西门子6ES7321-1CH20-0AA0性能参数
1 引言
空气压缩机作为气动控制系统的气源设备，其在运行过程中的稳定程度和可靠性直接关系到生产安全性。由于早期的电气控制多为继电器线路，长期运行容易老化，从而使灵敏度降低，在运行过程中会经常出现停机故障，给正常生产造成影响。采用可编程控制器技术改造空气压缩机的控制，克服了传统的纯继电器控制电路的不足，不仅可以完成对开关量控制，还能实现对模拟量进行控制。满足了系统对控制准确性和安全性的要求。
2 系统工作过程
2.1 空气压缩机组的工作过程
在设备上电开机后，系统对空缩机的运行条件进行检查，当冷却水压力、空压机曲轴箱油压满足要求时，1＃机启动，2＃机作为备用，其启动方式均采用y-δ起动方式，y-δ起动延时为6秒。起动后，储气罐开始充气，在储气罐压力达到设定值0.7mpa时空缩机进气阀关闭，机器空运转。当储气罐压力下降到0.65mpa时，进气阀打开，进行充气。由于故障等原因使储气罐压力降到设定值0.55mpa时，且1#机处于停机状态，则2#机起动并正常运行，其运行原理同1#机相同，继续对储气罐充气。在储气罐压力降到0.55mpa时，且2#机处于停机状态，1＃机起动并正常运行。两台机器的正常运行时间均为12小时，也就是说，一台机器运行到12小时时，无论其有无故障，或是储气罐压力是否低于0.55mpa，均要停机并启动另一台机器。
2.2 气体干燥设备的工作原理
两台压缩机共用一台气体干燥设备。无热气体干燥器，开机后，a塔先做吸附运行，b塔做再生运行。在设定的时序控制下，进气电磁阀a2打开a1、b1、b2均关闭，压缩空气经a2阀，从底部进入a塔，在向上运输过程中，气体中的水分被塔内吸附剂吸掉，干燥的气体通过梭阀c进入储气缺罐，在a2打开后，经延时10秒b1打开，用b塔中的残余气体从上到下运动，将吸附剂中的小分从b1阀带出，经消声器排空。其开启的10秒时间是进行b塔脱附工作。在a2打开后延时十分钟后b2电磁阀打开，a2阀关闭，b塔进行充气，十秒后，a1阀打开，a塔中剩余气体从上至下经a1阀，从d消声器排出，并将a塔中水分带出，使a塔脱附，经延时十秒a1阀关闭。此时，由于a塔中的压力下降，b塔中的压力上长，梭阀c将a排气口关闭，将b排气口打开。同理，在b2阀开启十分钟后，a2阀打开，b2阀关闭，延时十秒，b1阀打开，使b塔进行脱附运行。就这样两塔交替运行，进行对气体的干燥。
图1 空气压缩机组工作原理
3 系统的控制要求
3.1 空气压缩机的控制要求
（1） 开机前按通电源，所有安装在中控室和现场的状态指示灯点亮，显示当前状态。
（2）按下起动按钮，空压机按y-δ方式起动，进气口电磁阀打开，开始给储气罐充气。在起动时，不要求两台机器运行，但可选任意一台先运行。
（3） 正在运行的机器，运行时间超过12小时或故障，备用机起动，并运行。
（4） 在运行过程中，如果发生水压、油压不足，立刻停机，并发出指示。
（5） 按下停止按钮，停机。
3.2 气体干燥器的控制要
气体干燥器的控制与空压机的运行同步，与空压机的电源一并打开，其起动受空压机的主接触器的控制。
4 系统硬件设计
4.1 系统配置
本设计所选用的是西门子300CPU，I/O口选用OYES-SM321和OYES-SM322数字量输入/输出模块及OYES-SM331模拟量输入模块在其三号扩展槽的第二个SM口上依次进行扩展。
4.2 扩展单元I/O分配及接线
对奥越信300PLC的扩展口进行分配，其接I/O口定义如附表所示。
开关量信号的采集，空压机在高速运行时，必须有很好的冷却系统和润滑系统，以避免运行过程中产生的热量对机器造成损坏。水压、油压是要考虑的，采用压力开关进行这些量的采集，并连接到其数字量输入模块sm321上，起始地址为100.0-100.3。模拟量的采集主要是用于测试储气罐的压力，以控制空压机运行。这些量需要用压力变送器进行采集，并将0-1mpa的压力转换成4-20ma的电流信号送到模拟量输入模块SM331上，其起始地址为672-687。其硬件接线如图2所示。
