智能化试车台控制系统

【摘 要】采用西门子S7-300PLC控制系统，与现场接线箱，信号转接柜紧密结合，实现了由一套控制系统控制多套试车台机组的智能控制结构，有效的节约了控制成本，切换方便，运行可靠。本文介绍了控制系统的硬件结构和控制方案的设计。

【关键词】控制系统；信号转接；控制方案

1 概要

压缩机在现场生产运行中通过控制系统来进行机组性能的监测和调节，根据用户的工况条件，满足用户的生产需求。试车台控制系统有如下特点：

首先，齿轮压缩机的试车台控制系统中，虽然有六个试车台位，但只采用了一套控制系统来完成全部六个试车台位的控制内容。因为，在实际试车过程中， 六个台位的机组，不会有个或两个以上同时进行试车试验，试车台的控制系统，只要能完成一台压缩机的控制试验内容即可。

其次，因为压缩机的种类很多，每台压缩机的测点内容、试验内容不同， 要测试试车机组的全面性能指标，完成压缩机试验站产品试验提供在线监测、工况调节、辅机设备控制和试验数据分析处理及存储等功能，这样就需要，我们在进行控制系统设计的时候，在考虑控制系统的容量和测量内容方面，满足机组的最大化要求。即控制系统的控制设计，按最多测点，最高要求，最全面试车方案进行设计。必须要求控制测点完整，全面。试车台的控制系统才能更加完整，可靠。

第三，控制系统的测点选择问题，因为控制系统虽然按最大化要求进行设计，但不同的机组的检测内容不同，这样，每次进行机组试车之前，就必须要进行选择，不同的机组，不同的工况条件，选择不同的试验内容。以保证试验内容清晰，有条理。

第四，整个试车台系统，有好多共用的设备和测量内容，如油站，冷却水站，大气压力，温度，湿度等。这些部分作用每台机组都需要用的共用测点，不参与机组测点筛选，直接进入控制系统。

在试车台控制系统中，当一台机组试车的时候，在其它的控制台位上，还可以进行机组的安装，拆卸和检查工作，能够满足试车台台位的通用性和方便快捷性。

试车台机组的控制系统采用上下位机相结合的控制模式，运用中控室信号选通柜实现信号选通，满足了在产品试验站上一套系统可以对应试验站6个台位中任意一个台位上进行产品性能试验的要求。采用分散式采集、集中控制的系统结构，将均在同一硬件和软件平台的气动性能试验、机械运转试验和各工艺系统的辅机操作控制装置互联成一个整体，把设备控制、数据采集和处理有机地结合起来。而各试车台位的公用测点，如空气温度，油站信号，高低压控制测点等，不通过现场转接柜和选通柜，直接进入PLC控制系统进行控制检测。

2 试车台控制系统结构

本系统由信号采集箱、现场信号转接柜、中控室信号选通柜、PLC控制系统、振动分析系统、操作N站、信号传送电缆等组成，见试车台控制系统结构图：

现场设有机组试车信号的移动信号采集箱23个，大气参数信号采集箱1个，水站信号采集箱1个，采集箱内均包含信号传送、调理及变送单元；现场固定转接柜6个；中控室信号自动选通柜6个；PLC控制柜2个；振动分析系统柜1个；操作站1套；传输电缆1套。

齿轮试车台共有6个试车台位，按每个台位最大200个测点计算、加上油、水、电等辅机测点回路总数在1500点以上。会使系统投资成本大幅度增加（PLC的I/O模块、振动监控系统等数量均为6套）。而多台位试车台智能化控制系统研究，大大节省了5套控制系统的成本和5套振动位移振动监控系统的成本。多台位试车台智能化控制系统采用一套PLC系统对六个试车台位的信号和执行机构进行数据采集和控制，通过对6个台位的选通，只需将某一个正在开车的台位信号测点传入PLC即可，不但大大降低了设备投资和制作难度，而且减少了复杂线路的相互干扰，使整套系统可靠性、易维护性大大增加。

3 试车台控制系统功能

多台位试车台智能化控制系统的核心部分是PLC，系统结构采用类似DCS系统的特点形式，即分布式数据采集、信号集中控制的形式，与CAN总线系统相比，具有现场采集设备成本低廉、故障率极低、各路通道互不影响、安全可靠等一系列优点，绝不会出现现场与中控室通信中断、全部试车信号均不能上传的问题。本系统中即使个别测点回路出现问题，也不影响其它测点的采集，使试车效率、成功率极大提高。

多台位试车台智能化控制系统，现场信号转接柜和中控室信号选通柜内部设备采用模块化设计，各个模块具有统一的电路结构，互换性极强，完全通用，通过互换更容易查找故障，仪表工就能胜任维修工作。同时模块采用低功耗、高可靠元器件使得系统使用寿命有效延长。另外由于通用性强所以备件类型很少，可有效降低日后的维护成本。

多台位试车台智能化控制系统中的信号采集箱内部装有信号便送器，将各种物理变量转变成4-20mA标准电信号，整个信号传输通路传递的均为标准信号，这样一来提高了信号线路的抗干扰性，二来统一了回路结构，能够采用同一规格的信号传输器材，有利于故障判断和日常维护。

选通柜设有远方PLC/本地控制选择开关，可实现上位机选通操作。系统的模块数和通道数均设计了20%余量，扩展或临时更换信号通道均不成问题。由于试车台现场空间有限，现场转接柜设计为低矮结构，有利于压缩机吊装拆解，同时不阻碍望视线。

测控系统是为机械在产品试验站进行气动性能试验和机械运转试验。转试验主要检测压缩机在常压和抽真空条件下，各轴承的温度、振动、位移和键相位等，现场传感器数据经现场移动采集箱，连到机组旁对应的现场信号转接柜，经信号转接柜送到中控室信号选通柜，经过选通柜将某一个正在开车的台位信号测点传入PLC控制系统，最后通过上位机系统对数据进行显示、分析和处理。气动性能试验主要检测压缩机开式条件下和单缸两段闭式条件下的气动性能试验时，各段进出口气体的压力、温度、流量，各级气体冷却器进水流量、回水温度，机壳温度等。现场传感器数据经移动采集箱，连到机组旁对应的现场信号转接柜，经信号转接柜送到中控室信号选通柜，经过选通柜将某一个正在开车的台位信号测点传入PLC控制系统，最后通过上位机系统对数据进行显示、分析和处理。

对工艺系统中的油泵、水泵、加热器、阀门等辅助设备及其他调节装置进行满足试车工艺要求的实时控制，并能在计算机屏幕上进行工况的调节，并对调节和控制过程进行实时的跟踪显示（如在气动性能测试室内，根据计算机屏幕显示的压缩机性能参数，点动控制电动阀门的阀门位置进行工况调节，并显示阀位开度）。

4 总结

压缩机试车台控制系统的设计具有重大的意义，它进一步推进了压缩机组试车试验的发展，同时试车台建立在制造车间厂房内部，压缩机的试车试验在制造车间内部试车台上完成，避免了直接运往用户现场后存在故障问题的风险。通过在试车台上进行设备试验，这样就可以开展许多的故障模拟等试验内容，避免了在用户现场的实际运转后才能发现的问题和不足。

实践证明，多台位试车台智能化控制系统在我集团齿轮公司运转以来，系统性能可靠，操作方便，智能化程度高等优点。多台位试车台智能化控制系统的成功研制，对增加我集团自主研制试车台项目具有重大意义。

参考文献：

[1]程周.可编程序控制器技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

[2]周军.电气控制及PLC[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]吉永成.用 PLC对数台空气压缩机的控制[M].机械工业出版社，2002.