烟草制丝电气故障模拟诊断台的构建与应用

摘　要：针对目前烟草制丝设备电气故障诊断存在的问题，利用故障模拟诊断台，能使一线电气维修人员较为直观地认识和了解其网络与硬件组成及其软件设计，学习网络故障排除基本方法经验，有利于提高他们的实际维修操作技能。

关键词：制丝设备　电气故障　故障模拟诊断台

中图分类号： TS4

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）008-050-02

1 技术背景

随着现代信息技术和PLC技术的不断发展，分布式I/O控制系统在工厂自动化和过程自动化中的应用迅速增长，现场总线技术已成为工业网络通信中的佼佼者，以网络为主干的自动化分布式控制系统成为行业趋势，因此，研究如何运用现代诊断技术从工业控制系统中快速诊断出故障原因与部位，是现场实际工作中迫切需要解决的课题，而电气故障模拟诊断台构建与应用正是走向生产实际应用的关键步骤之一。

2 具体构建方案

在车间电修室设计安装电气故障模拟诊断台，PLC采用德国西门子公司的S7-300和S7-400，工业网络采用PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA以及工业以太网。模拟诊断台设有各种电参数调节装置，可模拟现场各种工作状态，将先进控制思想、现代控制技术最新发展集于一身。该模拟诊断台主要分为主站区、网络区、子站区、检测区、执行区、编程器等六个区（见图1）。

2.1 主站区

电源系统、主站PLC模块系统、信号模块及人机界面显示等。电源系统输入为220VAC，输出为24VDC，为CPU、输入/输出模块提供电源，各模块之间通过背板总线相连接。背板总线集成在模块上，模块通过U形总线连接器相连，每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。安装时先将总线连接器插在CPU模块上，并固定在导轨上然后依次装入各个模块。该区S7-300/400PLC是德国西门子公司可编程控制器的主流产品，也是本模拟诊断台的控制中枢，CPU上有DP接口，通过该接口来连接各个子站。S7-300/400PLC基于模块化，采用DIN标准导轨安装，配置灵活、安装简单、扩展方便，各种模块之间可以进行广泛的组合和扩展。信号模块是数字量I/O模块和模拟量I/O模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。

2.2 网络区

PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA以及工业以太网等。该网络区所采用的现场总线是自动化工厂的数字通信网络，是连接一系列基于某种现场总线的嵌入式设备开放系统，它能将不同厂家生产的可编程设备连接在单层或多层网络上，实现分散控制和集中管理。PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，并以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放标准、众多的厂商支持和不断发展的应用行规，成为现场级通信网络的最优解决方案，在现场总线领域处于领先地位。PROFIBUS-DP是主站和从站之间采用轮询的通信方式，支持高速的循环数据通信。PROFIBUS-PA是电源和通信数据通过总线并行传输，适用于生产现场的过程自动化，PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度、流量和阀门定位器等现场设备连接起来，可用来替代4-20mA的模拟技术，省去了大量电缆的敷设，提高了现场检测的可靠性。工业以太网符合国际标准IEEE802.3，是功能强大的区域和单元网络，对现场设备，如生产设备、测试设备、条码器、PC及以太网设备进行控制，完成车间级生产信息及产品质量信息的管理。该网络区可实现计算机与PLC之间的连接（上位连接），PLC与PLC之间的连接（同位连接）；PLC主机与它们的远程模块之间的连接（下位连接）。

2.3 子站区

子站ET200S模块系统、馈电器、变频器等。该区中ET200S是PROFIBUS-DP网络系统子站，起到信号通信与控制作用，通过一根两芯专用网线将现场设备连接到控制装置，并保证在各个部件之间的高速通信，该设备安装只需很小的空间，代替了过去繁杂的电缆连接。馈电器控制不需要调速的电机，用于异步电动机的单向或可逆启动，可以直接控制7.5KW以下的电动机，一个站可以带6个馈电器，通过PROFIBUS现场总线网络可以调用其开关状态和诊断信息，运行时可带电更换馈电器。变频器控制需要调速的电机，用于异步电动机的单向或可逆启动，可以控制7.5KW以上的电动机。

2.4 检测区

模拟量控制系统（如：EP调节器、温度传感器等）、数字量控制系统（如：定位器、流量计等）、检测计量系统（如：压力传感、温度传感、水分仪等）。该区检测器件将现场检测到的温度、开度、流量、压力信号等参数通过PROFIBUS-PA网反馈到主站区，以参与现场控制，使各项参数满足生产工艺要求。

2.5 执行区

电动机、电磁阀等。该区是工业现场控制的最底层，来执行子站区的命令与动作。执行区主要由三相异步电动机与电磁阀组成。电动机为设备提供动力源，电磁阀控制气路的开启，以带动气缸、阀类的运行。

2.6 编程器

用于控制程序的编制、编辑、调试和监视，并将程序通过工业以太网或适配器下载到PLC中。

3 应用效果

按上述构思、设计构建完成后，经过多次试验调试投入使用后，达到了如下效果：

(1)将烟草制丝线上现有的PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA以及工业以太网网络应用及故障模拟诊断，较为直观、有效地在计算机上进行在线或离线故障诊断，为状态检修奠定了基础。

(2)便于在生产一线维修人员中开展技术交流与技术比武，缩短了电气故障维修时间，对生产现场运行状况进行远程诊断。

(3)为温度传感器、压力传感器、水分仪等现场检测计量器件的各项参数离线校验提供了方便，使各项参数满足了生产工艺要求。

参考文献：

[1]　崔坚,李佳.西门子工业网络通信指南[M].北京:机械工业出版,2004.

[2]　刘美俊.西门子S7-300/400PLC应用案例解析[M].北京:电子工业出版社,2009.

[3]　郑风翼,张继研.图解西门子S7-300/400系列PLC入门[M].北京:电子工业出版社,2009.