西門(mén)子PLC模塊6ES7315-2AH14-0AB0

1 設(shè)備及工藝要求

    WS1.1工位用于把滾針軸承壓入端蓋孔內(nèi)。其工作過(guò)程如下：先把端蓋放在壓臺(tái)上，再把滾針軸承放入壓頭槽內(nèi)，然后同時(shí)撳下雙手按鈕，如果軸承方向正確，則夾具鎖緊，壓機(jī)下壓，否則，紅燈閃爍報(bào)警，壓機(jī)不工作，同時(shí)OP3操作面板上顯示有關(guān)錯(cuò)誤信息。當(dāng)壓機(jī)下壓時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)CoMoⅡ-S智能測(cè)量?jī)x表，對(duì)壓力和位移進(jìn)行檢測(cè)，如果結(jié)果合格，則綠燈亮，壓機(jī)退回，夾具松開(kāi)，可以將零件轉(zhuǎn)入下道工序；如果結(jié)果不合格，則紅燈亮，按下復(fù)位按鈕后，夾具松開(kāi)，取出零件，并讓它通過(guò)廢品確認(rèn)檢測(cè)點(diǎn)，再放入廢品盒內(nèi)，延遲數(shù)秒鐘以后，方能重復(fù)下次循環(huán)，每次裝配的結(jié)果都能以文本方式即時(shí)在OP3操作面板上顯示出來(lái)。

    根據(jù)工藝要求，不僅最終壓力應(yīng)控制在一定的范圍，壓入深度即位移量達(dá)到一定值，而且要求過(guò)程中的壓力和位移也應(yīng)滿(mǎn)足一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不同的位移，對(duì)應(yīng)的壓力應(yīng)控制在一定的范圍，否則，加工出的零件不合格。為了能實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力和位移，得出兩者間的在線關(guān)系曲線，并據(jù)此對(duì)過(guò)程作出評(píng)估，采用了Kistler的CoMoⅡ-S智能測(cè)量?jī)x表。這種新型監(jiān)測(cè)儀表，內(nèi)置電荷和電壓放大器，可以同時(shí)采集壓力及位移傳感器兩路模擬輸入信號(hào)，自動(dòng)選擇量程和不同的坐標(biāo)及最佳刻度，得出測(cè)量曲線，具有閥值、容差帶、方框和終位等多種分析功能，可以根據(jù)需要選擇不同的組合對(duì)各種過(guò)程進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，并能方便地與PLC接口。壓機(jī)及其它機(jī)構(gòu)的動(dòng)作全部由氣壓驅(qū)動(dòng)，為使壓力平穩(wěn)，選用了TOX氣液增力缸作為壓力元件，由電磁閥控制其升降。

    2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    2.1 硬件組成

    根據(jù)該工位輸入輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)及控制要求，選用了性?xún)r(jià)比很高的SIEMENS S7-214 PLC作為控制核心，同時(shí)還擴(kuò)展了一塊EM223數(shù)字量模塊，此外，系統(tǒng)還包括直流電源模塊，雙手操作按鈕控制模塊以及PLC編程用的與PC連接的PC/PPI電纜等，

    為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，如系統(tǒng)狀態(tài)及變量顯示、參數(shù)修改等，還擴(kuò)展了1臺(tái)OP3操作面板，它通過(guò)一根專(zhuān)用電纜與PLC的本機(jī)通訊口連接。

    2.2 控制軟件設(shè)計(jì)

    控制程序采肧TEP7——Micro/WIN軟件以語(yǔ)句表方式編寫(xiě)，不需專(zhuān)用的編程器，而OP3操作面板則采用ProTool組態(tài)軟件編程。系統(tǒng)控制程序分自動(dòng)和手動(dòng)兩部分。在手動(dòng)部分，通過(guò)OP3可分別操縱所有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，包括壓機(jī)、夾具的作用、CoMoⅡ-S智能儀表的參數(shù)集選擇及啟動(dòng)，便于系統(tǒng)調(diào)試。在自動(dòng)部分，所有動(dòng)作按要求順序完成。為了使PLC與OP3之間相互交換信息，程序中定義了一些內(nèi)部標(biāo)志寄存器位，同時(shí)還使用了順序繼電器指令，使各程序步之間互鎖，提高了系統(tǒng)可靠

