PLC在壓縮機(jī)聯(lián)瑣保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用
計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，引起了可編程控制器結(jié)構(gòu)和性能變革，可編程控制器已經(jīng)深深介入機(jī)械制造、電氣控制以及生產(chǎn)過(guò)程控制等各個(gè)領(lǐng)域中。本文敘述可編程控制器壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用，著重闡述了可編程控制器控制系統(tǒng)硬件和軟件應(yīng)用。
引言：
可編程序控制器（PLC）是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)新型、通用自動(dòng)控制裝置。它具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程及適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，它工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)電一體化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)等方面應(yīng)用越來(lái)越廣，成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。其緊湊設(shè)計(jì)、良好擴(kuò)展性、低廉價(jià)格、強(qiáng)大指令以及較高可靠性和簡(jiǎn)便維護(hù),近乎完美滿足了小規(guī)模控制要求。壓縮機(jī)組是動(dòng)力核心，從避免事故和對(duì)機(jī)組保護(hù)角度考慮，對(duì)機(jī)組溫度、壓力、和防喘震等都設(shè)計(jì)了嚴(yán)密聯(lián)鎖程序，機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，一旦有控制參數(shù)超標(biāo)或有危害機(jī)組安全因素，控制系統(tǒng)都要聯(lián)鎖保護(hù)程序做出相應(yīng)處理。PLC處理功能強(qiáng)大、掃描速度快，抗干擾能力強(qiáng)，機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中到了廣泛應(yīng)用。本文以聚丙烯生產(chǎn)中制冷降溫冰機(jī)為例介紹PLC連鎖保護(hù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
一、聯(lián)鎖保護(hù)必要性和壓縮機(jī)控制要求
聯(lián)瑣保護(hù)主要作用是當(dāng)機(jī)組啟停和運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生危及設(shè)備和人身安全故障時(shí)，自動(dòng)采取保護(hù)或聯(lián)鎖措施，防止事故產(chǎn)生和避免事故擴(kuò)大，保證機(jī)組正常啟停和安全運(yùn)行。是對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)嚴(yán)密監(jiān)視，發(fā)生異常情況時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，必要時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)或切除某些設(shè)備或系統(tǒng)，使機(jī)組維持原負(fù)荷運(yùn)行或減負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生重大故障而危及機(jī)組設(shè)備時(shí)，停止機(jī)組（或某一部分）運(yùn)行，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。上述壓縮機(jī)控制中，當(dāng)溫度高于70℃、入口壓力低于1Mpa、機(jī)組潤(rùn)滑油壓力低于0.5Mpa、出口壓力高于9Mpa操作員按下緊急停車按扭時(shí)，PLC啟動(dòng)壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)程序，機(jī)組停止運(yùn)行。
二、硬件配置
１、ＰＬＣ硬件
PLC選用西門子S7-300，S7-300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。冰機(jī)控制系統(tǒng)PLC硬件配置中，電源選用PS3075A電源模塊，CPU選用標(biāo)準(zhǔn)型315-2DP。數(shù)字量輸入模板選用SM321DI16x24VDC，數(shù)字量輸出模板選用SM322DO8x24VDC/0.5A，模擬量輸入模板選用SM331AI8×12位，模擬量輸出模板選用SM332AO4×16位。
2、人機(jī)界面
操作界面上配置觸摸屏。選用5.7″LCD顯示屏，具有操作簡(jiǎn)單，顯示直觀特點(diǎn)，可直接觸動(dòng)屏幕進(jìn)行操作。觸摸屏內(nèi)置通用端口，可串行通訊電纜直接與計(jì)算機(jī)及其它含有RS-232C端口設(shè)備相連。
本套生產(chǎn)線實(shí)際應(yīng)用中，為人機(jī)界面設(shè)置了生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)顯示、I/O監(jiān)控、手動(dòng)操作、設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行指示及故障報(bào)警和報(bào)警幫助等多個(gè)畫面，并應(yīng)用了操作人員等級(jí)密碼設(shè)定等功能。
