基于PLC的真空滤油机控制系统设计.pdf

2 0 1 1年 1 1月 第 3 9卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAULI CS NO V ． 2 0l 1 V0 1 ． 3 9 No ． 2 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 2 2 ． 0 3 2 基于 P L C的真空滤油机控制系统设计 吴银凤 ，温如春 江西理工大学，江西赣州 3 4 1 0 0 0 摘要分析透平油滤油机的工作原理，指出其控制系统应该具有的功能，进行控制系统的硬件设计和 P L C控制程序设 计 ，详细介绍 P L C的地址分配以及控制程序的编制方法，并给出系统程序流程图。该系统自运行以来 ，各项功能正常，设 备运行稳定，具有一定的实用价值。 关键词滤油机；C P U 2 2 4 X P P L C；数显表 中图分类号 T P 2 7 3 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 20 9 63 De s i g n o f Va c uu m Oi l Fi l t e r Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n PLC W U Yi n f e n g． W EN Ru c h un J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，G a n z h o u J i a n g x i 3 4 1 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e w o r k i n g p r i n c i p l e o f t u r b i n e o i l fi l t e r wa s a n a l y z e d ． T h e f u n c t i o n s o f t h e c o n t r o l s y s t e m we r e p o i n t e d o u t ． T h e h a r d w a r e a n d P L C c o n t r o l p r o g r a m w e r e d e s i g n e d ．T h e a d d r e s s a s s i g n me n t o f P L C a n d t h e p r o g r a mmi n g me t h o d o f t h e c o n t r o l p r o g r a m we r e i n t r o d u c e d ．T h e fl o w d i a g r a m o f t h e s y s t e m p r o g r a m wa s g i v e n ． Al l t h e f u n c t i o n s a r e n o r ma l a n d t h e f a c i l i t i e s i s s t a b l e s i n c e i t r u ns ． S o t h i s s y s t e m h a s s o me u t i l i t y v a l ue ． Ke y wo r d s O i l fi l t e r ； C P U2 2 4 XP P L C；Di g i t a l i n d i c a t o r 随着 电力工业 的飞速发展 ，以继电接触器为主的 老一代控制系统已不能满足各个发电厂对油处理设备 的控制，这一领域的计算机化已势在必行 ，而应用在 当前工业过程控制领域中的可编程控制器 P L C 是 使其计算机化的最简便 、最可靠的途径。 文 中针 对 某 水 电 站生 产 实 际 ，以西 门 子 S 7 2 0 0 P L C为控制核心，设计了一套透平油真空滤油机 控制系统，完成了液位自动检测 、温度 自动检测与显 示、压力超限保护及声光自动报警系统 ，实现了油的 全面净化 ，保证发电机组安全稳定运行。 1 真空滤油机的工作流程 工业用油使用一段时间后，油液中会出现水污染 和颗粒污染等，这会加速油液变质 ，加快金属疲劳， 加剧液压元件的磨损，并会使绝缘油丧失介电强度。 真空滤油机能在不停产的情况下对油液进行处理，去 除油液中水份、杂质、絮状物以及金属微粒。其工作 流程如 图 1 所示 。 图 1 真空滤油机工作流程 滤油机工作时油液在内外压差的作用下经手动进 油阀入口进入初滤器滤除较大颗粒的杂质 ，油液经加 热后进人并联使用的分水器；分水处理后的油液经二 级过滤器滤除细小杂质后，通过电磁阀控制进入特质 个性化真空管反应釜 中进行油水 气分离。由真 空反应釜上部排出的水蒸气，首先经过冷凝器降温除 湿 ，进入冷却器中再次冷却，冷凝水进入真空系统储 水罐 ，经二次冷凝除湿后的气体由真空泵排出。真空 反应釜中经真空气化脱水后的干燥油液，在底部经输 油泵加压 由负压升为正压 ，经精滤器除去机械杂质后 输出净化油，完成整个真空滤油过程。 