中板厂炉门液压站的PLC改造

朱彦超+王慧强

0. 引言

随着PLC（可编程控制器）在工业控制中的普及，其具有的软件记录连锁关系，方便修改，高可靠性，方便扩展等特点使其成为在旧设备改造的首选。

炉门液压站是2800中板轧线的一个小型液压站，为加热炉炉门液压拉杆提供动力。为了降低采购成本，液压站原控制系统为硬线连接的继电器连锁控制方式，主回路有接触器4个，中间继电器7个，时间继电器4个，控制液压站1台主泵，1台循环泵，加热器和3个主油路溢流阀，冷却水阀等设备。

使用多年以后，液压站控制系统存在很多问题。包括：因控制柜内部件因动作频繁、老化失效，时间继电器，中间继电器等故障频发，影响液压站运行可靠性；控制系统柜内接线多且复杂，出问题后，必须熟练的维修人员才能较快查找故障，影响处理效率；因是硬线连接，液压站各种保护功能较简单，对主要设备的保护和故障报警几乎没有，带来一定的安全和设备隐患；另外厂里为提高设备维护水平，要实现全轧线液压站各种主要数据的计算机在线监控，所以，对炉门液压站控制系统的PLC改造就变得势在必行，因为PLC是在线监控的硬件基础。

1. 改造方案制定

为方便准备备件，选择我厂常用的西门子S7-300系列PLC，CPU模板和I/O模板使用闲置的备件，通讯模板需外购。通讯模板需定购，尽量使用液压站控制系统的原有元件，原液压站控制面板利旧，以节约改造成本，缩短因改造造成的停车时间，增加传感器，提高液压站保护和多种报警功能。

2. 改造方案实施

2.1 PLC的选型I/O信号定义

研究液压站电气控制图纸，统计按钮、油泵运行信号、阻塞信号、液位等传感器过来的开关量输入信号有22个，用于指示灯、电磁阀线圈、电机控制中间继电器的开关量输出信号也有22个，所以选择16点开关量输入模板2块（6ES7 321-1BH02-0AA0），共32点，备用点10个；16点开关量输出模板2块（6ES7 322-1BH01-0AA0），共32输出点，备用点10个，共需四个开关量I/O模板。油泵接触器线圈、电磁阀线圈等需要较大驱动功率的用DC24V继电器中继，即PLC输出点带继电器线圈，继电器辅助点控制这些负载工作，继电器共有7个，这样弥补了模板输出点功率的不足，24v继电器由一5A，DC24v直流电源供电。

PLC的CPU模板采用CPU315-2DP型号，该模板我厂用量大，备件组织方便。

液压站原来没有模拟量参与控制，为了远程监控的需要，现增加油箱液位，泵头压力，油箱温度等传感器，为避免干扰，传感器输出均为4-20mA的两线制电流信号，选用西门子8路12位精度的模拟量输入模板（6ES7 331-7KF02-0AB0）1个，满足模拟量需要。

为满足网络数据传输要求，PLC加装CP343-1工业以太网通讯模板，将液压站与监控室用以太网连接。

2.2 PLC程序编制和功能描述

参照液压站控制电路图，分配各個输入点的地址和定义，编制PLC液压站程序。程序要全部实现原控制下泵站急停功能，主泵的过载保护，主油路的选择连锁，循环泵和加热器及冷却器的连锁启动等功能。还要添加一些原来没有的保护和控制功能：比如，因添加了油箱温度模拟量，可实现循环泵的高温自启动和低温停泵功能，有了油泵压力模拟量可实现主泵泵头压力的高、低压停泵保护和报警功能，还添加了主泵启动，停止时溢流阀短时得电溢流，主泵空载启停，降低了水锤效应对泵、管路和电机的有害影响。硬件上配线简单明了，各种连锁改为PLC内部的软件连锁，出现问题后，维护人员可以通过编程器在线监控程序，查找故障原因；调整保护参数。当添加新的保护功能时，也不再需要改动硬线连接，可直接在程序中改动，大大降低维护工作量。

2.3 实现远程监控

远程的主控室服务器电脑使用WinCC（Windows control center）视窗控制中心软件，在线读取轧线各液压站PLC的数据信息，为了区分各个液压站的相应信息，液压站所使用的CP343-1通讯模块设置不同的IP地址。为方便WinCC读取，将本站输入/输出开关量的数据打包存入通讯数据块DB1中，将模拟量数据经通用功能块FC105处理后，改变数据形式，也送入DB1块中相应数据区域。设置CP343-1通讯模板参数IP地址为192.168.1.xx，该地址在各液压站中是唯一的。主控室WinCC程序寻找该IP地址，调用数据块DB1中的内容，在WinCC变量表中建立相应的变量与传送过去的开关量，模拟量信息一一对应，在WinCC图形编辑器中绘制炉门液压站模拟图（图一），图中标示相应的变量，这样就能实现炉门液压站信息的在线实时监控。

3. 改造效果

炉门液压站经PLC改造后，试运行合格，正式投用至今，故障率大为降低，出故障后维护人员也能在PLC程序的帮助下，很快判断故障位置并及时处理。远程监控程序也多次发挥了作用，监控人员能根据油位变化及时发现漏油点，避免油品损失；根据泵头压力的变化了解油泵的实时工况，及时调节，满足生产的需要。

4. 结论

PLC改造继电接触连锁控制系统能起到事半功倍的作用，给老系统的安全稳定运行，各种保护功能的健全完善提供一个良好的平台，对大大有利于操作人员，维护人员的效率提高和劳动强度的降低。

参考文献：

[1] S7-300和M7-300？可编程序控制器模板规范参考手册.[M].西门子公司，2004。

[2] 西门子可编程控制器S7-300模块数据手册.[M].西门子公司，2009。

[3] 王实，刘晓明.深入浅出西门子Wincc V6.[M].北京航空航天大学出版社，2005。endprint