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    摘要 介紹了利用SIEMENS S7系列PLC實現大型設備潤滑油站控制的方案設計及現場應用情況，論述了油站信號的處理方法、與DCS系統的信號聯鎖以及計算機通訊網絡的實現。

關鍵詞　PLC，DCS，油站控制，MPI通訊網絡，下裝

1　引言

　　近年來，我國新建或改造的大中型水泥生產線基本采用計算機控制系統，控制方式已由過去的儀表、繼電器或計算機單機小系統轉向了整個生產線的計算機集中操作與分散控制，但目前國內隨主機配套的潤滑油站電控產品，大多還停留在過去傳統的控制方式上，與當前的生產管理方式和控制水平不相適應。由于傳統方式控制柜均采用繼電器硬連線實現電控與聯鎖保護，存在著諸如可靠性低、聯鎖保護功能少及故障率高等許多問題；與計算機全線監控系統的信號聯鎖很少甚至沒有，影響了現場巡檢、中控集中操作管理；且在實際使用過程中，由于現場情況的變化，使得傳統方式下的控制柜安裝與調試存在較大難度。針對這種情況，我們采用可編程控制器(PLC)對潤滑油站進行控制，設計開發了CPO-OSC(Cement Process Optinum Control-Oil Station Control)系列潤滑油站控制系統，并在山東魯碧及福建南平等水泥廠的生產線上使用，取得了較為滿意的應用效果。

　　本文以山東魯碧建材有限公司日產1000t水泥熟料生產線上的大型設備潤滑油站電氣控制為例，介紹PLC在這些油站控制中的使用情況。

2　潤滑油站系統的控制方案

　　魯碧建材有限公司水泥生產線生產規模為日產熟料1000t，全線計算機監控采用美國Honeywell公司的Micro TDC 3000集散控制系統(DCS)實現，分為生料、燒成和煤磨三個現場控制站，中控室集中操作管理。該生產線有五個大型設備潤滑油站：生料磨頭軸承、生料磨尾軸承、生料磨主減速機、生料磨主電機和高溫風機潤滑油站。

2.1　生料磨潤滑油站

　　生料磨采用Φ3.5m×10m中卸烘干磨系統，由唐山水泥機器廠制造，生產能力為75t/h，為保護磨機主軸承，在前后軸承各設置了一個潤滑油站，用強制循環給油方式進行潤滑。每個供油站備有1臺高壓泵和2臺低壓泵，兩個潤滑油站由一套CPO-OSC系統控制。

2.2　主減速機及主電機潤滑油站

　　主減速機及主電機主要參數如下：

　　主電機：型號YR1400-8，功率1400kW

　　　　　　轉速742r/min

　　　　　　電壓6000V，電壓頻率50Hz

　　主減速機：型號JS110-B

　　輸入轉速742r/min，輸出轉速16.9r/min，輸入功率1400kW，傳遞功率1400kW。

　　為了保護主減速機及主電機的安全運行，也設置了強制潤滑油站，各備有2臺低壓泵，兩個潤滑油站由一套CPO-OSC系統控制。

2.3　高溫風機潤滑油站

　　高溫風機電機容量630kW，轉速1430r/min，配有：

　　1)YDT63/15液力偶合器，傳遞功率350～650kW。

　　2)進風口裝百葉閥門，配有電動執行器。

　　3)高溫風機軸承潤滑油站，配置兩臺油泵進行強制潤滑。

　　為了確保大型主機設備的安全運行，提高系統的可靠性，我們采用以SIEMENS公司S7 PLC為主控器開發的CPO-OSC潤滑油站控制系統，實現生料磨減速機及主電機潤滑油站、磨頭及磨尾軸承潤滑油站及高溫風機潤滑油站的電氣控制及聯鎖保護。

　　因生產現場條件差，電噪音干擾大，系統的輸入輸出模塊均采用高電壓等級模板，以避免干擾信號而產生誤動作，造成系統損壞。

　　為了實現數據共享，便于中控室的監控及管理，我們將潤滑油站控制系統與其他優化控制系統(生料質量控制系統、窯優化控制系統)聯成了一個計算機通訊網絡.

3　控制系統的組成及功能

3.1　潤滑油站提供給TDC3000的信號

　　1)備妥信號

　　2)允許啟動信號

　　3)聯鎖停車信號

3.2　TDC3000提供給潤滑油站的信號

　　啟/停信號

3.3　信號的處理

3.3.1　備妥信號

　　包括以下內容：

　　1)“集中/機旁”控制方式中選擇開關置于“集中”位置；

　　2)總電源空氣開關的輔助接點閉合；

　　3)控制電源空氣開關的輔助接點閉合；

　　4)油泵主回路空氣開關的輔助接點閉合。

3.3.2　允許啟動信號

　　“允許啟動信號”應由以下幾個條件組成：

　　1)高壓壓力建立并達到整定值；

　　2)低壓壓力建立并達到整定值；

　　3)油溫不低于下限；

　　4)油流不低于下限；

　　5)油位不低于下限。

3.3.3　聯鎖停車信號

　　在一般的油站控制系統中，聯鎖停車信號是根據運行時“壓力低”建立的。由于在本控制系統中采用了功能強、靈活性大的PLC，因此，我們也將大型設備的保護功能編制到系統中。如在減速機油站系統中，我們將減速機溫度的上限報警信號引入聯鎖停車中；在磨機主軸承及高溫風機油站中，將軸承溫度上限報警信號引入聯鎖停車中。考慮到油壓波動情況以及溫度檢測出現瞬時干擾，對于跳閘信號，我們對其加以10s延時后再送出。