三、軟件設(shè)計(jì)
1、軟件運(yùn)行
用戶寫好程序并下載到PLC后，一旦開(kāi)機(jī)運(yùn)行，PLC就循環(huán)執(zhí)行用戶程序。
OB1是用于循環(huán)處理組織塊（主程序），它可以調(diào)用別邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。起動(dòng)完成后，不斷循環(huán)調(diào)用OB1，OB1中可以調(diào)用其它邏輯塊（FB,SFB,FC或SFC）。循環(huán)程序處理過(guò)程可以被某些事件中斷。循環(huán)程序處理過(guò)程中，CPU并不直接訪問(wèn)I/O模塊中輸入址區(qū)和輸出址區(qū)，訪問(wèn)CPU內(nèi)部輸入/輸出過(guò)程映像區(qū)，批量輸入、批量輸出。
２、測(cè)量參數(shù)運(yùn)算
PLC從傳統(tǒng)繼電器回路發(fā)展而來(lái)，最初PLC沒(méi)有模擬量處理能力，PLC從開(kāi)始就強(qiáng)調(diào)是邏輯運(yùn)算能力。科技發(fā)展，控制技術(shù)突飛猛進(jìn)，PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)全面移植到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制上了，已經(jīng)具備了強(qiáng)大模擬量處理能力。機(jī)組控制，前期PLC模擬量處理能力局限，大部分模擬量參數(shù)控制都采用開(kāi)關(guān)，如壓力開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)等。這些開(kāi)關(guān)大部分是機(jī)械式，是設(shè)定器設(shè)定報(bào)警點(diǎn)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。這樣往往控制精度相對(duì)較低，難免有誤動(dòng)作。PLC模擬量處理能力強(qiáng)大，模擬量處理模塊產(chǎn)生，可以把測(cè)量變送器信號(hào)直接引入PLC處理模塊，程序中寫入聯(lián)鎖動(dòng)作點(diǎn)。大大提高控制精度，減少了誤動(dòng)作。
上述機(jī)組控制，壓縮機(jī)出口壓力控制，壓力變送器傳輸4-20mA信號(hào)直接引入模擬量輸入模板SM331AI8×12。CPU只能以二進(jìn)制形式處理模擬量，模擬量輸入模塊用于將模擬過(guò)程信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，模擬量輸出模塊用于將數(shù)字輸出之轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。模塊硬件配置和軟件設(shè)置中寫入相應(yīng)參數(shù)，就可以寫入處理程序。本壓縮機(jī)控制要求，壓縮機(jī)出口壓力變送器量程是0～10Mpa，出口壓力超過(guò)8Mpa，PLC輸出報(bào)警，蜂鳴器響，當(dāng)出口壓力達(dá)到9Mpa時(shí)，壓縮機(jī)安全，就要打開(kāi)泄壓閥門，模擬量輸入址為PIW256，PLC報(bào)警輸出點(diǎn)址為Q2.0，泄壓閥門控制輸出址為Q2.1，程序如下：
壓縮機(jī)溫度也是壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)中很重要參數(shù)，溫度測(cè)量，直接采用熱電阻，把測(cè)量歐姆信號(hào)引入模擬量輸入模板SM331AI8×12，設(shè)置好相應(yīng)硬件參數(shù)后，寫入聯(lián)鎖動(dòng)作程序，上述壓縮機(jī)控制，溫度達(dá)到70℃，防止事故發(fā)生，則停止壓縮機(jī)，溫度輸入點(diǎn)址為PIW260,壓縮機(jī)停機(jī)控制址為Q2.2。
３、連鎖保護(hù)程序
機(jī)組具備開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，操作員按下開(kāi)車按扭，壓縮機(jī)自檢沒(méi)有報(bào)警信號(hào)后，啟動(dòng)運(yùn)行。壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，PLC程序循環(huán)掃描控制參數(shù)，嚴(yán)密監(jiān)控壓縮機(jī)狀態(tài)，當(dāng)溫度高于70℃、入口壓力低于1Mpa、機(jī)組潤(rùn)滑油壓力低于0.5Mpa、出口壓力高于9Mpa、操作員按下停止或緊急停車按扭時(shí)，壓縮機(jī)自動(dòng)進(jìn)入聯(lián)瑣程序，調(diào)用聯(lián)瑣處理子程序或事故級(jí)別直接停止壓縮機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自保和防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。下面是壓縮機(jī)啟停聯(lián)瑣運(yùn)行一段程序。
四、總結(jié)
PLC內(nèi)部資源極其豐富，內(nèi)部存儲(chǔ)器（軟繼電器）數(shù)量往往數(shù)以千數(shù)。
PLC采用“軟器件”、“軟觸點(diǎn)”進(jìn)行聯(lián)鎖，它并不改變PLC外部電路結(jié)構(gòu)，不存使電路復(fù)雜化問(wèn)題。而這種聯(lián)鎖本質(zhì)上是增加PLC運(yùn)算條件，使PLC進(jìn)行輸出之前需要進(jìn)行更多安全可靠性判斷，使系統(tǒng)安全可靠性到提高。系統(tǒng)保護(hù)程序開(kāi)發(fā)與運(yùn)行，使PLC能及時(shí)感知系統(tǒng)故障或存事故隱患，并保護(hù)程序做出相應(yīng)反應(yīng)，止事故發(fā)生或擴(kuò)大，更好保護(hù)人身和設(shè)備安全。
