西门子模块6ES7516-3AN02-0AB0参数详细
通过对西门子S7-200 PLC功能开发应用，实现泵站自动控制系统的故障自检、报警功能，特别是对电机运行参数的采集处理，参与控制，实现泵站无人值守而安全运行，且所需投资较少。
关键词：电机参数 警报 模拟量 控制 判断
1、引言
冶金企业由于其生产工艺的特殊性，水泵的应用很广泛。其中，一部分是各种类型的潜水泵。本文通过对西门子S7-200型PLC在潜水泵站控制系统的功能开发与应用，实现了潜水泵的降压启动，水位自动控制和两泵故障互投控制，并集异地远控、电机过载保护和漏水监测、温升异常检测于一体，结合丰富的报警显示功能，实现智能型无人值守泵站的功能。
2、控制系统组成及其功能要求
在一般的进排水工作场合，因为对水压与流量无严格要求，加之交流变频控制和软启动装置所需的一次性投资较大，所以水泵电机采用自耦变压器降压启动控制，不失为一个好方案。自耦变压器只是在启动瞬间持续通电约10余秒钟（视电机功率大小有所延长），即被切除，能耗问题可以忽略。电机主回路另设热继电器过载保护，互感器电流检测。水泵电机（75Kw）主回路自耦降压控制原理见图1。
控制回路硬件组成：⑴PLC器件包括西门子S7-200系列224CPU模块一只，扩展单元包括EM235模拟量模块一只，4路输入/1路输出，开关量输入输出模块EM223一只;⑵ 外设器件为液位控制器（JY-2A型）一套，电机自带铂电阻温度传感器两只，电流互感器（150A/20mA）两只及数显电流表一只，按钮、指示灯（DC24V）若干。模拟量模块EM235硬件配置见图2。
控制功能要求：两潜水泵电机在水位处于所设定的上下限之间（潜水泵电机需浸水冷却），电机无漏水情况和电机温升无异常（不大于60℃）时，均能开启任意一泵。若水位降至下限时，出于保护电机考虑，应自动停泵。当水位上升到下限时，水泵不应启动，水位继续上升至上限位时，水泵应自动开启，开启顺序应以 1#泵优先，1#泵因故未能运行，发出故障警报，通知维修人员前来处理，同时启动2#泵投用。两泵均不能正常投用时，为一级事故报警。水位处于上下限之间，在用泵发生因为电机漏水、温升异常、电机过载保护动作、主回路空气开关跳闸等情况，导致停泵时，要迅速启动另一水泵投用。在启动任意一台水泵时，均要检测该泵距上次启动间隔时间，以保证间隔时间大于10分钟时，才能再次启动运行该泵。
3、PLC程序设计
3.1 PLC I/O功能表
数字开关量输入/输出功能表见表1。模拟量由4路输入1路输出组成，分别是：1#和2#泵电机的负载电流与电机绕组温度检测;因为任何时间只有一台泵运行，所以一路输出作为电机负荷电流的数码显示，便于主控室操作人员查看。
表1
3.2 PLC系统控制流程
控制主程序分别调用三组子程序，依次进行PLC系统上电的硬件自检、控制器件初始化、模拟量数据采集输出处理，然后进入电气联锁自动控制运行程序。其中，硬件自检子程序通过读取系统信息，主要检测作为扩展模块的模拟量模块EM235是否已经可靠链接，模块自身是否存在故障，CPU模块提供给扩展单元的DC24V电源是否正常，硬件自检子程序LAD见图3。初始化子程序，对控制器件进行初始化，复位清零，避免程序内部寄存干扰，以保证程序稳定运行。模拟量数据采集输出处理子程序组包括四个子程序：分别是1#和2#水泵电机的负荷电流读入处理及输出显示子程序和电机绕组温度检测子程序。因为1#、2# 电机电流和绕组温度共4点模拟量的采集输入地址不同，所以在控制程序的编写上要一一给出，但是实际运行中任意时刻只有一台水泵在工作，因此只有一台电机的相关数据处理的两个子程序在运行。程序的执行时间也是有保证的。
在该控制系统中，电机的运行电流和绕组温度两个模拟量的检测，不仅仅是控制参数的采集显示，以供操检人员观察判断系统运行状态;而且通过西门子S7-200PLC对两参数是否异常的辨别判断，据此发出警示指明故障类型，同时决定泵的停止与投用，直接参与系统控制。
