赣州西门子主机模块代理商 原装正品

    （一）控制单元的选择

    自动放散点火系统的核心是控制单元，一般选用工控机、单片机和PLC，然而用工控机作为控制单元成本偏高；用单片机作为控制单元开发周期较长，抗干扰性差；用PLC则成本比较低，硬件工作量小，开发*。所以选PLC作为控制单元是较为合适的方案。目前PLC的种类繁多，不同厂家的PLC都自成体系，不具互换性。下面以SI-EM：NS7-200为例介绍其如何实现逻辑和顺序控制各设备的启动和停止等动作。

    SIEM：NS7-200是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。其模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，它具有高电磁兼容性和强抗振动、冲击性，有很高的工业环境适应性，可适用于各种领域。其主要功能如下：

    (1)高速的指令处理：0.1～0. 6μs的指令处理时间从中等到较低性能要求的范围内开辟了全新的应用领域。

    (2)浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。

    (3)方便用户的参数赋值：提供一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值。

    (4)人机界面(HMI)：方便的人机界面服务已经集成在S7-200操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。SIMENS人机界面(HMI)从S7-200中取得数据，S7-200按用户*的刷新速度传送这些数据。S7-200操作系统自动地处理数据的传送。

    (5)诊断功能：CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常；记录错误和特殊系统事件（例如：**时、模块更换等）。

    (6)口令保护：多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。

    (7)操作方式选择开关：操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。

    (8)通讯：．这是一个经济而有效的解决方案。方便的STEP7用户界面提供了通讯组态功能，这使得组态非常*、简单。

    SIMENS S7-200具有多种不同的通讯接口，多种通讯处理器用来连接AS-I接口和工业以太网总线系统；串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统；多点接口( MPI)集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。CPU支持下列通讯类型：

    1)过程通讯：通过总线(AS-I或PROFIBUS)对I/O模块周期寻址（过程映象交换）。

    2)数据通讯：在自动控制系统之间、人机界面(LB＼41)和几个自动化功能块间相互调用。

    （二）自动点火的实现

    本系统**于焦炉荒煤气自动放散点火，每套系统设置两个自动放散点火点，由系统柜和手动柜共同进行自动和手动控制。系统以集气管内煤气压力为检测信号，该信号以4～20mA电流信号进入PLC系统，当PLC检测到压力**规定较**，系统发出报警信号。PLC按预先设置的程序指令执行单元，开煤气阀、点火，开放散阀，开蒸汽阀。当管内煤气压力下降到正常值时，PLC再指令执行关放散阀、关蒸汽阀等，所以，可编程控制器为控制核心，保证了整个系统的可靠、安全运行。

    每套点火装置操作步骤：

    上限声光报警→上上限声光报警→开点火阀→开启水封放散阀→蒸汽阀→关点火阀→关放散阀→关蒸汽阀。

    此次点火结束，准备下次点火。

    （三）自动放散点火系统的组成和功能

    1．系统组成

    AZFD-Ⅲ型点火系统的组成，主要包括PLC、显示操作、动力驱动、火焰检测和受控对象。

    (1)逻辑控制部分。该部分主要由PLC和中间继电器组成。该部分的PLC是整个系统的核心，负责控制整个点火过程和点火阀、放散阀、蒸汽阀的启停。并能将该系统挂接到DCS上，参与整个焦炉控制系统的实时通讯。

    系统柜的智能数显仪显示炉压（对炉压分为上限、上上限、下限、下下限4位，其值可在系统运行中随时进行重新调整），当4～20mA输入回路断开时炉压即时值显示屏会显示broke字样。

    通过系统柜PLC的程序，保证下列控制功能：

    1)当炉压**上**发出声光预报警信号，以提醒有关人员进行相应操作。

    2)炉压**上上**发出声光预报警信号，当延时炉压仍在上上**，即开始自动开启水封放散阀（其开度是根据炉压分三级进行的），同时开点火阀配合点火，然后开蒸汽阀，关点火阀。自动点火模块程序如图9-13。

    3)放散过程中，炉压降至下限以下时，即开始自关放散阀，最后关汽阀。

    4)为防止氨水放散阀被焦油粘死，程序中设定了定期开放散阀，当定期内（10天）未放散点火，自动活动放散阀1～3次，两放散阀活动时间是错开的。从PLC的输出回路指示灯的明灭可观察到逐级打开放散阀、开点火阀及配合点火和开汽的全过程。也可观察到停止放散时关闭放散阀和关汽的过程。手动柜有数显指示仪显示两套放散阀的开度(0°～90°)。系统的和手动柜面上的手动按钮可分别对两套管进行手动操作。

    自动柜电源为220V交流电源，柜内配置后备式UPS电源，供停电时系统照常运行使用。

    (2)显示操作部分。该部分主要由模拟显示器、指示灯和操作按钮组成，它们分别布置在主控柜和现场柜的面板上，无论是在现场还是主控室，操作人员均能方便地操作设备，观察设备工作情况。

