西门子6ES7515-2TM01-0AB0安装调试
引言
在许多大型重工企业，冲压是产品成形的主要技术手段，而冲压设备主要包括水压机和油压机，由于油压机投资金额较大，所以水压机就成为企业的，而水压机的动力来源必须依赖液泵蓄力站，但是在实际生产过程中，液泵蓄力站控制系统存在一定的安全隐患，为改变这一现状，专门对其控制系统进行设计改进。
2 液泵蓄力站
2.1 液泵蓄力站组成
液泵蓄力站一般由贮液罐、气瓶、卧式三柱塞高压泵、空气压缩机及高压管道等几部分组成，其中各设备的数量由厂家根据生产需要自行确定。本项目建立的液泵蓄力站包括蓄力罐、9台卧式三柱塞高压泵、2台空气压缩机、2个水箱及2条高压主管道，示意图如图1所示。
图1 液泵蓄力站示意图
2.2 液泵蓄力站功能
液泵蓄力站的功能主要是利用卧式三柱塞高压泵将高压水注入气瓶，在压缩空气的作用下将高压水排入主管道，给水压机的运转提供动力能源。液泵蓄力站各种设备的用途如下：四个焊接空气罐(上接有0-40mp电接点抗震压力表，9.9立方，用来贮存压力为20mpa的压缩空气)；9台1300立升卧式三柱塞高压泵，由电动机通过单级减速器传动，用于将具有高压的工作液体供给水压机；2个水箱，用于将水供给高压泵及回收由水压机用过的水；2台空气压缩机，用于定期输送压缩空气给蓄力器。
2.3 液泵蓄力站工作原理
蓄力罐、高压泵、水箱、空气压缩机及蓄力站的液压操纵装置相互之间管道连通，从蓄力站有二条主管道从地沟通入水压机车间，在每条地沟内有一根高压管道和一根回水管，此两根管道使蓄力站与水压机相通。在液泵蓄力站内二根高压管道均与一根总的管道连接，而高压泵和蓄力器就连接在这根总管道上。高压泵开动时水就输入到与蓄力罐相连的总管道内。当高压水泵将蓄力罐的水位补充到1.8米左右的时候，再将压缩空气注入蓄力罐，直到蓄力罐的压力达到工作压力(180mpa)时，输出高压水，水压机开始工作，但是要根据储能罐的实时水位来控制高压泵的注水阀门状态来保证储能罐的压力和水位，一旦控制系统出现故障，水位不能保证就会使空气进入水压机的管路从而损坏水压机甚至人员伤亡[1]。
3 液泵蓄力站控制系统
为了减少安全事故发生，延长设备的使用寿命，对液泵蓄力站控制系统进行了改进。
3.1 液位检测及安全保护系统
液位检测系统是安全监控的关键环节。系统包括浮漂式液位检测和电极液位检测双保险信号，利用可编程控制器(plc)实现液位检测，改进了原始的继电器、接触器等硬件互锁完成所带来的控制功能单一，故障率高，维修较为复杂，安全性能差的问题，而且缩小了控制系统的体积，降低了设备的故障率。
(1) 浮漂式液位检测。漂浮装置系统是一个感应发送系统，在其检查管上设有常开导磁体，此检查管与蓄力罐相连，仿佛一个大连通容器。在检查管内设有磁分路的浮标。当浮漂在检查管内移动时，在浮漂通过感应器发送器的一瞬间，磁分路就作用于感应发送器上。而感应发送器立即又通过电气仪表作用于控制双阀液压开关的电动液压推顶器，从而控制高压泵的放液阀和下液面自动阀。在蓄力器正常工作时，蓄力罐内的液面保持在罐内的安全区域。当罐内的水达到上危险液面时，浮漂装置在该处的发送器就发出脉冲电流，使这一部分高压泵的全部电动机的电流切断，从而关闭高压泵。如蓄力罐内的液面下降到危险液面处时，则浮漂装置在该处的感应发送器就发出脉冲电流使双阀液压开关的电动机的电流切断，使下液面自动阀关闭，这样就不再消耗罐内的水，当水压机不需要大量的水时，罐内的水就开始增加，此时下液面自动阀就起着止回阀的作用，而当罐内的水增到刻度“0”处时，下液面自动阀就又重新打开[2]。
(2) 电极液位检测。电极液位检测是利用在蓄力罐每一水位线安装监测电极，利用水的导电性进行检测。系统工作时，由浮漂式液位检测和电极液位检测同时作用，通过对两套装置检测结果的比较与计算，从而得出结论。如果结果在允许范围之内，则高压泵等设备正常工作；如果结果接近或小于水位低限设定值，则关闭蓄力罐的出水阀门，接通信号灯报警；如果结果接近或高于水位高限设定值，则开启安全装置。原理图如图2所示。
图2 检测装置示意图
3.2 安全保护装置
安全保护装置由电接点压力表装置和安全阀泄压装置组成。
(1) 电接点压力表装置。电接点压力表检测是液泵蓄力站控制系统的道安全屏障，在蓄力罐的下部装有2个0～40mpa电接点抗震压力表，当蓄力罐内的压力达到上极限时，电接点压力表就发出脉冲电流使所有液压开关打开及使空气压缩机断开，并发出报警信号铃；而当压力下降到下极限时压力表关闭报警信号铃。
