西門子SR20在球磨減速機(jī)測(cè)溫上的應(yīng)用

鄭磊（山東魯碧建材有限公司，山東 濟(jì)南 271104）

1 存在的問(wèn)題

我公司一臺(tái)Φ3.5m×13m球磨機(jī)，主減速機(jī)為中心傳動(dòng)方式。主減速機(jī)作為球磨生產(chǎn)系統(tǒng)最關(guān)鍵的運(yùn)行設(shè)備之一，必須要有足夠的承載能力和運(yùn)行的可靠性。因此減速機(jī)內(nèi)部溫度保護(hù)顯得尤為關(guān)鍵，若是內(nèi)部軸瓦出現(xiàn)溫度保護(hù)不靈敏情況導(dǎo)致減速機(jī)出現(xiàn)故障，檢修難度大、檢修費(fèi)用高、檢修周期長(zhǎng)，對(duì)全廠的生產(chǎn)會(huì)造成較大影響。

該生產(chǎn)線自運(yùn)行10年以來(lái)，主減速12路軸瓦溫度只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)12路巡檢儀顯示。該儀表不能輸出4～20mA信號(hào)，因此上位機(jī)不能進(jìn)行顯示，中控操作人員不能及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。該巡檢儀只能實(shí)現(xiàn)當(dāng)任何一路達(dá)到設(shè)定值時(shí)候，輸出一個(gè)綜合故障，引發(fā)油站重故障，磨機(jī)跳停。具體是哪一路出現(xiàn)問(wèn)題，只能進(jìn)行細(xì)致排查。多路巡檢儀接線處是端子插頭，容易出現(xiàn)松動(dòng)，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)接觸不良情況，導(dǎo)致磨機(jī)跳停。當(dāng)跳停時(shí)候，只能對(duì)12路進(jìn)行認(rèn)真檢查，故障排查時(shí)間較長(zhǎng)，而且存在不確定軸瓦溫度高是自身原因還是溫度波動(dòng)引起的弊端。同時(shí)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(lái)不便。如何讓減速機(jī)溫度在中控顯示，而且溫度顯示準(zhǔn)確、信號(hào)波動(dòng)小，現(xiàn)場(chǎng)能夠直觀顯示12路溫度，是我們需要解決的問(wèn)題。

2 改造思路

為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度在中控顯示，中控操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控主減速機(jī)內(nèi)部溫度，通過(guò)WINCC歸檔，實(shí)現(xiàn)對(duì)減速機(jī)溫度歷史查詢，提高對(duì)重點(diǎn)設(shè)備的管控力度，進(jìn)一步降低現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢人員的巡檢強(qiáng)度。

原來(lái)減速機(jī)12路測(cè)量溫度經(jīng)三線制輸出后到測(cè)溫端子排。

（1）常規(guī)思路：可以在現(xiàn)場(chǎng)增加12個(gè)溫度變送器，將Pt100信號(hào)轉(zhuǎn)為4～20mA信號(hào)，將該信號(hào)引至PLC模擬量輸入模塊。但是從現(xiàn)場(chǎng)端子到PLC控制室，線纜需要120m左右，而且進(jìn)入配電室后，有高壓電機(jī)水阻柜和高壓柜，低壓動(dòng)力電纜也較多，有可能會(huì)有信號(hào)干擾，造成溫度波動(dòng)較大，改造后可能達(dá)不到預(yù)期效果。

（2）現(xiàn)場(chǎng)增加PLC控制系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)進(jìn)入CPU進(jìn)行處理后，通過(guò)新加PLC與現(xiàn)在的西門子400PLC進(jìn)行通信，可以有效杜絕信號(hào)干擾問(wèn)題。在選擇CPU的問(wèn)題上，我們本著投資少、操作簡(jiǎn)單、通信便捷、信號(hào)傳輸穩(wěn)定的原則，首先選擇以太網(wǎng)或者S7通信，其次是兼容性的問(wèn)題，因SR20、SR40等系列CPU標(biāo)配PROFINET接口，支持多種通信協(xié)議，可與PLC、上位機(jī)等連網(wǎng)通信，最終選用西門子SR20系列。

3 改造過(guò)程

3.1 硬件組態(tài)和控制回路配置

現(xiàn)場(chǎng)增加小配電柜一個(gè)，CPU采用西門子SR20，擴(kuò)展模塊直接采用對(duì)應(yīng)該CPU的RTD測(cè)溫模塊：EM AR04(4AI RTD)，每個(gè)模塊可以采集4路模擬量輸入，因此需要3個(gè)該型號(hào)的模塊即可?，F(xiàn)場(chǎng)硬線連接線見圖1，系統(tǒng)塊組態(tài)見圖2。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)硬線連接線