    (3)动力驱动部分。该部分主要由交流接触器、固态继电器、熔断器、信号隔离器等元件组成，主要布置在现场箱内。通过接收到控制信号去驱动设备工作，并将设备状态信号反馈到主控柜。

    (4)火焰检测部分。该部分主要由火焰检测器探头和处理板等组成，检测火焰是否点火是整个点火过程的关键。为了确保检测结果的正确性，本系统从布置和选型两方面予以考虑。在布置检测元件时，采用一对一的方式，即一个火焰测元件对应一个点火把装置；在选择检测元件时，根据点火燃料——混合煤气的燃烧特性，选用了带微处理器的紫外线型火焰检测仪，实现远距离监测火焰，避免了传统的热电偶在火焰高温区的烧坏和信号反馈滞后的弱点。该火焰检测器能见检测信号以开关量和模拟量的方式输出，开关量根据点火的需要反馈给点火控制过程，4～20mA的模拟输出信号则供DCS画面显示。

    (5)受控对象部分。该部分主要由高能激发点火器、不锈钢点火火焰传送器、电动执行机构、电动阀门等元件组成，它们均布置在现场。为了能确保点燃荒煤气，打火先点燃精煤气，然后蒸汽吹出，蒸汽的作用一是为了防止把炉筒烧坏，二是助燃。

自动点火模块程序框图

    图9-13    自动点火模块程序框图

    （四）程序设计

    本系统控制程序采用模块化的设计方法，把系统所需完成的功能分成自动点火模块、报警模块等，这样方便且易于操作。

    1．自动点火模块

    这是该系统的主要部分，点火时系统就按照点火步骤自动按顺序执行相应操作，直到点火结束，该模块的程序框图如图9-13所示，每执行一步程序都将检查*设备是否达到预定位置，如果达到炉压设定值，系统则发出报警信号，提醒有关人员进行相应的操作。

    2．报警模块

    当系统某一部位或功能出现异常时，将发出报警信号提醒运行人员注意。

    传统的变较调速，虽然具有成本低、能耗低、控制简单和可靠性高等优点，但由于采用有级调速，且级差很大，使其应用领域受到很大的限制。矢量控制、直接转矩控制等方式的变频调速，具有很好的调速平滑性，能很好地克服变较调速的困难，但又存在成本高和可靠性差等缺点。

    本节采用S7-200 PLC来控制一台三相感应电动机，该电动机具有两个单独的绕组，对应不同的转速和旋转方向。本实例采用的方法适用于旋转方向可选的三相感应电动机的变较调速。

    一、感应电动机的动态变较调速

    1．调速原理

    感应电动机动态变较调速的原理是：把电动机绕组设计成具有两种工作较数2P1和2P2，让电动机交替地在这两种工作状态下*切换（例如，每秒切换10次），此时电动机的转速将不只是由电动机的工作较数2P1和2P2决定，而是由2P1和2P2，以及工作于这两种工作较数的时间t1和t2等4个因素共同决定。于是，在工作较数2P1和2P2确定之后，调节t1和t2即可改变电动机的转速。

    2．控制目标

    该实例用来控制一台具有两个单独绕组的三相感应电动机，该电动机可以按不同的方向以不同的转速旋转。当与各输入点相连的点动开关被按下时，电动机启动。不论电动机绕什么方向旋转，任何时候都可以改变电动机的转速，转速分为高低两挡。电动机需要5s时间来刹车停机之后，才可以朝相反方向启动。

    3．功能实现

    用下列4只与输入点相连的电动开关来启动电动机：I0.0-低速顺时针方向旋转开关；I0.1-高速顺时针方向旋转开关；I0.2-低速逆时针方向旋转开关；I0.3-高速逆时针方向旋转开关。

    与输入点I0.4相连的开关(OFF)用来关闭电动机，电动机电路断路器与输入点I0.5相连。当电动机过载时，电动机电路断路器触点断开，也会导致电动机停机。当电动机停机时，点亮与输出点Q0.4相连的信号灯。

    在程序扫描循环的起始处调用子程序SBR_0，该子程序的任务是检查输入信号。为了防止操作错误，首先要检查是否有两个或两个以上开关同时动作，然后再检查在换向时是否已**过了限制等待时间。当禁止电动机启动器工作时，互锁存储器位M1.0被置为1。互锁电路的作用是防止电动机误启动或朝错误方向启动。只有当所有的点动开关都没有动作，且**定时器溢出后，才解除互锁，即M1.0被置为逻辑“0”。