(2) 安全阀泄压装置。安全阀泄压装置是基于机械原理的泄压装置，做为第二道安全屏障，它与高压泵循环阀相连，采用a41y-320弹簧式安全阀，当蓄力罐内液面下降到危险液面处，而上述两种检测装置失效的危险状态下，系统压力超过安全阀设定的排放压力时，安全阀打开泄压，当压力减小时，安全阀自行封闭。
4 系统控制流程
控制系统采用西门子plc实现对装置的安全保护控制[3-4]。液泵蓄力站液位监测系统及其工作流程如图3所示。
图3 工作流程图
5 结束语
液泵蓄力站控制系统完成后，在生产中进行了调试，经过不断完善已能正常运行。此系统的改进不仅满足了安全生产的需要，更重要的是利用plc程序设计控制系统，使检测灵敏度**，降低了高压水对设备的瞬时冲击，使工作更加平稳，延长了设备的使用寿命，同时降低了维修次数，节约了人力、物力等资源，创造了一定收益。
实现空压站无人值守
1．应用背景
在冶金，化工，电力，制药等许多大型工程中，空压站建设是一项重要的辅助工程。空压站的主设备为空气压缩机，空气干燥器，配套过滤器，储气罐，连接管道和阀门等组成一供气系统。大型空压站通常拥有多套设备，以保证不同负荷的需求。确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，供气**的自动调节等是空压站自动化的基本任务。随着自动化水平的不断**，建设无人值守空压站的要求已是一个发展趋势。
本案例应用于大型空压站。该站有6台每分钟供气200立方的螺杆式空压机，6台200立方处理量的冷冻式干燥器，另有两台80立方处理量的吸附式干燥器，采用母管制连接方式生产压缩空气。用户要求：
1） 每台设备应有自动控制和联锁保护装置，并配有触摸屏供现场观察各工艺参数和设备状态，可手动/自动切换操作及紧急停机；
2） 现场控制室应有计算机操作站，通过建立设备网络，监控整个生产过程；
3） 空压房的操作站应与厂区控制中心联网，由控制中心的实时远程监控，实现空压站无人值守。
2．系统构成
2.1．控制网络结构的确立
由于空压房的操作站应与厂区控制中心联网，由控制中心的实时远程监控，实现空压站无人值守。为保持一致性，空压站自控设备全部选用硕人时代公司的STEC—2000系列模块化可编程控制器，其带有1个RJ45以太网接口，1个RS232接口，1个485接口，支持标准的TCP/IP、PPP和MODBUS协议。仔细分析了生产实际情况和各设备的特点，以及可能存在的问题，综合各方面因素后确立了“中央监测，统一调度，现场控制”的实施方案。其基本理由是：
1） 技术性考虑，单一结构网络在节点数量较大时安全性不够理想。因为各设备控制器均挂在同一网络上，任何一台出现通信故障都可能影响整个网络，严重时会引起网络瘫痪，无法实现远程监控。虽然本案例的设备总数并不算很多，但考虑到对无人值守的高标准要求，将设备网确定为分散控制网络，以达到分散危险，**网络有效性和可靠性的目的，同时要实时远程监控，实现无人值守。
2） 经济性考虑，满足基本要求的前提下，采用可扩展的STEC控制器，根据不同需要选用不同模块，大节约成本。
中央监测，统一调度，现场控制的特点：
a) 通讯层——工业以太网络连接控制中心通讯服务器与各空压站控制器1#STEC2000—6#STEC2000，以及各干燥器控制站7#STEC2000—14#STEC2000和现场控制室15#STEC2000，传输空压站系统和干燥器的重要信息参数及各设备运行状态，并实现控制中心的远程控制操作。
b) 监控中心——通讯服务器：负责所有控制器的远程通讯，以及相应的指令下发。数据库服务器：负责承担所有子站的数据存储和数据处理。WEB服务器：负责现场控制室应有计算机操作站，通过建立设备网络，监控整个生产过程；以及厂区控制中心的实时远程监控，实现空压站无人值守。
c) 现场设备层——和控制器子站采集现场各种信号，并且通过以太网传到监控中心， STEC和彩色操作面板均可通过面板通信接口直接相连，现场智能仪表可以通过RS232和RS485相连。
硕人时代公司推出的STEC模块化以太网控制器，它为可编程序控制器提供远程编程支持的产品。它可以在可编程序控制器、操作员界面系统、个人计算机、主计算机、数字控制设备、可编程的具有以太网/RS-232 /RS-485接口的设备之间提供通信。它采用以太网线和双绞线连接。