3.3.4　備泵控制

　　低壓備用泵的自動投運，一般是利用壓力信號來處理的，包括備泵起動壓力信號及備泵停止壓力信號，當油壓低于備泵起動壓力值時，啟動備泵；當油壓高于備泵停止壓力值時，關閉備泵。

3.4　其他要點

　　潤滑油站在集中方式下的啟動及停車，應完全由中控人員決定。在正常情況下，潤滑油站只能順從地為主機服務，而不對上級控制有制約條件，如主機停車后潤滑油站自動停車。

　　由于DCS系統的SSR輸出模板普遍存在漏電流過大，致使信號關斷時仍存在電壓(在Micro TDC3000及N-90等系統中均存在)，因此，由TDC 3000系統發送的油站啟停信號都采用中間繼電器加以隔離。

3.5　通訊網絡

　　在一般的應用情況下，可單獨使用CPO-OSC系列潤滑油站控制系統，但CPO-OSC控制系統具備良好的開放性及網絡功能，可根據用戶的實際需求，聯成不同形式的通訊網絡。在魯碧公司，我們建立了一條包括8個站點的MPI控制網絡，將現場油站信號參數引入中控室的上位監控系統。

　　多點接口MPI是一個集成在SIMATIC S7-300 CPU內的通訊接口，MPI能同時連接如下站點：

　　1)IBM PC兼容機；

　　2)編程器(PG)；

　　3)操作員界面(HMI)；

　　4)S7-300、M7-300；

　　5)S7-400、M7-400。

　　連網的CPU可利用“全局數據通訊”服務，周期性地相互交換數據。它最多可連接32個MPI站，其傳輸速度為187.5bps，且其相鄰的MPI站點的距離最大可為9100m，(使用10個中繼器)。

　　在使用過程中，我們發現：通訊電纜的敷設應引起重視，若通訊電纜與高壓電纜敷設在一起，會出現干擾，引起通訊錯誤，因此通訊電纜應單獨敷設，以提高系統的可靠性。

4　上位監控系統

　　上位監控計算機采用PC總線工控機，配置SIMATICMPI通訊網卡，采用WINDOWS中文操作系統，通訊波特率為1.5Mbps。通過數據通訊對各油站數據進行檢測，并在上位機上實時顯示當前運行狀態，以便操作員對現場情況隨時進行處理。

　　在MPI網絡中，配置有兩臺操作員站，分別運行生料磨優化系統(CPO-QCS)及窯優化系統(CPO-KOS)。

　　潤滑油站監控系統運行于生料磨優化操作站上，其監控畫面示于圖2。

5　工程師工作站

　　為便于今后系統維護及監控，如對現場PLC控制柜中的程序進行修改、下裝等工作，我們利用魯碧公司原有的一臺聯想Pentinum166MHz商用機，配置CP5411通訊卡，聯入MPI網，成為一個在線工程師工作站，工程師站采用Windows95操作系統，安裝STEP7軟件包。

　　STEP7是用于S7系列PLC編程的應用軟件包，包括：

　　1)SIMATIC管理器；

　　2)符號編輯器，用于定義符號名稱、數據類型等；

　　3)硬件組態，用于為自動化系統組態和各模板參數設置；

　　4)通訊，用于定義MPI、PROFIBUS或工業以太網的數據傳輸；

　　5)程序編輯器。

　　允許使用梯形邏輯圖(LAD)、語句表(STL)和功能塊(FBD)任何一種來編寫程序，并進行在線調試及監控。

6　結語

　　通過在幾條水泥生產線上采用可編程控制器實現潤滑油站控制的實踐證明，利用可編程控制器實現大型設備潤滑油站的控制已成為一種必然趨勢，它與以往的繼電器控制柜相比，可靠性及擴展性有了很大的提高，取得了較好的應用效果。但在使用過程中也發現一些問題，例如柜體設計時沒有后開門，導致在現場調試儀表時發生困難。此外，由于現場儀表的油流、油位及壓差信號不準確，因此在具體實施時，未將這些信號考慮進去，避免因允許啟動信號難以建立而延誤投料時間。因魯碧公司現場油站所用的電接點壓力表損壞較多，我們只根據壓力正常信號來啟停備用泵，若壓力未達到整定值，則啟動備用泵；若壓力達到整定值，則停止備用泵。采用這種控制方式，若在運行時，工作泵體損壞，則會出現備用泵頻繁開停車的振蕩現象，極易損壞泵體和電機。因此，擬在今后的控制系統中做如下改進：若“驅動信號”已發送，選定“工作”泵已工作，在指定時間內，例如20s，若壓力仍不能建立，則“備用”泵自動轉為主泵投入運行，原“工作”泵轉為備用。