西門子SR20在球磨減速機測溫上的應用

鄭磊（山東魯碧建材有限公司，山東 濟南 271104）

1 存在的問題

我公司一臺Φ3.5m×13m球磨機，主減速機為中心傳動方式。主減速機作為球磨生產系統最關鍵的運行設備之一，必須要有足夠的承載能力和運行的可靠性。因此減速機內部溫度保護顯得尤為關鍵，若是內部軸瓦出現溫度保護不靈敏情況導致減速機出現故障，檢修難度大、檢修費用高、檢修周期長，對全廠的生產會造成較大影響。

該生產線自運行10年以來，主減速12路軸瓦溫度只能通過現場12路巡檢儀顯示。該儀表不能輸出4～20mA信號，因此上位機不能進行顯示，中控操作人員不能及時掌握設備運行狀態。該巡檢儀只能實現當任何一路達到設定值時候，輸出一個綜合故障，引發油站重故障，磨機跳停。具體是哪一路出現問題，只能進行細致排查。多路巡檢儀接線處是端子插頭，容易出現松動，有時候會出現接觸不良情況，導致磨機跳停。當跳停時候，只能對12路進行認真檢查，故障排查時間較長，而且存在不確定軸瓦溫度高是自身原因還是溫度波動引起的弊端。同時多路巡檢儀的溫度顯示是輪巡顯示，間隔20s顯示下一路溫度，顯示不直觀，給員工巡檢帶來不便。如何讓減速機溫度在中控顯示，而且溫度顯示準確、信號波動小，現場能夠直觀顯示12路溫度，是我們需要解決的問題。

2 改造思路

為了實現現場溫度在中控顯示，中控操作人員實時監控主減速機內部溫度，通過WINCC歸檔，實現對減速機溫度歷史查詢，提高對重點設備的管控力度，進一步降低現場點檢人員的巡檢強度。

原來減速機12路測量溫度經三線制輸出后到測溫端子排。

（1）常規思路：可以在現場增加12個溫度變送器，將Pt100信號轉為4～20mA信號，將該信號引至PLC模擬量輸入模塊。但是從現場端子到PLC控制室，線纜需要120m左右，而且進入配電室后，有高壓電機水阻柜和高壓柜，低壓動力電纜也較多，有可能會有信號干擾，造成溫度波動較大，改造后可能達不到預期效果。

（2）現場增加PLC控制系統，將現場溫度信號進入CPU進行處理后，通過新加PLC與現在的西門子400PLC進行通信，可以有效杜絕信號干擾問題。在選擇CPU的問題上，我們本著投資少、操作簡單、通信便捷、信號傳輸穩定的原則，首先選擇以太網或者S7通信，其次是兼容性的問題，因SR20、SR40等系列CPU標配PROFINET接口，支持多種通信協議，可與PLC、上位機等連網通信，最終選用西門子SR20系列。

3 改造過程

3.1 硬件組態和控制回路配置

現場增加小配電柜一個，CPU采用西門子SR20，擴展模塊直接采用對應該CPU的RTD測溫模塊：EM AR04(4AI RTD)，每個模塊可以采集4路模擬量輸入，因此需要3個該型號的模塊即可。現場硬線連接線見圖1，系統塊組態見圖2。

圖1 現場硬線連接線

圖2 系統塊組態

3.2 程序顯示

因為我們采用的是RTD模擬量輸入模塊，輸入的是電阻信號，將測得的整數變量經過數值轉換后除以10即可得到實際溫度顯示值。部分編程內容見圖3。

圖3 RTD模擬量輸入模塊部分編程內容

由此實現了對現場數據的采集，通過圖3程序實時監控，我們看到第一路（AIW16）、第二路（AIW18）溫度為44.7和46.5，顯示穩定。下一步重點是實現S7-400PLC與SR20的通信，讓400CPU讀取遠程SR20處理的數據。

3.3 SR20與400PLC的通信

在STEP7編程軟件內，進入組態網絡，找到1#qiumo，插入新連接，連接類型建立S7連接。并為S7-400 CPU減速機油站設置IP地址。

SR20以太網口的設置可以通過SR20專用編程軟件STEP 7-Micro/WIN SMART，該編程軟件與S7-200編程軟件類似，編程語言較簡單。

網絡配置已經完成后，在S7-400中可以通過SFB/FB14"GET"從遠程CPU中讀取數據，通過SFB/FB 15"PUT"向遠程CPU寫入數據。在S7-400中插入系統功能塊SFB14、SFB15。建立功能FC500，調用SFB14、SFB15，建立對應的背景數據塊DB18、DB17，填寫上對應地址即可。

在通信中，PUT和GET要在控制輸入REQ的上升沿處啟動SFB，即將寫入/讀取的區域和數據將被發送到伙伴CPU。因此，我們寫了一個中斷程序，M118.5為200ms的脈沖，每200ms，調用一次SFB14和SFB15，見圖4。

圖4 中斷程序

因S7-400沒有V區，需要手動建立DB1來代替。即在SR20中的V區對應S7-400的DB1數據塊，這個時候用指針訪問一個數據塊，必須要指定該數據塊，數據類型為實數類型數據，比如本通信中的P#DB1.DBX0.0 BYTE 56。這樣就建立了S7-400中DB1.DBD0-DB1.DBD56與SR20中VD0-VD56的讀取映射關系。通過以上步驟，我們通過S7通信實現了S7-400與SR20數據讀寫。同時，現場球磨機磨頭、磨尾大瓦溫度只能中控顯示，而在現場不能查看大瓦溫度，在S7-400程序里面增加程序段，將四個溫度數據寫到DB20中，SR20即可接收到相應的數據。程序段見圖5。

圖5 在S7-400程序里面增加的程序段

3.4 觸摸屏的應用

為了實現直觀顯示12路溫度數據，我們在現場增加觸摸屏，型號TK6071iQ。該觸摸屏分辨率為800×600，供電電源10.5-28VDC。通過COM2：RS-485 2W/4W，可與SR20通信。觸摸屏畫面制作、變量連接，可以通過EasyBuilder Pro軟件實現。通過U盤下載到觸摸屏即可。我們還利用威綸通觸摸屏，增加趨勢畫面，動態掌握12路減速機溫度趨勢變化情況，見圖6。

圖6 減速機溫度趨勢畫面

3.5 中控實現現場減速機溫度顯示

S7-400讀取遠程SR20數據后，我們可以直接在WINCC上建立變量，通過編輯后顯示球磨機減速機內部溫度。

4 改造效果

通過改造，球磨主減速內部12路軸瓦溫度在觸摸屏上得到了直觀的顯示，同時原來只能在中控顯示的球磨磨頭、磨尾球面瓦溫度也能夠在觸摸屏上顯示。球磨機系統重要的監控參數都能夠在現場和中控顯示，進一步提高了我們對現場重點設備、重點參數的預知預控能力。通過再400程序內編寫保護程序，當某一路溫度超過60℃后，延時5s主機設備跳停，既可以解決溫度波動引起主機誤動作跳停，又對主機保護更加準確。改造后，測溫系統顯示準確，運行可靠，大大減少了主機設備的停機次數，具有較好的推廣前景。