S7—1200在平板離心機中的應用

【摘要】在使用平板離心機生產檸檬酸的工程中，因工藝需求，需要調節離心機轉鼓的速度（即改變電機轉速），其控制方式是使用S7-1200通過USS協議與變頻器通信，使用USS寫指令改變變頻器的速度參數，從而達到調節電機轉速，實現設備的速度變化，同時使用回饋制動單元，能夠快速停車，降低運轉循環時間，提高生產效率，來實現生產工藝的需求。

【關鍵詞】離心機;s7-1200;uss協議

Application of S7-1200 PLC in plate centrifuge

QINDAO GAOXIAO HEAVY INDUSTRY MACHINERY MANUFACTURE CO.，LTD，79#TIEQISHAN road ZHAI Chao

Abstract：During the project of producing citric acid，drum speed of plate centrifuge needs to adjust because of the craft demand.Its control method is the communication between S7-1200 and Frequency Converter using USS Protocol.Speed parameter of Frequency Converter is modified using the USS protocol so the electrical rotational speed is adjusted and thus changed equipment's speed.The back coupling brake unit is also used to realize stopping fast，reducing running cycle time and improving production efficiency to satisfy the need of production technology.

Key word：Centrifuge;s7-1200;USS Protocol

1.項目簡介

本項目中，所用離心機生產的產品，用于制藥行業，因此生產現場密閉，并且做防爆處理，所用設備要有一定的防爆等級（ExⅡT4），離心機屬于重載啟動運行，并且是大功率設備，采用變頻器拖動方式，同時為了節省成本，采用一臺電控柜控制兩臺設備，并且為了能提高生產效率，采用能量回饋單元制動，快速停機，縮短循環時間。

2.工藝流程介紹

本方案采用一臺電控柜同時控制兩臺設備輪流交替運行，其中一臺設備開始進料，進料結束后，電機開始啟動，由變頻器拖動電機，達到額定轉速（50HZ），然后控制變頻器自由停車，快速脫開變頻器，切換至工頻（50HZ）運行，然后人工水洗，把物料洗干凈，經過高速旋轉一段時間，進行物料脫水，一邊脫水一邊排廢液，等待脫水結束，把廢液全部排出，轉鼓壁上留下一層結晶體，此時快速切斷工頻，變頻器切入，變頻器運行，并檢測此時的速度，速度追蹤到后，控制變頻器減速運行，同時能量回饋單元工作，把剎車時多余的能量，輸送回電網，使設備快速停止運行，然后人工卸料，卸料結束，繼續下一次的循環，單臺設備每次循環時間大約在40～50分鐘，其中脫水時間大約30分鐘;兩臺設備不能同時升速或者降速，一臺設備在變頻器運行時，另一臺或者禁止運行，或者運行在工頻狀態。

圖1 平板離心機工作流程圖

3.方案確定

此項目在做方案時，剛好處于西門子在中國大陸新推出一款新的控制器S7-1200，并且以后作為一款主打產品，同時推出可以和300、400，觸摸屏等各種設備程序編程的兼容軟件。在此條件下，本著能保證生產工藝需求，成本低等各項指標，同時能達到對新產品應用的熟悉過程，并且下載程序只需要一根網線就可以完成下載任務，筆者選擇了S7-1200作為此項目的控制器。

4.產品硬件配置

本項目為了降低成本，采用一拖二設計方案（即一臺變頻器拖動兩臺電機），需要硬件配置如下：

表1 硬件分配

名稱 數量（個） 備注

大型斷路器 1 總電源開關

小型斷路器 1 控制回路開關

PLC 1 CPU1212C

485模塊 1 通信

中間繼電器 4 控制交流接觸器

交流接觸器 4 變頻與工頻的切換

西門子變頻器 1 拖動電機

能量回饋單元 1 快速剎車

開關電源 1 24V供電

圖2 PLC硬件組態

表2 PLC I/O分配

輸入點 功能 輸出點 功能

I0.0 1號電機啟動按鈕 Q0.0 1號電機變頻器運行

I0.1 1號電機停止按鈕 Q0.1 1號電機工頻運行

I0.2 2號電機啟動按鈕 Q0.2 2號電機變頻器運行

I0.3 2號電機停止按鈕 Q0.3 2號電機工頻運行

I0.4 1號電機熱保護檢測 Q0.4 變頻器驅動器故障

I0.5 2號電機熱保護檢測

I0.6 變頻器故障確認位

5.軟件開發

在軟件開發過程中，由PLC通過USS協議實現與變頻器的通信，通過PLC對變頻器寫入速度值，使得電機達到指定速度。電機啟動，Q0.0（或Q0.2）輸出，KM1（或KM3）吸合，變頻器運行，在變頻器拖動電機到達全速后，控制變頻器停止輸出，使電機自由停止，同時快速切斷KM1（或KM3），Q0.1（或Q0.3）輸出，KM2（或KM4）吸合，電機切換到工頻運行;在設備停止運行時，需要切斷KM2（或KM4），同時快速吸合KM1（或KM3），然后變頻器運行，開啟電機速度追蹤，速度追到后，減速停車，此時回饋制動單元運行，把剎車時造成的大量電能，返回到電網上去，既可以達到速剎車的目的，同時節省能源。每一臺設備升速或者降速過程中，都要通過變頻器來實現，并且是重載運行，所以兩臺設備不能同時升速或者降速，在一臺設備變頻器運行時，另一臺必須保證禁止運行或者工頻運行，兩臺設備之間有互鎖關系。在升速或者降速時，電機由變頻器保護，工頻運行時，由熱保護繼電器保護電機（見表2）。

圖3 USS協議

6.應用體會

通過對SIMATIC S7-1200 控制器的使用， 讓我對這款新推出的控制器有了一個全新的認識，軟件編程環境美觀，操作方便，尤其是對于初學者，有個編程向導，使用起來非常好，而且新款的控制器也成為此項目的一個亮點，功能強大，可以和觸摸屏直接硬件組態，同時傳輸程序很方便，同時也成為本公司在以后的項目軟件開發中，不可忽視的一個選擇。但是由于這是最近幾年剛推來的新產品，它的編程軟件還不是很成熟，需要進一步完善;而且軟件安裝要求比較高，比較大，所以要求計算機的配置相對要高一些，存在硬件不兼容的情況，需要進一步改進。

參考文獻

[1]S7-1200可編程控制器系統手冊.

[2]MICROMASTER 440使用大全.

[3]胡壽松.自動控制原理（4版）[M].

作者簡介：翟超（1986—），男，山東濱州人，大學本科，現供職于青島高校重工機械制造有限公司。