2 控制系统功能 为了使真空滤油机能快速、高效地完成对透平油 的自动加热、脱气、脱水处理，同时除去油泥、杂质 等，此控制系统要求具备以下控制功能 1 温度的手动与 自动控制。自动控制时，根 据温度大小实现加热器 、进油电磁阀、真空泵和油泵 自动联锁控制；手动控制由操作人员决定加热器的运 行和停止。杜绝加热系统无油加热，避免油温达到设 定温度值接触器频繁启动，最大限度延长电器使用寿 命 。 2 油位 的检测与控制。能实时检测真空反应 釜内油位上升或下降，以控制滤油设备开停和相关阀 收稿 日期 2 0 1 01 0 3 1 作者简介吴银凤 1 9 7 4 一 ，女，硕士，副教授，研究方向为工业过程控制。Em a i l W U ． y i n f e n g t o m ． c o n。 第 2 2期 吴银凤 等基于 P L C的真空滤油机控制系统设计 9 7 门启动，避免系统停机；真空反应釜油位、进油量与 输出油泵工作状态 自动连锁控制。 3 压力 自动控制。输出油泵输 出压力实时显 示与自动控制，超压工作状态下声光 自动报警 ，超压 自动保护，保证系统安全稳定运行。 4 显示功能。采用面板显示所有参控设备的 运行状态和有关的报警信号。在程序运行中，电机、 阀门及加热器的工作状态用指示灯显示 ，油温及压力 大小用数显仪表显示 ，若出现故障报警 ，相应的指示 灯应灭。 3 控制系统的硬件设计 根据控制系统的功能，油泵电动机、真空泵电动 机、加热器的主回路采用空气开关和接触器实现 ；控 制回路采用可编程控制器取代老式继电接触器控制 ， 采用油温传感器和压力传感器检测油箱温度和管道压 力 ，并将数据送给可编程控制器进行处理，控制数显 仪表显示 ；真空反应釜内油位上升或下降采用两个红 外式液位传感器检测后送给可编程控制器 ，控制滤油 设备电动机开停和相关阀门启动。系统的硬件结构框 图如 图2 所示 。 l 输 油 泵 电 机I I 电 源 指 示 灯f l 输 油 泵 指 示 灯I I 进 油 电 磁 阀l I 温 度 显 示 l l 压 力 显 示 』 真 空 泵 电 机 l 压 力 报 警 继 电 器I l 温 度 报 警l 冷 却 风 机 l 加 热 器l 真 空 泵 指 示 灯l l 加 热 器 指 示 灯l J 压 力 报 警 器 l 冷 却 水 泵 T ▲ T T T 下 可 编程 控 制器 ▲ J ▲ L ▲ ▲ ▲ l 系 统 起 停l I 输 油 泵 起 停I I 液 位 传 感 器 1 I l 报 警 清 除l 油 温 传 感 器l I自 动 ，手 动 控 制I I 真 空 泵 起 停I I 加 热 器 起 停I I 液 位 传 感 器 2 l j 油 压 传 感 器I 图2 系统硬件结构图 该系统中的可编程控制器采用 S I E M E N S公司的 S 7 - 2 0 0 P L C ，由于现场数字量输入信号为 1 2个，需要 控制的开关量信号为 1 4个，模拟量检测信号为 2路 ， 根据对现场输入输出数据统计和控制系统相应速度的 要求 ，选用 1 块 1 4点输入 l 0点输出并且 自带 2路 0～ 1 0 V 的模 拟 量 输入 的 C P U 2 2 4 X P D C ／ D C ／ D C ，油 温传感器和压力传感器分别将油温和油压转换为0 1 0 V电信号，经过信号隔离处理器送人 C P U 2 2 4 X P 的模拟量输入端，并经 P L C程序进行处理后 ，通过 数显仪表显示。目前 ，显示的仪表很多，该系统的油 温和压力采用四位 H L P 2型两线 P L C专用数显表显 示 ，它只用两个 P L C输出端 口就可以完成数据传送 ， 其 中第 四位 为标 志位 ，温 度和 压力 分别 用字 母 “ T ” 和 “ P ”表示，其余三位实时显示温度与压力大小。 如果现场监测的温度与压力超过设定值报警时 ，数显 表的标志位 “ T ”或 “ P ”闪烁指示 ，同时报警器报 警 ，提醒操作人员做相应处理。扩展 1块 4点数字 量输出模块 E M 2 2 2 D C输 出，提供 附加 的输 出点 ， 同时扩展 2 块 电源模块分别给 C P U和模拟量检测元 件提供电源信号 。P L C的输入／ 输出地址分配如表 1 所示 。 表 1 P L C的输入／ 输出地址分配 序号 名称 地址 序号 名称 地址 1 系统起动 1 0 ． 0 1 5 电源指示灯 Q o ． 0 真空泵电机 2 系统停止 1 0 ． 1 Q o ． 接触器 3 自动／ 手动控制 1 0 ． 2 l 7 输油泵电机接触器 Q o ． 2 4 真空泵起动 1 0 ． 3 1 8 加热器接触器 Q o ． 3 5 真空泵停止 1 0 ． 4 压力报警器 6 输油泵起动 I o ． 5 2 0 进油电磁阀及指示灯 Q o ． 5 7 输油泵停止1 0 ． 6 2 1 真空泵运行指示灯 Q o ． 6 8 加热器起动 1 0 ． 7 2 2 输油泵运行指示灯 Q 0 ． 7 9 加热器停止I 1 ． 0 2 3 温度报警器 Q 1 ． 0 1 O 液位传感器1 I 1 ． 1 2 4 加热器运行指示灯 Q 1 ． 1 l 1 液位传感器2 I 1 ． 2 2 5 温度显示时钟S C K Q 2 ． o 1 2 报警清除 I 1 ． 3 2 6 温度显示数据S D A Q 2 ． 1 1 3 油温传感器A I W0 2 7 压力显示时钟S C K Q 2 ． 