng),進(jìn)氣口電磁閥打開,開始給儲(chǔ)氣罐充氣。另外,在起動(dòng)時(shí),不要求兩臺(tái)機(jī)器同時(shí)運(yùn)行,但可選任意一臺(tái)先運(yùn)行。
 ?。?) 正在運(yùn)行的機(jī)器,運(yùn)行時(shí)間超過12小時(shí)或故障,備用機(jī)起動(dòng),并運(yùn)行。
 ?。?) 在運(yùn)行過程中,如果發(fā)生水壓、油壓不足,立刻停機(jī),并發(fā)出指示。
  (5) 按下停止按鈕,停機(jī)。

3.2 氣體干燥器的控制要
  氣體干燥器的控制與空壓機(jī)的運(yùn)行同步,與空壓機(jī)的電源一并打開,其起動(dòng)受空壓機(jī)的主接觸器的控制。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)配置
  本設(shè)計(jì)所選用的是s7-300的標(biāo)準(zhǔn)型cpu,i/o口選用sm321和sm322數(shù)字量輸入/輸出模塊及sm331模擬量輸入模塊在其三號(hào)擴(kuò)展槽的第二個(gè)sm口上依次進(jìn)行擴(kuò)展。

4.2 擴(kuò)展單元i/o分配及接線
  對(duì)西門子s7-300的擴(kuò)展口進(jìn)行分配,其接i/o口定義如附表所示。

  開關(guān)量信號(hào)的采集,空壓機(jī)在高速運(yùn)行時(shí),必須有很好的冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng),以避免運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量對(duì)機(jī)器造成損壞。所以水壓、油壓是首先要考慮的,采用壓力開關(guān)進(jìn)行這些量的采集,并連接到其數(shù)字量輸入模塊sm321上,起始地址為100.0-100.3。模擬量的采集主要是用于測(cè)試儲(chǔ)氣罐的壓力,以控制空壓機(jī)運(yùn)行。這些量需要用壓力變送器進(jìn)行采集,并將0-1mpa的壓力轉(zhuǎn)換成4-20ma的電流信號(hào)送到模擬量輸入模塊sm331上,其起始地址為672-687。其硬件接線如圖2所示。 圖2 硬件接線
  對(duì)于空壓機(jī)的y-δ起動(dòng),雖然在軟件程序設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行km2和km3、km5和km6的互鎖,但為了其運(yùn)行的安全性,所以在硬件連接中再一次對(duì)其進(jìn)行互鎖,確保起動(dòng)時(shí)由于觸點(diǎn)燒蝕或其它故障造成不能斷開而產(chǎn)生短路情況。氣體干燥器部分有四個(gè)電磁閥,這四個(gè)閥的在電源接通后,由km1和km4進(jìn)行控制,無論是1#機(jī)還是2#一旦起動(dòng),氣體干燥器就開始工作,其a塔下面的a2閥打開,a塔先行工作。然后按前述的工作原理進(jìn)行工作。用km1和km2控制這一部分能保證氣體干燥器與空壓機(jī)的同步工作。

5 軟件設(shè)計(jì)
5.1 空壓機(jī)控制
  依據(jù)空壓機(jī)的工作原理設(shè)計(jì)其運(yùn)行程序。開機(jī),檢查其水壓、油壓,在這些條件滿足時(shí)1#機(jī)起動(dòng),并開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在此要注意的是,在運(yùn)動(dòng)中2#機(jī)的起動(dòng),由于它一方面要受到定時(shí)器的控制,還要受到儲(chǔ)氣罐的壓力控制,當(dāng)儲(chǔ)氣罐的壓力低于0.55mpa時(shí),這說明1#機(jī)故障,所以2#機(jī)起動(dòng),但是這與1#機(jī)的初始條件相同,在開機(jī)時(shí),儲(chǔ)氣罐的壓力為0,兩臺(tái)機(jī)器都可以運(yùn)行,因此在這里要求通過壓力變送器和km1、km4共同對(duì)開機(jī)進(jìn)行控制。km1、km4分別與壓力變送器串接進(jìn)行對(duì)兩臺(tái)機(jī)器的互鎖運(yùn)行控制。其主機(jī)和備用機(jī)的運(yùn)行梯形圖如圖3所示,通過i672與q108.3控制1#機(jī)起動(dòng),i672與q108.0控制2#機(jī)的起動(dòng)。這樣就使得,當(dāng)壓力低于設(shè)定值0.55mpa時(shí),兩臺(tái)機(jī)器不至于同時(shí)起動(dòng)。
圖3 空壓機(jī)梯形圖
5.2 氣體干燥器系統(tǒng)控制
圖4 干燥器梯形圖
  空壓機(jī)氣體干燥器系統(tǒng)的梯形圖如圖4所示。對(duì)氣體干燥器的控制,主要依據(jù)兩臺(tái)空壓機(jī)的起動(dòng)情況而定。作為共用部分,無論那一臺(tái)機(jī)器起動(dòng)都要求氣體干燥運(yùn)行,因此,在氣體干燥的梯形圖中不必設(shè)計(jì)起、停按鈕,而是通過q108.0和q108.3即1#、2#機(jī)的km1、km4來完成其控制。

6 結(jié)束語
  本次改造后,在空壓機(jī)在運(yùn)行過程中,減少了操作人員到現(xiàn)場(chǎng)的巡回次數(shù),可以通過在中控室直接觀察空壓機(jī)的工作狀況,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的異常情況發(fā)出的報(bào)警信號(hào),可做出快速反應(yīng),而不是像以前那樣,等到其它氣動(dòng)控制的設(shè)備出現(xiàn)氣壓不足報(bào)警時(shí)才發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)系統(tǒng)有問題。經(jīng)過這一年多的運(yùn)行,除了設(shè)備的機(jī)械故障外,基本上沒有出現(xiàn)控制上面的問題,完全符合設(shè)計(jì)要求。采用可編程控制器對(duì)空壓機(jī)的控制,使其操作簡便,而且在運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性也進(jìn)一步得到提高。

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