    同时满足下列条件时，电动机才能以某种操作方式启动：

    (1)停机开关没有动作；

    (2)防止电动机过载的电动机断路器没有打开；

    (3)电动机不是正在绕相反的方向旋转。

    若改变转速也必须满足上述要求，否则命令无效。这就保证了两个电动机启动器不会同时启动。也就是说，每个方向的高速运转启动器和低速运转启动器不同时工作。例如，当与输入点I0.3相连的点动开关被按下，发出逆时针方向高速旋转命令时，负责锁着逆时针方向低速旋转的输出点I0.2被复位。只有当选择所期望的操作模式命令已发出，且互锁未生效时，才能锁定操作模式，即将相关的状态位Q0.0、Q0.1、Q0.2和Q0.3复位。

    该子程序输出的边沿信号检测用来在电动机关机时刻启动**等待定时器，以便使电动机有足够的刹车时间。

    退出子程序后，这些状态位的值被复制到输出点Q0.0～Q0.3，这些输出点控制电动机启动器。输出点Q0.4和Q0.5分别用来表示“停机”状态和“**等待”状态。

    二、双向变较调速感应电动机控制系统硬件设计

    1．输入/输出信号分析

    根据上述的双向变较调速感应电动机的调速原理和要实现的功能，可知该控制系统的输入信号有：启动电动机的4个旋转开关，即低速/高速顺时针方向旋转开关各1个，低速/高速逆时针方向旋转开关各1个；瞬时接触开关1个，电动机过载开关1个，共6路数字输入信号，需6个输入端子。

    输出信号：控制电动机低速（高速）顺时针方向旋转和低速（高速）逆时针方向旋转的4路输出信号，电动机停止运行指示灯以及反方向启动指示灯各1个，共6路数字输出信号，需6个输出端子。

    2．PLC输入/输出分配表和资源分配表

    根据前述对双向变较调速感应电动机的控制目标以及功能实现，可设计如表7-10所示的PLC的输入/输出分配表，以及表7 11所示的资源分配表。

    表7-10    PLC输入/输出分配表

  交流伺服电动机驱动是较新发展起来的新型伺服系统，也是当前机床进给驱动系统方面的一个新动向。交流伺服电动机克服了直流电动机中电动机电刷和整流子要经常维修、电动机尺寸较大和使用环境受限制等缺点，能在较宽的调速范围内产生理想的转矩，结构简单，运行可靠，在数控机床等进给驱动系统较为精密的运动控制中得到了广泛应用。

    一、交流伺服电动机工作原理

    图7-37所示是交流伺服电动机的原理图，图中f和c表示装在定子上的两个绕组，它们在空间相差90°电角度。绕组厂由定值交流电压励磁，称为励磁绕组，绕组c是由伺服放大器供电而进行控制的，称为控制绕组，转子为笼型。

交流伺服电动机的原理图

    图7-37   交流伺服电动机的原理图

    交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，当它在系统中运行时，励磁绕组固定地接到交流电源上，当控制绕组上的控制电压为零时，气隙内磁场为脉振磁场，电动机无启动转矩，转子不转。若在两相绕组上加以幅值相等、相位差90°电角度的对称电压，则在电动机的气隙中产生圆形的旋转磁场。若两个电压的幅值不等或相位不为90°电角度，则产生的磁场将是一个椭圆形旋转磁场。总之，若有控制电压加在控制绕组上，且控制绕组内流过的电流和励磁绕组内的电流不同相，则在气隙内会建立一定大小的旋转磁场。加在控制绕组上的信号不同，产生的磁场椭圆度也不同，改变控制信号，就可以改变磁场的椭圆度，从而控制伺服电机的转速。

    由于交流伺服电动机在各类机电设备中一般作为执行元件，将交流电信号转换为机床转轴上的角位移或角速度，所以要求转子速度的快慢能够反映控制信号的相位，无控制信号时电动机不转动。特别是当交流伺服电机处于转动状态时，如果控制信号消失，电机立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，若控制信号消失，往往不能立即停止而要继续转动一段时间。

    二、交流伺服电动机运动控制系统硬件设计

    在本实例中，要求控制交流伺服电动机先低速正转，再高速反转，最后停车。其中，实现电动机的正转和反转以及转速控制需要通过电动机驱动器进行设计。PLC的作用就是对驱动器进行控制，开启或关闭这些功能，从而实现对交流电动机的控制。

    1．输入/输出信号分析

    交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图如图7-38所示，根据此硬件组成示意图以及上述的控制要求，可知该运动控制系统的输入信号有：电动机的启动和停止按钮各1个，共2路输入信号，需2个输入端子。

交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图

    图7-38    交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图

    输出信号：驱动电动机运行的驱动器1个，控制电动机运行方向（正转或反转）的输出信号1个，共2路输出信号，需2个输出端子。

    2．PLC的输入/输出分配表

    根据图7-38所示的交流伺服电动机运动控制系统硬件组成，以及交流伺服电动机的运动控制系统的输入/输出信号分析，可设计如表7-8所示的PLC主机的输入/输出分配表。