传统及新兴电气设备控制系统设计

传统及新兴电气设备控制系统设计
李利军
(安阳市高级技工学校,455000,河南安阳)
1问题的提出
在第45届世界技能大赛河南省选拔赛中，
竞赛项目电气装置要求运用传统和新兴技术,
对各类特定设计的电气装置进行安装、调试、
运行。

参照世界技能大赛，参赛选手需要根据
技术图纸进行管道工艺、布线工艺、PLC(可
编程序控制器)编程、KNX编程等工作，完
成比赛需要具有电工学、建筑学、智能楼宇等
相关知识，并了解相应的规范标准。

在控制系
统的设计中，要以西门子LOGO!为程控中
心，组成控制系统，实现对传统及新兴电气设
备的控制。

由于控制系统的工作任务要求比较复杂，
给的元器件数量及LOGO!控制器的输入输出点数较少，在有限的比赛时间，设计出能完全符合要求的控制方案往往比较困难。

本文介绍了传统及新兴电气设备控制系统的设计方法,并以比赛试题为例，给出了比较合理的控制方案。

2控制系统的设计
以PLC为中心组成的电气设备控制系统,往往和继电器接触器控制系统相互配合，整体进行硬件和软件设计，一般可以按图1⑴的几个步骤进行。

2.1确定控制对象及控制范围
全面详细地了解被控制对象的特点和生产工艺过程，归纳控制系统的状态流程图。

当控制对象的工艺复杂、工业环境较差、安全性及可靠性要求又特别高时，比较适合采用PLC 控制。

确定控制对象后，明确控制系统的工作任务和设计要求，了解工艺过程、机械运动与电气执行元件之间的关系及对电控系统的控制要求。

图1控制系统设计流程
2.2制定控制方案
(1)根据控制系统的工艺要求，确定控制系统的工作方式，是手动、半自动还是全自动；是单机运行还是多机联动运行等等。

还要确定控制系统的其他功能，如急停、故障显示、报警等。

分别统计PLC各输入输出的性质及参数，选择合适的PLC型号，确定各种硬件配置。

(2)进行硬件、软件设计，设计合理的PLC外部接线图，并设计出配套的继电器控制系统。

(3)对PLC的I/O地址进行合理编号后，进行PLC梯形图设计，完善控制系统。

2.3在线模拟测试及现场运行调试
设计好的程序，可以在微机上进行模拟运行和调试。

观察程序运行是否符合设计要求,发现问题及时修改，直到满足工艺要求为止。

同时，完成PLC外部继电器控制电路和电气控制柜、控制台的设计、装配、安装和接线等工作。

模拟调试完成以后，将程序写入PLC,接为0.8A c
入PLC的实际接线和负载。

在此过程中，一定要确保接线连接正确。

反复进行现场调试,发现问题，修改程序或对硬件进行调整，直到控制系统满足所有功能要求为止。

3控制系统设计实例
下面以第45届世界技能大赛河南省选拔赛中电气装置项目的工作任务为例，说明传统及新兴电气设备控制系统的设计方法。

电气装置项目工作任务书中对动力箱要求依据图2所示的主电路图设计控制电路，编写并调试程序，安装电路。

3.1设计要求
动力箱模拟考，线路的设计要求是：请根据客户给你提供的布局图完成施工，并按照客户提出的要求完成线路设计，实现客户提出的要求。

（2）电动机控制：由3个交流接触器控制且需要互锁（KM2、KM3）,KM1、KM2控制电动机星形（Y）运行，KM1、KM3控制电动机三角形（△）运行，电动机应有短路和过载保护o时间继电器型号LADT2,延时时间设定范围0.1-30s c
（3）控制设备有：SA------NC（常闭触点）+NO（常开触点），切换开关；SB1—NO,绿色按钮；SB2——NC,红色按钮；SB3——NO,绿色按钮；SB4——NO,红色按钮；SB5——NC+NO,急停按钮。

（4）信号指示灯要求有：H1—指示24 V电源开，白色信号灯；H2—指示电动机手动Y运行，绿色信号灯，手动Y时常亮，自动时熄灭；H3—指示电动机手动△运行,红色信号灯，手动△时常亮，自动时熄灭; H4—指示电动机自动Y运行，绿色信号灯,
(1)指示电
动机自动△运行，红色信号灯，信号灯指示△前3s以1Hz频率闪烁，3s后常亮；H6—指示自动状态时电动机过载或SB5被按下，黄色信号灯(SB5被按下，H6常亮；电动机过载，H6以2Hz频率闪烁；电动机过载且SB5被按下，H6以1Hz频率闪烁)。

(5)设计某工厂设备电动机Y-△降压起动电路，LOGO!编程说明如下。

①当LOGO!处于停止或断电状态、损坏不工作时，SA逆旋到不动，设备为手动工作模式。

按下SB1按钮，KM1、KM2得电，电动机Y起动，开始定时。

3s后，KM2失电，KM3得电，电动机运行于
按下停止按钮SB2,电动机停止运行。

电动机过载时电动机停止运行，手动模式中电动机过载时不需要信号灯指示。

按下急停按钮SB5,电动机停止运行，手动模式中按下急停按钮时不需要信号灯指示。

顺时针方向旋转到不动，设备为自动工作模式。

按下起动按钮SB3,电动机Y起动。

Y形起动4s后，电动机运行于
按下停止按钮SB4,电动机停止运行。

电动机过载，热继电器THR动作，且在重置前电动机不能被起动。

当急停按钮SB5被按下，直到松开前,电路不能被接通。

3.2制定控制方案
技能大赛提供的西门子LOGO!产品编号是6ED10521MD080BA0，只有8个输入点和4个输出点，而该控制系统需要一个工作状态切换开关、5个按钮、3个接触器、6个指示灯,规定时间内设计难度较大，需要极其灵活地运用PLC及继电器接触器控制系统的知识，综合考虑才能设计出符合工作任务要求的电气控制线路。