引言：
可編程序控制器（PLC）是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)新型、通用自動(dòng)控制裝置。它具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程及適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，它工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)電一體化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)等方面應(yīng)用越來(lái)越廣，成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。其緊湊設(shè)計(jì)、良好擴(kuò)展性、低廉價(jià)格、強(qiáng)大指令以及較高可靠性和簡(jiǎn)便維護(hù),近乎完美滿足了小規(guī)模控制要求。壓縮機(jī)組是動(dòng)力核心，從避免事故和對(duì)機(jī)組保護(hù)角度考慮，對(duì)機(jī)組溫度、壓力、和防喘震等都設(shè)計(jì)了嚴(yán)密聯(lián)鎖程序，機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，一旦有控制參數(shù)超標(biāo)或有危害機(jī)組安全因素，控制系統(tǒng)都要聯(lián)鎖保護(hù)程序做出相應(yīng)處理。PLC處理功能強(qiáng)大、掃描速度快，抗干擾能力強(qiáng)，機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中到了廣泛應(yīng)用。本文以聚丙烯生產(chǎn)中制冷降溫冰機(jī)為例介紹PLC連鎖保護(hù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
一、聯(lián)鎖保護(hù)必要性和壓縮機(jī)控制要求
聯(lián)瑣保護(hù)主要作用是當(dāng)機(jī)組啟停和運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生危及設(shè)備和人身安全故障時(shí)，自動(dòng)采取保護(hù)或聯(lián)鎖措施，防止事故產(chǎn)生和避免事故擴(kuò)大，保證機(jī)組正常啟停和安全運(yùn)行。是對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)嚴(yán)密監(jiān)視，發(fā)生異常情況時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，必要時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)或切除某些設(shè)備或系統(tǒng)，使機(jī)組維持原負(fù)荷運(yùn)行或減負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生重大故障而危及機(jī)組設(shè)備時(shí)，停止機(jī)組（或某一部分）運(yùn)行，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。上述壓縮機(jī)控制中，當(dāng)溫度高于70℃、入口壓力低于1Mpa、機(jī)組潤(rùn)滑油壓力低于0.5Mpa、出口壓力高于9Mpa操作員按下緊急停車按扭時(shí)，PLC啟動(dòng)壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)程序，機(jī)組停止運(yùn)行。
二、硬件配置
１、ＰＬＣ硬件
PLC選用西門子S7-300，S7-300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。冰機(jī)控制系統(tǒng)PLC硬件配置中，電源選用PS3075A電源模塊，CPU選用標(biāo)準(zhǔn)型315-2DP。數(shù)字量輸入模板選用SM321DI16x24VDC，數(shù)字量輸出模板選用SM322DO8x24VDC/0.5A，模擬量輸入模板選用SM331AI8×12位，模擬量輸出模板選用SM332AO4×16位。
2、人機(jī)界面
操作界面上配置觸摸屏。選用5.7″LCD顯示屏，具有操作簡(jiǎn)單，顯示直觀特點(diǎn)，可直接觸動(dòng)屏幕進(jìn)行操作。觸摸屏內(nèi)置通用端口，可串行通訊電纜直接與計(jì)算機(jī)及其它含有RS-232C端口設(shè)備相連。
本套生產(chǎn)線實(shí)際應(yīng)用中，為人機(jī)界面設(shè)置了生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)顯示、I/O監(jiān)控、手動(dòng)操作、設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行指示及故障報(bào)警和報(bào)警幫助等多個(gè)畫面，并應(yīng)用了操作人員等級(jí)密碼設(shè)定等功能。
三、軟件設(shè)計(jì)
1、軟件運(yùn)行
用戶寫好程序并下載到PLC后，一旦開(kāi)機(jī)運(yùn)行，PLC就循環(huán)執(zhí)行用戶程序。