圖2 系統(tǒng)塊組態(tài)

3.2 程序顯示

因?yàn)槲覀儾捎玫氖荝TD模擬量輸入模塊，輸入的是電阻信號(hào)，將測(cè)得的整數(shù)變量經(jīng)過(guò)數(shù)值轉(zhuǎn)換后除以10即可得到實(shí)際溫度顯示值。部分編程內(nèi)容見圖3。

圖3 RTD模擬量輸入模塊部分編程內(nèi)容

由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)圖3程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控，我們看到第一路（AIW16）、第二路（AIW18）溫度為44.7和46.5，顯示穩(wěn)定。下一步重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)S7-400PLC與SR20的通信，讓400CPU讀取遠(yuǎn)程SR20處理的數(shù)據(jù)。

3.3 SR20與400PLC的通信

在STEP7編程軟件內(nèi)，進(jìn)入組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，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(jī)油站設(shè)置IP地址。

SR20以太網(wǎng)口的設(shè)置可以通過(guò)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(yǔ)言較簡(jiǎn)單。

網(wǎng)絡(luò)配置已經(jīng)完成后，在S7-400中可以通過(guò)SFB/FB14"GET"從遠(yuǎn)程CPU中讀取數(shù)據(jù)，通過(guò)SFB/FB 15"PUT"向遠(yuǎn)程CPU寫入數(shù)據(jù)。在S7-400中插入系統(tǒng)功能塊SFB14、SFB15。建立功能FC500，調(diào)用SFB14、SFB15，建立對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊DB18、DB17，填寫上對(duì)應(yīng)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(dòng)SFB，即將寫入/讀取的區(qū)域和數(shù)據(jù)將被發(fā)送到伙伴CPU。因此，我們寫了一個(gè)中斷程序，M118.5為200ms的脈沖，每200ms，調(diào)用一次SFB14和SFB15，見圖4。

圖4 中斷程序

因S7-400沒(méi)有V區(qū)，需要手動(dòng)建立DB1來(lái)代替。即在SR20中的V區(qū)對(duì)應(yīng)S7-400的DB1數(shù)據(jù)塊，這個(gè)時(shí)候用指針訪問(wèn)一個(gè)數(shù)據(jù)塊，必須要指定該數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)類型為實(shí)數(shù)類型數(shù)據(jù)，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(guān)系。通過(guò)以上步驟，我們通過(guò)S7通信實(shí)現(xiàn)了S7-400與SR20數(shù)據(jù)讀寫。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)球磨機(jī)磨頭、磨尾大瓦溫度只能中控顯示，而在現(xiàn)場(chǎng)不能查看大瓦溫度，在S7-400程序里面增加程序段，將四個(gè)溫度數(shù)據(jù)寫到DB20中，SR20即可接收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。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(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)直觀顯示12路溫度數(shù)據(jù)，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)增加觸摸屏，型號(hào)TK6071iQ。該觸摸屏分辨率為800×600，供電電源10.5-28VDC。通過(guò)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(guò)EasyBuilder Pro軟件實(shí)現(xiàn)。通過(guò)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(shì)畫面，動(dòng)態(tài)掌握12路減速機(jī)溫度趨勢(shì)變化情況，見圖6。

圖6 減速機(jī)溫度趨勢(shì)畫面

3.5 中控實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)減速機(jī)溫度顯示

S7-400讀取遠(yuǎn)程SR20數(shù)據(jù)后，我們可以直接在WINCC上建立變量，通過(guò)編輯后顯示球磨機(jī)減速機(jī)內(nèi)部溫度。

4 改造效果

通過(guò)改造，球磨主減速內(nèi)部12路軸瓦溫度在觸摸屏上得到了直觀的顯示，同時(shí)原來(lái)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(jī)系統(tǒng)重要的監(jiān)控參數(shù)都能夠在現(xiàn)場(chǎng)和中控顯示，進(jìn)一步提高了我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)設(shè)備、重點(diǎn)參數(shù)的預(yù)知預(yù)控能力。通過(guò)再400程序內(nèi)編寫保護(hù)程序，當(dāng)某一路溫度超過(guò)60℃后，延時(shí)5s主機(jī)設(shè)備跳停，既可以解決溫度波動(dòng)引起主機(jī)誤動(dòng)作跳停，又對(duì)主機(jī)保護(hù)更加準(zhǔn)確。改造后，測(cè)溫系統(tǒng)顯示準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠，大大減少了主機(jī)設(shè)備的停機(jī)次數(shù)，具有較好的推廣前景。