1 引言

    集中供熱因具有節(jié)約能源和改善城市環(huán)境等方面的積極作用，而日益成為城市公用事業(yè)的一個(gè)重要組成部分。著眼于青島市向現(xiàn)代化國(guó)際大都市的發(fā)展，華電青島發(fā)電有限公司在市委、市政府及集團(tuán)公司的支持下，積極開(kāi)展熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，滿(mǎn)足了青島市集中供熱布局的大調(diào)整、大發(fā)展，及2008年青島賽區(qū)的要求。同時(shí)，也使整個(gè)青島市區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量和市民生活品質(zhì)得到了大幅度的提高。
　　
    作為集中供熱系統(tǒng)的主要組成部分——換熱首站，是熱源輸出的重要關(guān)口。2004年10月在華電青島發(fā)電有限公司建成了青島市市內(nèi)最大的無(wú)人值守?fù)Q熱首站，供熱面積達(dá)70萬(wàn)平方米，成為了青島市自動(dòng)化程度及投入率最高的換熱首站之一。
　　
    2 換熱首站自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

    該換熱首站主要由三臺(tái)汽水換熱器組成的換熱系統(tǒng)、四臺(tái)循環(huán)水泵組成的循環(huán)水系統(tǒng)及兩臺(tái)補(bǔ)水泵組成的補(bǔ)水系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成。根據(jù)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)要求，換熱首站的自控系統(tǒng)采用典型的兩級(jí)監(jiān)控方式。上位機(jī)以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）作為主要的人機(jī)界面（HMI），為生產(chǎn)管理級(jí)，完成對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理等，主要面向操作人員；下位機(jī)由可編程控制器（PLC）構(gòu)成，為基礎(chǔ)測(cè)控級(jí)，完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集及過(guò)程控制等，面向生產(chǎn)過(guò)程?！　?/span>
　　
    （1）在生產(chǎn)過(guò)程中，存在大量的物理量，如壓力、溫度、流量等模擬量參數(shù)。需要通過(guò)PLC對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。
　　
    （2）換熱首站的自動(dòng)控制，即實(shí)現(xiàn)整個(gè)進(jìn)汽和供水過(guò)程的全自動(dòng)控制，進(jìn)行故障診斷，并在監(jiān)控畫(huà)面上顯示各工況參數(shù)并控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
　　
    （3）根據(jù)本地的氣候條件以及供熱對(duì)象的特性，給出一條室外溫度與二次供水溫度之間的對(duì)應(yīng)曲線。控制器可以通過(guò)這條曲線根據(jù)室外溫度傳感器測(cè)量的室外溫度對(duì)一次供汽流量進(jìn)行控制，已達(dá)到對(duì)二次供水溫度的控制。此設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于能夠通過(guò)室外溫度對(duì)二次供水的溫度進(jìn)行控制，以達(dá)到節(jié)省能源，提高供熱質(zhì)量的目的。另外在控制器中增加晚間節(jié)能的設(shè)置，根據(jù)需要設(shè)置晚間供熱溫度。
　　
    （4）自控系統(tǒng)通過(guò)加入時(shí)間日程表的控制，實(shí)現(xiàn)一天當(dāng)中不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)不同的溫度。
　　
    （5）通過(guò)采用西門(mén)子的壓力傳感器、控制器以及變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)二次供水壓力的控制，由于控制器可編程的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)變頻器的低頻限制，以避免變頻器、水泵長(zhǎng)時(shí)間在低頻運(yùn)行，從而保護(hù)電機(jī)及變頻器。當(dāng)一臺(tái)補(bǔ)水泵無(wú)法通過(guò)變頻補(bǔ)水達(dá)到所要求的壓力時(shí)，控制器可使另一臺(tái)備用泵以工頻的方式進(jìn)行補(bǔ)水。最終實(shí)現(xiàn)更加智能化的恒壓補(bǔ)水控制。
　　
    （6）對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可采用手操器控制，確保進(jìn)汽和供水的溫度、壓力準(zhǔn)確穩(wěn)定，使換熱溫度達(dá)到用戶(hù)的要求，并對(duì)其故障實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警和連鎖啟停切換控制。以1#換熱器為例，具體調(diào)節(jié)控制單元如下：
　　
    ①1#換熱器二次供水溫度調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制1#換熱器一次蒸汽管網(wǎng)入口蒸汽調(diào)節(jié)閥CV-101A實(shí)現(xiàn)1#換熱器二次側(cè)熱水出口溫度的自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱(chēng) : TIC-101A
　　過(guò)程變量 : TI-202A(1#換熱器二次供水溫度)
　　控制輸出 : CV-101A(1#換熱器一次蒸汽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)信號(hào))
　　
    ②1#換熱器冷凝水水位調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制1#換熱器冷凝水排水調(diào)節(jié)閥CV-301A實(shí)現(xiàn)1#換熱器冷凝水水位的自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱(chēng) : LIC-301A
　　過(guò)程變量 : LI-301A(,1#換熱器冷凝水水位)
　　控制輸出 : CV-301A(1#換熱器冷凝水排水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)信號(hào))
　　
    ③補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥CV-302實(shí)現(xiàn)二次回水壓力的定壓自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱(chēng) : FIC-302
　　過(guò)程變量 : PI-204(次回水壓力/泵入口)
　　控制輸出 : CV-302(二次回水補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)信號(hào))

