西門子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)。其工作過程如下：先把端蓋放在壓臺上，再把滾針軸承放入壓頭槽內(nèi)，然后同時撳下雙手按鈕，如果軸承方向正確，則夾具鎖緊，壓機下壓，否則，紅燈閃爍報警，壓機不工作，同時OP3操作面板上顯示有關(guān)錯誤信息。當(dāng)壓機下壓時，系統(tǒng)啟動CoMoⅡ-S智能測量儀表，對壓力和位移進(jìn)行檢測，如果結(jié)果合格，則綠燈亮，壓機退回，夾具松開，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，取出零件，并讓它通過廢品確認(rèn)檢測點，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在OP3操作面板上顯示出來。

    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，而且要求過程中的壓力和位移也應(yīng)滿足一定的對應(yīng)關(guān)系，不同的位移，對應(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。為了能實時檢測壓力和位移，得出兩者間的在線關(guān)系曲線，并據(jù)此對過程作出評估，采用了Kistler的CoMoⅡ-S智能測量儀表。這種新型監(jiān)測儀表，內(nèi)置電荷和電壓放大器，可以同時采集壓力及位移傳感器兩路模擬輸入信號，自動選擇量程和不同的坐標(biāo)及最佳刻度，得出測量曲線，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各種過程進(jìn)行分析和監(jiān)測，并能方便地與PLC接口。壓機及其它機構(gòu)的動作全部由氣壓驅(qū)動，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

    2.1 硬件組成

    根據(jù)該工位輸入輸出信號的點數(shù)及控制要求，選用了性價比很高的SIEMENS S7-214 PLC作為控制核心，同時還擴展了一塊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，

    為了實現(xiàn)人機對話功能，如系統(tǒng)狀態(tài)及變量顯示、參數(shù)修改等，還擴展了1臺OP3操作面板，它通過一根專用電纜與PLC的本機通訊口連接。

    2.2 控制軟件設(shè)計

    控制程序采肧TEP7——Micro/WIN軟件以語句表方式編寫，不需專用的編程器，而OP3操作面板則采用ProTool組態(tài)軟件編程。系統(tǒng)控制程序分自動和手動兩部分。在手動部分，通過OP3可分別操縱所有運動機構(gòu)的動作，包括壓機、夾具的作用、CoMoⅡ-S智能儀表的參數(shù)集選擇及啟動，便于系統(tǒng)調(diào)試。在自動部分，所有動作按要求順序完成。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)的一個重要組成部分。著眼于青島市向現(xiàn)代化國際大都市的發(fā)展，華電青島發(fā)電有限公司在市委、市政府及集團公司的支持下，積極開展熱電聯(lián)產(chǎn)項目，滿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，也使整個青島市區(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)最大的無人值守?fù)Q熱首站，供熱面積達(dá)70萬平方米，成為了青島市自動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)計要求