3.3电机运行参数的采集和控制功能的实现
在控制主程序的初始化子程序中，预置电机电流和绕组温度两模拟量的采样计数器频次，为增加数据稳定性而采取多次采样累积后求平均值，因此相关运算寄存器要预先清零。然后，系统在通过扩展单元故障检测后，即进行模拟量采集处理。又分两个子程序独立进行电机负荷电流和绕组温度的采样、运算、输出和判断。均为采用多次采样求和，通过移位除法求出平均值。不同的是电流值（寄存于VW20）一方面经传输指令由EM235的输出通道AQW0输出显示，该部分控制程序STL见图4;另一方面作为水泵是否有效运行的状态检测，以此判断电机故障和启用备用泵。电机绕组温度，作为控制级别较高的参数，经过采集处理，由比较指令结合定时指令进行判断，若温升出现异常，即迅速停止电机运行。
系统控制程序中，多处结合使用定时指令，增强了系统稳定性。例如：自耦降压变压器不允许频繁通电，利用定时器功能设定同一台水泵在间隔十分钟以后，方能再次启动。检测电机负荷电流，以判断电机是否真正在运行时，为避开外部接触器、继电器的动作时间，防止检测失误，启用一5秒的定时器，有效的保证了信号的可靠性，从而使下一步的CPU判断并决定是否启用另一台水泵，提供可靠的依据。通过设定比较参数值，检测电机实际运行电流若长时间（一般可设为30分钟）大于1.1～1.2倍电机Ie时，可停止运行该泵，排查原因，以免损坏电机，从而替代传统的过载保护装置。同时可发讯启动备用泵。由于电机绕组温度参数的特殊性，电机又是水浸式冷却，它不可能突变，因此在采样频率不变的情况下，对处理后的温度数据每五分钟检测比较一次，当大于所设定的温升值时即发出警示和停机，并启动另一泵，完全满足要求。不管电机电流过载与否，若电机温度急剧升高，超出正常允许温升，系统可立即停止该泵运行。以上控制功能的完成，都需要比较指令和定时指令相互配合，以使PLC能对实际情况作出正确的判断，启动相应的控制执行程序。
4、结束语
在低压控制系统中，引入模拟量参数参与控制。弥补了只反映输入输出器件状态的开关量控制系统，在执行器件正常动作而传动部分因电源或电机本身故障并未真正投用时，系统却“浑然不知”的缺陷。丰富的报警警示功能，并且是直指故障点式的，给操作检修带来极大便利。投资较少，主回路简便可靠，模块功能得到充分利用，近智能化控制，使泵站无需专人值守。
本文作者创新点：通过对水泵电机负荷电流和温升的采集检测，结合运用比较指令和判断指令，实现了PLC泵站控制系统运行状态监测和诸多设备保护功能。模拟量的处理及其与开关量的结合使用，使得系统的控制功能更为科学合理、更为完善
1 空压机润滑油压开关三选二控制
1．1 存在的问题
空压机是化纤厂PTA装置的核心设备，其运行工作的正常与否直接影响全氧化装置的生产。若润滑油压开关误动作，则会联锁空压机停机，从而导致氧化装置停车。我厂出现过2次PSLL6684油压开关误动作联锁空压机停机，从而导致氧化装置停车，给氧化生产带来较大的损失。
1．2 解决问题的思路及方法
为避免PSLL6684油压开关误动作联锁空压机停机，又要确保实际润滑油压低时必须停机，对空压机的PSLL6684润滑油油压开关低联锁回路作了三选二改造。增加2个油压开关，在不改变联锁通道的前提下，利用LOGO!可编程继电器，编作三选二程序，从而实现PSLL6684润滑油油压开关低联锁回路三选二功能。即用3个油压开关检测润滑油油压，只有当2个以上开关动作时才输出，联锁回路启动，使空压机停止运转，确保设备不损坏。选用的是 LOGO 112／24RC0可编程继电器，12／24 V供电，8个数字量输入，如下述：
Q1=I1×12+12×13+I1×13．
式中：I1为PSLL6684；12 为PSLL6684A；13为PSLL6684B。