    ④二次供水壓力調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制循環(huán)水泵變頻器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)二次供水壓力的定壓自動(dòng)控制。
　　控制特性:
　　變頻器最小轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的20%(10Hz)。
　　控制偏差為±0.625%(±0.01MPa)
　　待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后將1#/2#補(bǔ)水泵調(diào)節(jié)回路設(shè)為自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱(chēng) : BPQ2
　　過(guò)程變量 : PI-203(二次供水壓力/換熱器出口總管)
　　控制輸出 : 2BPQ-F(1#/2#循環(huán)水泵變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào))
　　
    ⑤二次回水壓力自動(dòng)控制回路
　　主要功能:通過(guò)控制疏水水泵變頻器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)二次回水壓力自動(dòng)定壓控制。
　　控制特性:
　　當(dāng)二次回水壓力低于0.46MPa時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)變頻器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水,當(dāng)壓力達(dá)到額定值時(shí)變頻器穩(wěn)定在某轉(zhuǎn)速恒定運(yùn)行,系統(tǒng)穩(wěn)定后可手動(dòng)停止變頻器運(yùn)行。
　　為避免變頻器在達(dá)到額定壓力時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的情況,控制死區(qū)寬度設(shè)置為1.6×±0.625%=±0.01MPa,即當(dāng)測(cè)量壓力與設(shè)定壓力出現(xiàn)±0.01MPa誤差時(shí),變頻器轉(zhuǎn)速恒定不變。
　　變頻器最小轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的20%(10Hz)。
　　待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后將1#/2#補(bǔ)水泵調(diào)節(jié)回路設(shè)為自動(dòng)控制。
　　控制回路名稱(chēng) : BPQ1
　　過(guò)程變量 : PI-204(二次回水壓力/濾污器出口)
　　控制輸出 : 1BPQ-F(1#/2#疏水泵變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào))
　　
    （7）該換熱首站監(jiān)控系統(tǒng)共需處理72個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)、64個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)、48個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和10個(gè)模擬量輸出點(diǎn)。
　　
    （8）可使運(yùn)行操作人員通過(guò)上位機(jī)中的視頻窗口實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況。
　　按照上述設(shè)計(jì)要求，整個(gè)換熱首站自控系統(tǒng)可具有良好的自適應(yīng)能力，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、高效節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)