    該換熱首站主要由三臺汽水換熱器組成的換熱系統(tǒng)、四臺循環(huán)水泵組成的循環(huán)水系統(tǒng)及兩臺補水泵組成的補水系統(tǒng)來構(gòu)成。根據(jù)生產(chǎn)工藝設(shè)計要求，換熱首站的自控系統(tǒng)采用典型的兩級監(jiān)控方式。上位機以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計算機（IPC）作為主要的人機界面（HMI），為生產(chǎn)管理級，完成對下位機的監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理等，主要面向操作人員；下位機由可編程控制器（PLC）構(gòu)成，為基礎(chǔ)測控級，完成生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集及過程控制等，面向生產(chǎn)過程。　　
　　
    （1）在生產(chǎn)過程中，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PLC對這些參數(shù)進(jìn)行實時采集和處理。
　　
    （2）換熱首站的自動控制，即實現(xiàn)整個進(jìn)汽和供水過程的全自動控制，進(jìn)行故障診斷，并在監(jiān)控畫面上顯示各工況參數(shù)并控制設(shè)備運行狀態(tài)。
　　
    （3）根據(jù)本地的氣候條件以及供熱對象的特性，給出一條室外溫度與二次供水溫度之間的對應(yīng)曲線?？刂破骺梢酝ㄟ^這條曲線根據(jù)室外溫度傳感器測量的室外溫度對一次供汽流量進(jìn)行控制，已達(dá)到對二次供水溫度的控制。此設(shè)計的特點在于能夠通過室外溫度對二次供水的溫度進(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)通過加入時間日程表的控制，實現(xiàn)一天當(dāng)中不同時刻對應(yīng)不同的溫度。
　　
    （5）通過采用西門子的壓力傳感器、控制器以及變頻器來實現(xiàn)對二次供水壓力的控制，由于控制器可編程的靈活性，可以實現(xiàn)變頻器的低頻限制，以避免變頻器、水泵長時間在低頻運行，從而保護電機及變頻器。當(dāng)一臺補水泵無法通過變頻補水達(dá)到所要求的壓力時，控制器可使另一臺備用泵以工頻的方式進(jìn)行補水。最終實現(xiàn)更加智能化的恒壓補水控制。
　　
    （6）對調(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)到用戶的要求，并對其故障實現(xiàn)實時報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實現(xiàn)1#換熱器二次側(cè)熱水出口溫度的自動控制。
　　控制回路名稱 : TIC-101A
　　過程變量 : 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)
　　
    ②1#換熱器冷凝水水位調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過控制1#換熱器冷凝水排水調(diào)節(jié)閥CV-301A實現(xiàn)1#換熱器冷凝水水位的自動控制。
　　控制回路名稱 : LIC-301A
　　過程變量 : 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)
　　
    ③補水流量調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過控制補水流量調(diào)節(jié)閥CV-302實現(xiàn)二次回水壓力的定壓自動控制。
　　控制回路名稱 : FIC-302
　　過程變量 : PI-204(次回水壓力/泵入口)
　　控制輸出 : CV-302(二次回水補水流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)信號)

    ④二次供水壓力調(diào)節(jié)控制回路
　　主要功能:通過控制循環(huán)水泵變頻器轉(zhuǎn)速實現(xiàn)二次供水壓力的定壓自動控制。
　　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)運行穩(wěn)定后將1#/2#補水泵調(diào)節(jié)回路設(shè)為自動控制。
　　控制回路名稱 : BPQ2
　　過程變量 : 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)
　　
    ⑤二次回水壓力自動控制回路
　　主要功能:通過控制疏水水泵變頻器轉(zhuǎn)速實現(xiàn)二次回水壓力自動定壓控制。
　　控制特性:
　　當(dāng)二次回水壓力低于0.46MPa時自動啟動變頻器對系統(tǒng)進(jìn)行補水,當(dāng)壓力達(dá)到額定值時變頻器穩(wěn)定在某轉(zhuǎn)速恒定運行,系統(tǒng)穩(wěn)定后可手動停止變頻器運行。
　　為避免變頻器在達(dá)到額定壓力時出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動的情況,控制死區(qū)寬度設(shè)置為1.6×±0.625%=±0.01MPa,即當(dāng)測量壓力與設(shè)定壓力出現(xiàn)±0.01MPa誤差時,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)運行穩(wěn)定后將1#/2#補水泵調(diào)節(jié)回路設(shè)為自動控制。
　　控制回路名稱 : BPQ1
　　過程變量 : 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)
　　
    （7）該換熱首站監(jiān)控系統(tǒng)共需處理72個數(shù)字量輸入點、64個數(shù)字量輸出點、48個模擬量輸入點和10個模擬量輸出點。
　　
    （8）可使運行操作人員通過上位機中的視頻窗口實時監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運行狀況。
　　按照上述設(shè)計要求，整個換熱首站自控系統(tǒng)可具有良好的自適應(yīng)能力，可以實現(xiàn)無人值守、高效節(jié)能的設(shè)計目標(biāo)