对于空压机的y-δ起动，在软件程序设计中已经对其进行km2和km3、km5和km6的互锁，但为了其运行的安全性，在硬件连接中再一次对其进行互锁，确保起动时由于触点烧蚀或其它故障造成不能断开而产生短路情况。气体干燥器部分有四个电磁阀，这四个阀的在电源接通后，由km1和km4进行控制，无论是1＃机还是2＃一旦起动，气体干燥器就开始工作，其a塔下面的a2阀打开，a塔先行工作。按前述的工作原理进行工作。用km1和km2控制这一部分能保证气体干燥器与空压机的同步工作。
5 软件设计
5.1 空压机控制
依据空压机的工作原理设计其运行程序。开机，检查其水压、油压，在这些条件满足时1#机起动，并开始正常运转。在此要注意的是，在运动中2#机的起动，由于它一方面要受到定时器的控制，还要受到储气罐的压力控制，当储气罐的压力低于0.55mpa时，这说明1#机故障，2#机起动，这与1#机的初始条件相同，在开机时，储气罐的压力为0，两台机器都可以运行，在这里要求通过压力变送器和km1、km4共同对开机进行控制。km1、km4分别与压力变送器串接进行对两台机器的互锁运行控制。其主机和备用机的运行梯形图如图3所示，通过i672与q108.3控制1#机起动，i672与q108.0控制2#机的起动。这样就使得，当压力低于设定值0.55mpa时，两台机器不至于起动。
图3 空压机梯形图
5.2 气体干燥器系统控制
空压机气体干燥器系统的梯形图对气体干燥器的控制，主要依据两台空压机的起动情况而定。作为共用部分，无论那一台机器起动都要求气体干燥运行，在气体干燥的梯形图中不必设计起、停按钮，而是通过q108.0和q108.3即1#、2#机的km1、km4来完成其控制。
6 结束语
本次改造后，在空压机在运行过程中，减少了操作人员到现场的巡回次数，可以通过在中控室直接观察空压机的工作状况，对现场出现的异常情况发出的报警信号，可做出快速反应，而不是像以前那样，等到其它气动控制的设备出现气压不足报警时才发现空压机系统有问题。经过这一年多的运行，除了设备的机械故障外，基本上没有出现控制上面的问题，完全符合设计要求。采用奥越信PLC其并且对空压机的控制，使其操作简便，在运行过程中的安全性和稳定性也得到提高。(end)
平面光波导（PLC）分路器封装技术
随着光纤通信产业的复苏以及FTTX的发展，光分路器（Splitter）市场的春天也随之到来。
目前光分路器主要有两种类型：一种是采用传统光无源器件制作技术（拉锥耦合方法）生产的熔融拉锥式光纤分路器；另一种是采用集成光学技术生产的平面光波导（PLC）分路器。PLC分路器是当今国内外研究的热点，具有很好的应用前景，PLC分路器的封装是制造PLC分路器中的难点。
PLC分路器内部结构。
PLC分路器的封装是指将平面波导分路器上的各个导光通路（即波导通路）与光纤阵列中的光纤一一对准，用特定的胶（如环氧胶）将其粘合在一起的技术。其中PLC分路器与光纤阵列的对准**度是该项技术的关键。PLC分路器的封装涉及到光纤阵列与光波导的六维紧密对准，难度较大。当采用人工操作时，其缺点是效率低，重复性差，人为因素多且难以实现规模化的生产等。
PLC分路器实物照片。
PLC分路器的制作
PLC分路器采用半导体工艺（光刻、腐蚀、显影等技术）制作。光波导阵列位于芯片的上表面，分路功能集成在芯片上，也就是在一只芯片上实现1、1等分路；在芯片两端分别耦合输入端以及输出端的多通道光纤阵列并进行封装。其内部结构和实物照片分别如图1、2所示。