2 1 4 压力传感器A I W2 2 8 压力显示数据S D A Q 2 ． 3 4 P L C控制程序设计 根据系统工作流程及控制功能 ，系统启动时 ，电 9 8 机床与液压 第 3 9卷 源指示灯亮。设备启动时冷却水泵 、冷却风机及真空 泵先启动 ，再打开进油阀，当油液高于下控制油位 时，油泵 自动启动，油泵指示灯亮；当油液高于上控 制油位时，进油电磁阀自动关闭；油泵启动后，为了 先使管道中充满液体 ，防止加热器干烧 ，以致于温度 过高而被烧坏，设置延时 3 m i n ，打开加热器开关 ， 挥发油 中的水份 。 P L C的控制程序 主要包括主程序、手 动控制子程序 、标度 变换 子程 序 以及 油 温 和压 力采 集及 实 时 显 示 中 断 服 务 程 序 等 ， 此系统 P L C主程序 流 程图如 图 3所 示 。在 程序 中用顺 序控 制 语 言实现 设 备 的顺 序 动 作 ，只有 前 一个 条 件 满足 时 ，才 执行 下 一 个动作。停机 时，加 热器先停，使液体在 管道 中延 时 3 m i n后 再停 机 ，可 以使 加 热 器彻 底 冷却 下 来。定 时 中断初 始化 设定 定 时中断的初值，该程 【主 堡 幽 I 打开总电 源I l 手动运行 廉 l冷 却 风 机1 I 塑查 茎 l 打开进油电磁阀l Y ． 念 ． I ＼于 下 限 ／ ／ l 襄 l启动输油泵I l ≥ 叵 ■ 匝圃 叵立 序采用定时中断0 ，每隔3 m s 送入 S MB 3 4 ，并允许中 断。 手 动控制 子程序包括真 空泵 、输油泵 以及加热器 的起停 ，常用 于系统 调试 与检修 。标度变换子程序分 别是将采集的油压和油温转换为实际数值，因为温度 传感器和压力传感器分别将油温和油压以模拟量的形 式传给C P U 2 2 4 X P ，C P U 2 2 4 X P将模拟量信号转换为 0～ 3 2 0 0 0的数字量 保存在 存储 器 中，这些 数字 量并 不一定等于原带有量纲的参数值 ，必须将其转换成带 有量纲的数值，以便显示。在此子程序 中设计了 3 个输入变量 ，3个临时变量，1个输 出变量 ，使之 成为 1 个带参数的子程序。在中断服务程序 中调用 时 ，对 压力和温 度 只需改 变量 程 的上 下 限 以及 P L C 的模拟量接 口，就可将检测值转化为实际值存储在 存储器 中 。 中断服务程序功能是检测温度 、压力值经过标度 变换转换为实 际数值 ，送人指定 的显示缓 冲区内，经 驱 动 程 序 通 过 P L C 的 Q 2 ． 0和 Q 2 ． 2送出时钟信 号 S C K，Q 2 ． 1和 Q 2 ． 3送 出待显示的数据 S D A至数 显表 的 S C K和 S D A端 口， 完成数据的实时显示 。编 写温度控制 程序 ，其 功能 是将检测值与7 0℃ 比较， 如果检 测值 大于 7 0℃， 则停止加热并报警，等温 度一直 降到 4 0℃以下 时 ， 重 新 启 动 加 热 器 继 续 加 热 ，这样 可避免加 热器频 繁起停 。并 设置超 压力保 护程序 ，当系统运 行时， 如油压超过设定值 ，所有 电机及加热 器停止 ，相应 的指示灯熄 灭 ，报警 器报 警， ． 按下报警清除按钮清 除报警。定时中断服务程 序如 图 4 所示 。 5结 论 图4 控制系统定时中 断服务流程 图 该控制系统与继电接触器控制系统相比较 ，减少 了硬件接线，降低了系统的故障频率，大大减轻了运 行人员 的劳动强度 。如添加一个通讯模块就可和整个 水电站网络系统联网，提高了系统的自动化水平。整 机操作简单，人机分离，安全可靠 ，具有很强的实用 性 ，值得推广和应用 。 参考文献 【 1 】马晓娟 ， 李云瑞． 真空滤油机控制系统的改进[ J ] ． 变压 器 ， 2 0 0 9 ， 4 6 2 5 0 5 1 ． 【 2 】张成兴． 真空滤油机的设计[ J ] ． 机械工程师， 2 0 0 2 4 3 73 9． 【 3 】田 松峰， 王志强， 丁宝忠， 等． 在线测量透平油含水量实 验台设计[ J ] ． 仪器仪表学报， 2 0 0 6 ， 2 7 6 1 7 11 7 3 ． 【 4 】 冯罡． 透平油真空滤油机泡沫解决方案[ J ] ． 过滤与分 离， 2 0 0 8 ， 1 8 1 2 7 3 0 ． 【 5 】黄崇富， 伍小兵． 基于微机控制的滤油机控制系统的设 计[ J ] ． 现代电子技术， 2 0 0 9 1 7 2 0 6 2 0 7 ． 【 6 】刘法治， 杨天明． P L C和变频器在装配线气动控制系统 的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 1 6 8 1 8 2 ． 【 7 】姬裕江， 姚燕． P L C在双动液压机电气控制系统中的应 用[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 1 0 ， 3 1 7 1 8 81 8 9 ． 【 8 】唐立平． 气动物流输送及分拣系统的 P L C控制系统设 计[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 0 7 5 4 5 6 ．