基于西门子LOGO！的真空泵自动控制系统设计
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【摘 要】西门子LOGO！是介于继电器和PLC之间的可编程逻辑控制器，它简单灵活，易于设计、维护。本文采用西门子LOGO！作为真空泵自动控制系统的控制器，对海普赛能源科技公司原来真空控制系统进行了改造设计。阐述了其控制原理、特点，在实际应用中的可靠性和优越性。同时对在安装调试、维护使用中应注意的问题提出了有益的建议。
【关键词】真空泵；西门子LOGO！；可靠性
0引言
在锂电电池等制造行业，烤箱、搅拌机、自动注液机、封口机等设备必须在真空状态下运行，一旦真空系统出现故障，不仅只是维修真空泵的问题，而且生产无法进行，直接损失巨大，因此保证真空系统包括其控制系统运行的可靠性至关重要。
LOGO！即可编程逻辑控制器。它不同于PLC，不具备数学运算功能，但它本身集成了编程能力，且其带负载能力非常强，只要选对型号，无须中间继电器和交流接触器，就可直接接入负载；它也不是继电器，其内部集成了多种继电器功能，外部接线极其简单。它填补了继电器和PLC之间的技术空间。以简单灵活、易于设计、易于维护逐渐赢得青睐。
1 控制系统的构成
1.1基于西门子LOGO！控制的设计思想
环宇集团海普赛能源科技有限公司真空系统由两台真空泵组成，原来的电气控制柜是继电器控制，各种继电器合计十余个。由于继电器触点容易接触不良，时常出现故障，因此必须进行改造，原先准备改用PLC进行控制，这样可用软件代替大量继电器，只要程序写好，故障率会大大下降。但是PLC各输入、输出端硬件接线线路都要经过公共输入、输出端，接线很不方便，同时PLC动辄几千元或以上，价格不菲，这就造成原料成本和安装成本很高，可是LOGO！市场价格才几百元，并且各输入点只要取自同一相电源即可，而输出又是继电器触点，没有公共端，这在硬件设计上相当自由。在软件编程上又可将故障状态编成文本显示在显示面板上，并且给出输出报警。而面板上的光标键又可作为输入开关编程，从而节省硬件投资。基于以上比较，选用LOGO！ 230RC作为控制器对真空泵电气控制系统进行了改造。
1.2基于西门子LOGO！控制系统组成
真空负压吸引系统以真空罐为真空存储设备，采用两台水环式真空泵抽取空气，用管道连接各管道终端的快速接头。管路上装有两组真空负压电接点压力表进行自动控制。一组设定为正常值，当负压达到–0.06MPa时压力表触点接通自动停泵，待真空负压上升到–0.03MPa时自动启动真空泵运行；另一组压力表上下限设定为–0.066MPa和–0.026MPa作为备用。泵的进气管上安装有电磁阀，电磁阀与泵电机同步启动、关闭，以防止停泵时水和空气返流进入真空系统内。正常工作时两泵“交帮”状态运行，即合上电源后一台泵首先工作，负压值达到–0.06MPa后自动停泵，待真空系统的负压上升到–0.03MPa时自动启动另一台真空泵运行，这样周而复始使系统保持在设定的真空范围内。而当管路发生泄漏或一台泵损坏时，采用“连帮”状态运行，即一台泵启动运行10秒仍无法达到需要的真空状态另一台泵跟着启动运行（以减少两泵同时启动对电网的瞬时压降）。
1.2.1系统硬件配置
系统应用LOGO！硬件设计控制原理图见图1。
图1 LOGO！硬件设计控制原理图
P1、P2是真空负压电接点压力表，其四个电接点（触点开关）分别接入LOGO！的I1～I4，P1负压值设定为–0.03MPa～–0.06MPa，P2负压值设定为–0.026MPa～–0.066MPa。F为电磁阀，与泵电机同步启动、关闭。SA1为急停开关，供操作人员发现紧急情况时使用。SA2、SA3 为多功能转换开关，转到手动档时供应急或检修时使用；转到自动档时分别输入信号到I7、I8为LOGO！自动控制。若真空泵停泵检修时，SA2或SA3转换到停止档，使检修的泵退出自动控制。I5、I6输入点通过对相应接触器常开辅助触头的开∕闭信号采集，结合Q1、Q2的输出状态，对真空泵的启停状态进行监控。