2.2 硬件配置
现场控制室——操作站计算机PC，15#STEC2000配置模拟量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，共计128点，所有开关量输出均采用继电器隔离。15#STEC2000控制各设备子站以外的系统测点和阀门。
空压机子站——1#STEC2000—6#STEC2000可编程控制器，分别配有包括模拟量输入在内的64点I/O模块。
干燥器子站——7#STEC2000—14#STEC2000可编程控制器，分别配有包括模拟量输入在内的36点I/O模块。彩色操作面板均可通过面板通信接口直接相连。
2.3．软件组成和工作程序
编程软件SRDev2.0 可使用户在自己的电脑上组态开发，并且通过以太网线对控制器（STEC2000）进行编程，网络上的任一个工业终端可以用来对网络上的所有控制器编程。用户既可以将程序下载到有关设备中，又可以从设备上载已有的程序，调试程序，监视设备的运行。
HOMS5.0 安装在监控中心的服务器上，现场控制室的操作站可以根据权限来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，以及相应的指令下发，数据的处理及存储。
各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息采集，设备控制，故障报警，联锁保护，以及数据处理和通信传输。
3．控制主要功能
1）自动轮换运行。STEC控制器根据采集的信号进行综合判断，然后发出启动、停机、加载、卸荷、报警等控制指令，监控空压机组自动运行，使用权得总管压力维持在设定的压力下限值和上限值之间。若风压低于压力下限值就增加空压机运行的台数，若风压高于压力上限值则减少空压机运行的台数，达到既满足用风需要、又可以降耗节能的目的。
空压机连续运行8小时后机身温度会很高，需要停机休息，用于散发自身的执量，以保证机器不受损伤。因此，空压机需要进行轮换工作，以保证空压机安全可靠运行，延长设备使用寿命。STEC控制器根据运行时间将受控于STEC控制器的空压机进行排序，建立开机序列和停机序列，当需要增加空压机的运行台数时，控制器将启动总运行时间短的空压机；当需要减少空压机的运行台数时，控制器将停止本次运行时间长的空压机。
2）延时启动和延时停机。STEC控制器自身有较强的搞干扰能力，但现场条件、电网、用风量等各种复杂因素的影响，电机电流、电机电压等受到干扰将产生误报警；如果总管压力的扰动发生在压力下限值或者压力上限值附近，将它们作为一般工状处理就会出现频繁启动、停机现象，影响设备的可靠性和使用寿命。因此，需要对发出动作指令的起因信号作适当的延时处理，以消除振动，防止误动作。
3）智能保护。空压机主电机在启动时，启动电流为额定电流的5~7倍，对电网和其它用电设备冲击很大，同时也会影响空压机的使用寿命。所以，空压机不宜频繁启动。为了使系统能够对用风状况进行准确判断，并据此控制空压机的启动，在用风高峰期空压机启动较频繁，当两次启动时间间隔小于的值时，将保持空压机持续运转而不停机，当连续两次加载间隔时间较长时，可认为用风高峰期已过，空压机投入间段运行状态。另外，对电机电流、电机电压、排气压力、进气负压、运行温度、油温、油滤压差等重要参数进行实时监控，出现异常及时进行故障报警，并作出处理。
4．小结
·控制系统网络化可有效实现空压站远程监控，无人值守。本案例的成功实施是一个很好的示例。
·本方案的实施，分散了故障危险，可**网络运行的有效性和可靠性。
·综合分析生产实际情况，以及全面评价控制设备的各项性能指标，有助于制订经济性的控制方案，从而降低投资成本，**经济效益。
改进方向：
1）引入故障检测和故障诊断的处理程序，系统的智能化程度可得到**，有利于进一步改善自控系统的有效性和可靠性。
2）优化调度策略，软件联锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平**到更高层次，并由此获得更大的效益。
整个控制系统随同设备于2003年完成安装调试工作，进入试生产。2004年正式投产，满负荷运行，情况良好，达到设计的预期目标。