设计完成的控制电路图如图3所示⑵。

设计完成的梯形图如图4所示⑶。

行调试等工作。

3.3控制方案说明
当切换开关SA逆旋到不动，LOGO!失电，接通右边的继电器接触器控制电路，设备处于手动工作模式。

此时，SB1为起动按钮, SB2为停止按钮，SB5为急停按钮。

当按下SB1时，交流接触器KM1,KM2线圈得电,电动机Y起动，信号灯H2常亮，3s后时间点分断，使KM2失电，其联锁触点复位, KM3线圈得电，电动机△运行。

KA2得电时, KA2在Q3端子上接的一个常开和一个常闭触点也动作，H4失电、H5得电，由T3（图4中的T003）常开触点使Q3、H5以1Hz频率闪烁（△运行的前3s）,3s后T2（图4中的T002）常开触点闭合接通Q3,H5常亮。

Q4、H6的工作情况同理，不再赘述。

继电器KT触点动作，KM2失电，KM3得电,电动机运行于△,H3常
亮。

按下SB2、SB5或电动机过载时，交流接触器KM1~KM3线圈均失电，电动机停止运行。

当切换开关SA顺时针旋转到不动时，设备为自动工作方式。

此时，SB3为起动按钮，SB4为停止按钮，SB5为急停按钮。

通过与DC24V正极相连的中间继电器KA1常开触点接通交流接触器KM1~KM3线圈。

当按下SB3时，LOGO!的输出继电器Q1输出，KA1线圈得电，KA1常闭触点分断，H2、H3失电（即自动工作方式时熄灭）；KA1常开触点闭合，使KM1、KM2线圈得电，电动机丫起动，4 s内由T4（图4中的T004）常开触点使Q3输出，H4以2Hz频率闪烁。

KT在KM1得电3s 时触点动作，因KM2得电，其联锁常闭触点分断使KM3线圈不能得电，KM1得电4s时Q2输出，KA2得电，KA2常闭触
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□ABU
T006
图4LOGO!梯形图
9
大型聚酯双向拉伸生产线ASI基层网络不停机升级
罗建方
（绍兴翔宇绿色包装有限公司设备部,312000,浙江绍兴）
ASI（Actuator-Sensor-Interface）是执
行器-传感器-接口的英文缩写,是一种用在
控制器（主站）和传感器/执行器（从站）之
间双向交换信息的总线网络，属于现场总线
（Fieldbus）下的底层监控网络系统。

ASI主站可以作为上层现场总线的一个节
点服务器，在它的下面可以挂接一批ASI从
站。

ASI总线主要运用于具有开关量特征的传
感器和执行器系统，传感器可以是各种原理的
位置接近开关及温度、压力、流量、液位开关
等。

执行器可以是各种开关阀门，电/气转换
器及声、光报警器，也可以是继电器、接触
器、按钮等低压开关电器。

ASI总线可以连接
模拟量设备，只是模拟信号的传输要占据多个
传输周期。

1生产线ASI总线故障现象
某包装公司有两条法国DMT公司制造的
大型聚酯薄膜双向拉伸生产流水线和四条德国
DORNIER公司制造的大型聚酯薄膜双向拉伸
生产流水线。

其中，两条法国DMT双向拉伸
设备为连续性生产（24h全天候运行），如设
4结语
本文针对传统及新兴电气设备控制系统,
阐述了控制系统的设计步骤，以世界技能大赛
电气装置项目的工作任务为例，由PLC为程
控中心完成系统设计，给出了详细的控制
方案。

在实际工业生产中，机械设备种类繁多,
控制要求各不相同，控对象的控制要求。

求使控制系统经济、系统的安全、可靠。

设计要最大限度地满足被
在满足要求的前提下，力
简单、易维护，保证控制
另外，考虑到生产的发展
备意外停机，经济损失是非常大的。

实际运行中，经常出现不定时的ASI基层
网络故障，造成其控制系统的连锁保护环节动
作，产生意外停机。

如温度测量值显示突然溢
出（由正常的250°C显示为32767°C）,模拟
输出的突然无输出等，情况严重时，ASI网络
所有模块均与PLC通信中断，设备瞬时自动
保护停机。

该生产线对连续运转的要求极高，不能容
忍随意或长时间停机。

综合对比了数种改造方
案，最终决定采用不停机升级改造：在不停机
的情况下实现ASI网络升级为工业以太网。

升级后，新增的PLC柜和原PLC柜之间
实现光纤通信，可彻底解决ASI基层网络在该
生产线上的各种通信干扰问题。

生产线配备Modicon TSX Premium系列
PLC的软件为PL74.4,其CPU型号为TSX
574823。

CPU模块自带TCP/IP ETY PORT端
口、PLC机架及PLC扩展机架，配有电
源模块、称重模块、TSX SAY1000总线模块
等。

原Modicon TSX Premium PLC柜如图1
所示。

和工艺的改进，在选择PLC时其输入输出点
数要适当留有余量。

参考文献
[1]岳庆来.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合
应用技术[M].北京:机械工程出版社,2006.
[2]李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练[M].北
京：中国劳动社会保障出版社,2014.
[3]杨杰忠.可编程序控制器及其应用[M].北京：中
国劳动社会保障出版社,2015.
（编辑志皓）
【可编程序控制器程序设计基础知识】。