中国通化西门子一级代理商

控制系统介绍

1) 系统控制范围

原材料入库、输送—水泥粉磨(I、II 线) —水泥出库及包装系统。

· 原料储存及输送工艺流程：

　　石膏破碎及输送→矿渣入库→石灰石入库→熟料输送入库→原料入磨头仓收尘器→原料入磨头仓→熟料入磨头

仓→石膏入磨头仓→石灰石入磨头仓→矿渣入磨头仓

· 水泥磨机工艺流程：

　　磨稀油站→水泥入库→水泥磨→水泥磨控制→磨辊压机→物料入水泥磨/ 辊压机→粉煤灰入水泥磨

· 水泥出库及包装工艺流程：

　　库顶收尘→水泥库顶斜槽风机控制→水泥入库

2) 自动控制回路

· 粉磨1 中及粉磨1 尾。

· 水泥小仓仓重控制系统。

· 粉磨1 尾负压控制系统。

· 粉煤灰小仓固体流量计控制系统。

3) 顺控停机时间

　　为确保设备安全和空负荷启动，需对设备停机时间进行规划。

· 原料调配及输送。

· 水泥粉磨。

· 石灰石及辅助原料入配料库。

· 水泥储存及输送。

4) 水泥粉磨控制系统介绍及配置

　　系统监控软件为西门子WINCC 5.0，控制系统选用德国西门子公司SIMATIC S7-400 控制器及ET200M I/O

进行信号的采集与处理。具体配置如下：

· 辅助原料及水泥粉磨二线部分

　　配置一台SIMATIC S7-400 控制器，带12 个ET200M远程站对水泥粉磨二线及原料配料部分所有模拟量和数字量进行控制。其中，水泥粉磨二线一台辊压机系统通过PROFIBUS-DP 与SIMATIC S7-400 控制站进行数据通讯。配置一台WinCC 操作站，作为对原料配料及水泥粉磨部分的组态编程及操作。

· 水泥粉磨一线及水泥库顶部分配置一台SIMATIC S7-400 控制站，带8 个ET200M 远程站对水泥粉磨一线及水泥储存( 库顶)部分所有模拟量和数字量进行控制。其中，水泥粉磨一线一台辊压机系统通过PROFIBUSDP

　　与SIMATIC S7-400 控制站进行数据通讯。与二线水泥粉磨部分共用一台WinCC 操作站，作为对水泥粉磨及水泥储存( 库顶) 部分的组态编程及操作。

· 水泥库底及包、散装部分配置一台SIMATIC S7-400 控制站，带18 个ET200M 远程站，对水泥库底及包、散装部分所有模拟量及数字量进行控制。包装部分采用触摸屏TP27 方式操作。控制系统可实现动态流程图、趋势图、报警显示、报表记录及工艺动态操作控制等。

· 系统的供电电源采用UPS 电源，可防止来自电网上的超高压、欠压、浪涌、尖峰脉冲干扰、停电干扰甚至雷电袭击。

5) 控制系统的抗干扰措施

　　张家港海螺的自控系统有许多弱电设备，各种控制电缆和信号电缆数量非常多，系统极易受到各种干扰。若不采取措施，消除其干扰，会严重影响系统的正常运行因此，本自控系统采用了如下几方面的抗干扰措施：

· 系统现场控制站的所有数字量输入/ 输出模块、模拟量输入/ 输出模块模块均采用光电隔离，将现场各种信号与系统背板总线隔离。

· 系统现场控制站的所有数字量输出信号均采用继电器隔离，实现每个数字量输出通道之间的隔离，消除了数字量输出信号之间的相互干扰。

· 系统现场控制站的所有模拟量输入/ 输出信号均采用模拟量隔离器，实现每个模拟量通道之间的隔离，消除了模拟量信号之间的相互干扰。

· 系统现场控制站的所有模拟量输入/ 输出信号电缆均采用屏蔽电缆，其屏蔽层在控制柜侧一点接地，消除了空间干扰。

· 系统现场控制站的控制电缆、信号电缆与系统动力电缆应分开布线，保持一定的间距。特别是，大功率变频器的动力电缆能产生较强的空间高频干扰，应使用金属管穿线，并将金属管良好接地。

结束语

　　张家港海螺自2002 年4 月建成投产至今，系统运行情况良好，能够可靠、准确地完成控制操作，实时监测和记录水泥生产过程的运行状况，并且能对现场出现的各种突发事件及时做出响应，取得了良好的效果。

