西門子300CPU和奧越信300PLC在空氣壓縮機(jī)氣動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

空氣壓縮機(jī)作為氣動控制系統(tǒng)的氣源設(shè)備，其在運行過程中的穩(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，長期運行容易老化，從而使靈敏度降低，在運行過程中會經(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，不僅可以完成對開關(guān)量控制，還能實現(xiàn)對模擬量進(jìn)行控制。滿足了系統(tǒng)對控制準(zhǔn)確性和安全性的要求。

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)首先對空縮機(jī)的運行條件進(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，1＃機(jī)啟動，2＃機(jī)作為備用，其啟動方式均采用y-δ起動方式，y-δ起動延時為6秒。起動后，儲氣罐開始充氣，在儲氣罐壓力達(dá)到設(shè)定值0.7mpa時空縮機(jī)進(jìn)氣閥關(guān)閉，機(jī)器空運轉(zhuǎn)。當(dāng)儲氣罐壓力下降到0.65mpa時，進(jìn)氣閥打開，再次進(jìn)行充氣。由于故障等原因使儲氣罐壓力降到設(shè)定值0.55mpa時，且1#機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，則2#機(jī)起動并正常運行，其運行原理同1#機(jī)相同，繼續(xù)對儲氣罐充氣。在儲氣罐壓力降到0.55mpa時，且2#機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，1＃機(jī)起動并正常運行。與此同時，兩臺機(jī)器的正常運行時間均為12小時，也就是說，一臺機(jī)器運行到12小時時，無論其有無故障，或是儲氣罐壓力是否低于0.55mpa，均要停機(jī)并啟動另一臺機(jī)器。

2.2 氣體干燥設(shè)備的工作原理

兩臺壓縮機(jī)共用一臺氣體干燥設(shè)備。無熱氣體干燥器，開機(jī)后，a塔先做吸附運行，b塔做再生運行。在設(shè)定的時序控制下，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)入儲氣缺罐，與此同時，在a2打開后，經(jīng)延時10秒b1打開，用b塔中的殘余氣體從上到下運動，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秒時間是進(jìn)行b塔脫附工作。在a2打開后延時十分鐘后b2電磁閥打開，同時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)延時十秒a1閥關(guān)閉。此時，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，延時十秒，b1閥打開，使b塔進(jìn)行脫附運行。就這樣兩塔交替運行，進(jìn)行對氣體的干燥。

圖1 空氣壓縮機(jī)組工作原理

3.1 空氣壓縮機(jī)的控制要求

（1） 開機(jī)前按通電源，所有安裝在中控室和現(xiàn)場的狀態(tài)指示燈點亮，顯示當(dāng)前狀態(tài)。

（2） 按下起動按鈕，空壓機(jī)按y-δ方式起動，進(jìn)氣口電磁閥打開，開始給儲氣罐充氣。另外，在起動時，不要求兩臺機(jī)器同時運行，但可選任意一臺先運行。

（3） 正在運行的機(jī)器，運行時間超過12小時或故障，備用機(jī)起動，并運行。

（4） 在運行過程中，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)的運行同步，與空壓機(jī)的電源一并打開，其起動受空壓機(jī)的主接觸器的控制。

4.1 系統(tǒng)配置

本設(shè)計所選用的是西門子300CPU，I/O口選用OYES-SM321和OYES-SM322數(shù)字量輸入/輸出模塊及OYES-SM331模擬量輸入模塊在其三號擴(kuò)展槽的第二個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

對奧越信300PLC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)量信號的采集，空壓機(jī)在高速運行時，必須有很好的冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，以避免運行過程中產(chǎn)生的熱量對機(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試儲氣罐的壓力，以控制空壓機(jī)運行。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。

對于空壓機(jī)的y-δ起動，雖然在軟件程序設(shè)計中已經(jīng)對其進(jìn)行km2和km3、km5和km6的互鎖，但為了其運行的安全性，所以在硬件連接中再一次對其進(jìn)行互鎖，確保起動時由于觸點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電磁閥，這四個閥的在電源接通后，由ｋｍ1和ｋｍ4進(jìn)行控制，無論是1＃機(jī)還是2＃一旦起動，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。

5.1 空壓機(jī)控制

依據(jù)空壓機(jī)的工作原理設(shè)計其運行程序。開機(jī)，檢查其水壓、油壓，在這些條件滿足時1#機(jī)起動，并開始正常運轉(zhuǎn)。在此要注意的是，在運動中2#機(jī)的起動，由于它一方面要受到定時器的控制，還要受到儲氣罐的壓力控制，當(dāng)儲氣罐的壓力低于0.55mpa時，這說明1#機(jī)故障，所以2#機(jī)起動，但是這與1#機(jī)的初始條件相同，在開機(jī)時，儲氣罐的壓力為0，兩臺機(jī)器都可以運行，因此在這里要求通過壓力變送器和km1、km4共同對開機(jī)進(jìn)行控制。km1、km4分別與壓力變送器串接進(jìn)行對兩臺機(jī)器的互鎖運行控制。其主機(jī)和備用機(jī)的運行梯形圖如圖3所示，通過i672與q108.3控制1#機(jī)起動，i672與q108.0控制2#機(jī)的起動。這樣就使得，當(dāng)壓力低于設(shè)定值0.55mpa時，兩臺機(jī)器不至于同時起動。

圖3 空壓機(jī)梯形圖

5.2 氣體干燥器系統(tǒng)控制

空壓機(jī)氣體干燥器系統(tǒng)的梯形圖對氣體干燥器的控制，主要依據(jù)兩臺空壓機(jī)的起動情況而定。作為共用部分，無論那一臺機(jī)器起動都要求氣體干燥運行，因此，在氣體干燥的梯形圖中不必設(shè)計起、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。

本次改造后，在空壓機(jī)在運行過程中，減少了操作人員到現(xiàn)場的巡回次數(shù)，可以通過在中控室直接觀察空壓機(jī)的工作狀況，對現(xiàn)場出現(xiàn)的異常情況發(fā)出的報警信號，可做出快速反應(yīng)，而不是像以前那樣，等到其它氣動控制的設(shè)備出現(xiàn)氣壓不足報警時才發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)系統(tǒng)有問題。經(jīng)過這一年多的運行，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)計要求。采用奧越信PLC其性價比高并且對空壓機(jī)的控制，使其操作簡便，而且在運行過程中的安全性和穩(wěn)定性也進(jìn)一步得到提高。