若Q1置位输出，则KM1线圈得电吸合，1#泵运行，KM1常开辅助触点闭合，I5输入信号电压，若电机或线路发生严重过载、短路、欠压、缺相、接触器线圈短路等故障，则QF2、FR1或FU2自动保护，切断KM1线圈控制回路，常开辅助触点因线圈失电复位，I5失去输入信号电压，Q4报警输出，LOGO！自动转为Q2置位输出，接通KM2线圈，使2#泵投入运行。同理，若2#泵电机或线路发生故障，则QF3、FR2或FU3自动保护切断KM2线圈控制回路，I6失去输入信号电压，系统自动转为Q1置位输出并报警，1#泵投入运行。Q3输出交帮、连帮工作状态，交帮状态时HL4常亮，连帮状态时HL4闪亮（亮5秒，灭5秒）。HL1为电源指示，HL2、HL3为1、2#泵工作指示。
1.2.2软件开发
根据硬件配置设计，LOGO！对应的I/O分配如表1所示。
（1）启动标志位M1 停泵标志位M2
M1、M2功能块编程见图2。
（2）1#泵故障位M4，2#泵故障位M5，程序通过对I5、I6端电平的采集，结合Q1、Q2的输出情况，即若Q1已置位而I5无输入电压，则M4置位，判断为1#泵出现故障；同理可判断2#泵情况。延时功能块是为了响应程序读取输入量的时间，同时也方便软件仿真，编程分别见图3。
（3）连帮标志位M6
M6编程和M3编程见图4。
由于连帮运行状态是在非常态下使用（平时不用），从表1可知，LOGO！八个输入点已分配完毕，为节约成本，这里不增加LOGO！模块，采用面板上的光标键来编程。按住右光标键5秒后RS功能块置位，M1启动后M6置位输出连帮运行；按住左光标键5秒后RS功能块复位，M6复位退出连帮运行（第一、第二次设计的产品采用软件中的“软键”特殊功能块而不是光标键来编程，通過Switch=on、off来解决）。 （4）1#泵运行控制Q1 2#泵运行控制Q2
Q1置位输出时1#泵运行，Q2置位输出时2#泵运行，编程分别见图5.和图6.
结合图4、图5、图6，正常工作时，SA2、SA3同时转到自动位置，合上电源后I7、I8输入电压，这时Q1、Q2、M3都在复位状态，M1启动后Q1首先置位（图5），从图6可知，这时Q2因Q1置位互锁而不能置位，1#泵启动运行，M3置位（见图4），M2置位后Q1复位停泵，这时M3由于自锁还是置位状态（图8），Q1因M3置位互锁而不能置位（图5），M1再次启动后Q2置位（图6），Q1因Q2互锁而不能置位（图5），2#泵启动运行，这时M3复位（图4），M2置位后Q2复位停泵，这时M3还是复位状态（图4）且使Q2不能置位（图6），M1再次置位后Q1置位（图5），如此周而复始。发生故障时M4或M5置位后自动置位Q2或Q1。I7或I8单独输入时，自动转为相应的1#泵或2#泵自动控制运行（见图4，即M3复位状态时控制Q1置位；M3置位状态时控制Q2置位）。
E 交帮、连帮指示Q3 故障报警指示Q4
Q3在I7、I8同时输入时常亮，而M6也置位时闪亮。Q4在M4、M5置位，I2、I4输入高电位时置位输出，接通报警电路，以通20秒断10秒脉冲报警，按住下光标键5秒后Q4复位。编程中对交帮、连帮、1#泵、2#泵运行状态及故障信息共输出十个文本信息，特别是报警信息，使维修人员一到现场马上就可以知道故障原因，从而节省了维修时间，保证了负压站的正常运行。
2 运行效果
该控制系统自2007年投入运行至今，只发生过1起2#真空泵发生故障1#真空泵作为备用立即投入也就是“连帮”运行的情况（后来经过维修人员查看是2#真空泵内部叶轮损坏，进行了处理），未曾发生影响真空负压中断情况，可以说经受住了考验。
3 结论
（1）该设计简单、经济、实用；操作简单，很好理解，一般电工无论接线还是安装较快就能掌握；
（2）运行可靠，维修简便，硬件故障容易查找；编程经过培训，很快就能掌握；
（3）不足之处在于如果两台真空泵同时坏的情况下，需要停机进行检修，会影响生产，还须进一步完善。
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作者简介：
户振峰（1973-），男，河南安阳人，工程师，学士，主要从事电气自动化方面的教学和研究工作。
（作者单位：重庆科创职业学院）
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