1．3 具体实施步骤
在原PSLL6684处并接3个油压开关（PSLL6684，PSLL6684A，PSLL6684B）检测润滑油油压，将其常开接点引入盘内 LOGO!可编程继电器I1，I2，I3输入端子，把输出端子Q1与原联锁回路连接，只有当2个以上开关接点动作时Q1才输出，联锁回路启动，使空压机停，确保设备不损坏。
2 氮气压缩机报警指示盘的功能
2．1 存在的问题
PTA装置氮气压缩机C一830A／B是提供氮气的，在氧化反应器D1．301紧急停车时，为氧化反应器D1—301和TA结晶器D1-401提供2 h的惰性气体；在开车和反应器处于“保持”状态时，装置也需要间歇使用高压惰性气体，以保证反应器的安全。2005年l1月12日开工时，报警指示盘TOSHIBA的PLC（型号：PROSEC EX M40／20）出现电源故障，修复电源后又发现其CPU不能运行，造成该PLC彻底报废，由于没有备件，报警指示盘彻底瘫痪，使操作人员不能对压缩机运行的正常与否进行监控，给工作人员带来极大不便，出现故障更是无从判断。
2．2 解决问题的思路及方法
为了确保氧化装置氮气压缩机C一830A／B的正常运转，不影响氧化装置的生产，组织力量对氮气压缩机C-830A／B的报警指示盘做了改造，利用5 个sI—EMENS的可编程继电器LOGO!，按照工艺生产要求自行编程、安装、调试。经过实验和工艺人员确认，完全符合原设计要求，为氧化装置生产的安全、平稳、高效奠定了基础。整个系统共包括输入点24个，输出点21个，部分示例如：
SUMPER HEATER油槽加热器、COMP．RUN—NING压缩机运行、MOTOR HIGH TEMP马达温度高、 LOW OIL PRESSURE油压低、HIGH OIL TEMP油温高、HIGH TEMP SUCTION DAMPER空吸阻尼器温度高、 HIGH TEMP DISCHARGE DAMPER排出阻尼器温度高、HIGH GAS TEMP气体温度高、LOW GASPRESSuRE气体压力低、Low OIL PREPRESSuRE预油压低、HIGH GAS SYS，REM PRESSURE气体系统压力高、LAMP TEST灯试、 ACKNOWLEDGE确认。
2．3 具体实施步骤
利用5个SIEMENS的可编程继电器编程，实现氮气压缩机C一830A／B现场加热器、电机的运行状态、温度和压力的报警指示灯闪烁，确认后指示灯长亮，复位后指示灯灭以及灯试等功能，安装方便又快捷，效果良好。
3 袋式过滤器反吹系统定时吹扫功能
3．1 存在的问题
袋式过滤器是回收PTA粉尘的，PTA被惰性气体送人储罐后，气体和粉尘分离，气体排放人大气，粉尘落人储罐。但是由于惯性扩张，接触阻留，静电等综合作用，粉尘堆积在顶部，会造成尾气排放不畅，致使罐内压力过大；另外，气体还会带出PTA粉尘进人大气，造成环境污染，所以，顶部过滤器的反吹系统是极其重要的。原设计利用单板机控制，对过滤器滤袋通过8个反吹管线进行自动定时吹扫。吹扫后的PTA粉尘重新回到储罐，气送尾气也能顺利排出，之后出料，打包，保护周围的大气环境。但是，在2006年3月，由于其反吹系统KC板处理器烧坏，且厂家已经停止生产该产品，使得该系统瘫痪。要尽快解决问题，还要节省资金，为此，利用现有的LOGO!可编程继电器对它进行技术改造，保证装置的平稳运行。
3．2 解决问题的思路及方法
为了让PI一1903A袋式过滤器反吹系统稳定运行，利用LOGO!可编程继电器编程来代替以前的KC板，系统保持原有的功能。
1个输入，4个输出；I1：电源及启动输入；Q1，Q2，Q3，Q4：控制反吹系统电磁阀。
3．3 具体实施步骤
利用电源供电作为系统启动条件，驱动一个异步脉冲发生器，依次驱动4个上升沿延时继电器，使4个电磁阀通过中间继电器驱动循环动作吹扫袋式过滤器。