OB1是用于循環(huán)處理組織塊（主程序），它可以調(diào)用別邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。起動(dòng)完成后，不斷循環(huán)調(diào)用OB1，OB1中可以調(diào)用其它邏輯塊（FB,SFB,FC或SFC）。循環(huán)程序處理過(guò)程可以被某些事件中斷。循環(huán)程序處理過(guò)程中，CPU并不直接訪問(wèn)I/O模塊中輸入址區(qū)和輸出址區(qū)，訪問(wèn)CPU內(nèi)部輸入/輸出過(guò)程映像區(qū)，批量輸入、批量輸出。
２、測(cè)量參數(shù)運(yùn)算
PLC從傳統(tǒng)繼電器回路發(fā)展而來(lái)，最初PLC沒(méi)有模擬量處理能力，PLC從開(kāi)始就強(qiáng)調(diào)是邏輯運(yùn)算能力。科技發(fā)展，控制技術(shù)突飛猛進(jìn)，PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)全面移植到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制上了，已經(jīng)具備了強(qiáng)大模擬量處理能力。機(jī)組控制，前期PLC模擬量處理能力局限，大部分模擬量參數(shù)控制都采用開(kāi)關(guān)，如壓力開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)等。這些開(kāi)關(guān)大部分是機(jī)械式，是設(shè)定器設(shè)定報(bào)警點(diǎn)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。這樣往往控制精度相對(duì)較低，難免有誤動(dòng)作。PLC模擬量處理能力強(qiáng)大，模擬量處理模塊產(chǎn)生，可以把測(cè)量變送器信號(hào)直接引入PLC處理模塊，程序中寫入聯(lián)鎖動(dòng)作點(diǎn)。大大提高控制精度，減少了誤動(dòng)作。
上述機(jī)組控制，壓縮機(jī)出口壓力控制，壓力變送器傳輸4-20mA信號(hào)直接引入模擬量輸入模板SM331AI8×12。CPU只能以二進(jìn)制形式處理模擬量，模擬量輸入模塊用于將模擬過(guò)程信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，模擬量輸出模塊用于將數(shù)字輸出之轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。模塊硬件配置和軟件設(shè)置中寫入相應(yīng)參數(shù)，就可以寫入處理程序。本壓縮機(jī)控制要求，壓縮機(jī)出口壓力變送器量程是0～10Mpa，出口壓力超過(guò)8Mpa，PLC輸出報(bào)警，蜂鳴器響，當(dāng)出口壓力達(dá)到9Mpa時(shí)，壓縮機(jī)安全，就要打開(kāi)泄壓閥門，模擬量輸入址為PIW256，PLC報(bào)警輸出點(diǎn)址為Q2.0，泄壓閥門控制輸出址為Q2.1，程序如下：
壓縮機(jī)溫度也是壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)中很重要參數(shù)，溫度測(cè)量，直接采用熱電阻，把測(cè)量歐姆信號(hào)引入模擬量輸入模板SM331AI8×12，設(shè)置好相應(yīng)硬件參數(shù)后，寫入聯(lián)鎖動(dòng)作程序，上述壓縮機(jī)控制，溫度達(dá)到70℃，防止事故發(fā)生，則停止壓縮機(jī)，溫度輸入點(diǎn)址為PIW260,壓縮機(jī)停機(jī)控制址為Q2.2。
３、連鎖保護(hù)程序
機(jī)組具備開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，操作員按下開(kāi)車按扭，壓縮機(jī)自檢沒(méi)有報(bào)警信號(hào)后，啟動(dòng)運(yùn)行。壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，PLC程序循環(huán)掃描控制參數(shù)，嚴(yán)密監(jiān)控壓縮機(jī)狀態(tài)，當(dāng)溫度高于70℃、入口壓力低于1Mpa、機(jī)組潤(rùn)滑油壓力低于0.5Mpa、出口壓力高于9Mpa、操作員按下停止或緊急停車按扭時(shí)，壓縮機(jī)自動(dòng)進(jìn)入聯(lián)瑣程序，調(diào)用聯(lián)瑣處理子程序或事故級(jí)別直接停止壓縮機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自保和防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。下面是壓縮機(jī)啟停聯(lián)瑣運(yùn)行一段程序。
四、總結(jié)
PLC內(nèi)部資源極其豐富，內(nèi)部存儲(chǔ)器（軟繼電器）數(shù)量往往數(shù)以千數(shù)。
PLC采用“軟器件”、“軟觸點(diǎn)”進(jìn)行聯(lián)鎖，它并不改變PLC外部電路結(jié)構(gòu)，不存使電路復(fù)雜化問(wèn)題。而這種聯(lián)鎖本質(zhì)上是增加PLC運(yùn)算條件，使PLC進(jìn)行輸出之前需要進(jìn)行更多安全可靠性判斷，使系統(tǒng)安全可靠性到提高。系統(tǒng)保護(hù)程序開(kāi)發(fā)與運(yùn)行，使PLC能及時(shí)感知系統(tǒng)故障或存事故隱患，并保護(hù)程序做出相應(yīng)反應(yīng)，止事故發(fā)生或擴(kuò)大，更好保護(hù)人身和設(shè)備安全。
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