应用体会

　　随着SIEMENS PLC 技术的不断革新和提高，用户将是直接的受益者。从技术发展上讲，目前PLC 也不断受到其他基于计算机技术的控制系统越来越多的挑战，受到PLC技术本身软件方面急待更新与发展的挑战，受到一种全新的工业控制结构蜒不但控制分散化、而且网络也分散化的挑战，受到开放型模块化体系结构控制系统(OMAC) 的挑战。于是PLC 必然将会向完善其软件和硬件两个方向发展。

引言
　　通常机床主轴电动机制动时，采用的是能耗制动方式，使电动机AB相输入直流电源。
　　采用能耗制动方式使主轴电动机停止，主轴在低档位低速旋转时，大约需要0.5s，在位高速旋转时，大约需要2.5s。目前，采用的主轴电动机制动方法如图1所示，先断开KM1，再闭合开关KM2，从而断开三相交流电源，接通直流电源，延时2.5s，认定主轴电动机停止旋转，然后进行换刀或其它动作。
　　主轴以不同的速度旋转时，采用能耗制动方式使主轴停止所需要的时间不同，采用同样的能耗制动时间，延长无意义的加工辅助时间，降低了机床工作效率。另外，一旦开关KM2不能可靠闭合，或者直流电源保险断开不能正常提供直流电，则主轴电动机只能在摩擦力的作用下减速，制动时间需要很长，但延时2.5s后，机床数控系统仍然认定主轴电动机已经停止旋转，此时机床进行换刀或其它动作容易造成事故。
　　因此，我们对机床主轴制动控制方式进行了改进设计，判断主轴旋转状态，不采用延时2.5s，即认定主轴电动机停止旋转的控制方式，而是实时监控主轴旋转状态，当主轴旋转低于一定转速时，立即发出主轴停止完了信号。
　
2　主轴转速监测方案
　　在电动机的同步传动轴上安装一块条形铁片，和电动机同步旋转，由接近开关对其检测，每转检测到两个脉冲信号，通过对脉冲信号的检测而得知其转速。检测脉冲信号有两种方案。
　　方案：在一定周期Tp内读取脉冲信号的个数N，PLC是一种顺序控制器，它的程序是由前到后一步一步执行，每执行完一遍为一个扫描周期，然后从头开始循环执行。假如程序有2000步，每步执行时间周期为30μs，则程序的扫描周期约60ms，扫描频率约16Hz，能够准确检测出的脉冲频率应低于8Hz，当转速的脉冲频率大于16Hz，即转速n≥480r/min时，PLC受其扫描频率的影响，不能准确检测出脉冲的个数，情况不好时，会出现高速时检测的脉冲个数很少，误判为电动机基本停止而进行下面动作，造成事故。此种方案只适用于主轴低速旋转状态的监测。
　　第二种方案：检测脉冲信号持续为“0”或“1”的时间T，当n＜60r/min时，发出主轴停止完了信号。由于PLC程序执行过程的延时，数控系统收到主轴停止信号，并执行下面动作时，主轴已完全停止旋转，n=60r/min所对应脉冲信号持续为“0”或“1”的时间T为0.25s，因此我们把检测脉冲信号的计时器设定为0.25s。同样高速时也会出现脉冲测不准的情况，但不管情况多坏，在0.25s的时间内“0”或“1”至少变化一次，因此可以准确地判断主轴是否停止旋转。此方案可以适用于主轴高速或低速旋转时主轴制动状态的检测。在实际应用中，我们采用了此方案。
3　PLC实现主轴能耗制动的控制方法
　　PLC设计程序中，X20.0为转速脉冲信号的输入，M05为主轴停止信号，Y50.0为主轴停止完了信号。
　　两个计时器TM1、TM2分别判断X20.0脉冲信号持续为“0”或“1”的时间是否达到设定的时间，只要有一个时间到达，即R100.1或R100.2变“1”，导致R100.3变“1”，此时M05为“1”，导致Y50.0输出“1”，则发出主轴制动完了信号，实现了主轴停止的准确判断。
4　结束语
　　我们采用改进的控制方式用PLC控制机床主轴的制动，能够可靠地判别机床主轴的旋转状态，避免了机床的误动作，节约了主轴加工的辅助时间，使机床的保护性能更趋于完善。