与熔融拉锥式分路器相比，PLC分路器的优点有：（1）损耗对光波长不敏感，可以满足不同波长的传输需要。（2）分光均匀，可以将信号均匀分配给用户。（3）结构紧凑，体积小，可以直接安装在现有的各种交接箱内，不需留出很大的安装空间。（4）单只器件分路通道很多，可以达到32路以上。（5）多路成本低，分路数越多，成本优势越明显。
PLC分路器的主要缺点有：（1）器件制作工艺复杂，技术门槛较高，目前芯片被国外几家公司垄断，国内能够大批量封装生产的企业很少。（2）相对于熔融拉锥式分路器成本较高，特别在低通道分路器方面更处于劣势。
PLC分路器封装技术
PLC分路器的封装过程包括耦合对准和粘接等操作。PLC分路器芯片与光纤阵列的耦合对准有手工和自动两种，它们依赖的硬件主要有六维精密微调架、光源、功率计、显微观测系统等，而常用的是自动对准，它是通过光功率反馈形成闭环控制，对接精度和对接的耦合效率高。
PLC分路器封装主要流程如下：
（1）耦合对准的准备工作：先将波导清洗干净后小心地安装到波导架上；再将光纤清洗干净，一端安装在入射端的精密调整架上，另一端接上光源（先接6.328微米的红光光源，以便初步调试通光时观察所用）。
（2）借助显微观测系统观察入射端光纤与波导的位置，并通过计算机指令手动调整光纤与波导的平行度和端面间隔。
（3）打开激光光源，根据显微系统观测到的X轴和Y轴的图像，并借助波导输出端的光斑初步判断入射端光纤与波导的耦合对准情况，以实现光纤和波导对接时良好的通光效果。
（4）当显微观测系统观察到波导输出端的光斑达到理想的效果后，移开显微观测系统。
（5）将波导输出端光纤阵列（FA）的和第八通道清洗干净，并用吹气球吹干。再采用步骤(2)的方法将波导输出端与光纤阵列连接并初步调整到合适的位置。将其连接到双通道功率计的两个探测接口上。
（6）将光纤阵列入射端6.328微米波长的光源切换为1.310/1.550微米的光源，启动光功率搜索程序自动调整波导输出端与光纤阵列的位置，使波导出射端接收到的光功率值大，且两个采样通道的光功率值应尽量相等（即自动调整输出端光纤阵列，使其与波导入射端实现**的对准，从而提高整体的耦合效率）。
图3.1分支PLC分路器芯片封装结构
（7）当波导输出端光纤阵列的光功率值达到大且尽量相等后，再进行点胶工作。
（8）重复步骤（6），寻找波导输出端光纤阵列接收到的光功率大值，以保证点胶后波导与光纤阵列的佳耦合对准，并将其固化，再进行后续操作，完成封装。
在上面的耦合对准过程中，PLC分路器有8个通道且每个通道都要**对准，由于波导芯片和光纤阵列（FA）的制造工艺保证了各个通道间的相对位置，只需把PLC分路器与FA的通道和第八通道对准，便可保证其他通道也实现了对准，这样可以减少封装的复杂程度。在上面的封装操作中重要、技术难度高的就是耦合对准操作，它包括初调和**对准两个步骤。其中初调的目的是使波导能够良好的通光；**对准的目的是完成佳光功率耦合点的**定位，它是靠搜索光功率大值的程序来实现的。对接光波导需要6个自由度；3个平动（X、Y、Z）和3个转动（α、β、g），要使封装的波导器件性能良好，则对准的平动精度应控制在0.5微米以下，转动精度应高于0.05度。
1×8分支PLC分路器的封装
对1分支PLC分路器进行封装，封装的耦合对准过程采用上面介绍的封装工艺流程。对准封装后的结构如图3所示，封装的组件由PLC分路器芯片和光纤阵列组成。在PLC分路器芯片的连接部位，为了确保连接的机械强度和长期可靠性，对玻璃板整片用胶粘住。光纤阵列是用机械的方法在玻璃板上以250微米间距加工成V形沟槽，将光纤阵列固定在此。制作8芯光纤阵列的高累计间隔误差平均为0.48微米，**度极高。在PLC分路器芯片与光纤阵列的连接以及各个部件的组装过程中，为了减少组装时间，采用紫外固化粘接剂。光纤连接界面是保持长期可靠的重点，应选用耐湿、耐剥离的氟化物环氧树脂与硅烷链材料组合的粘接剂。为了减少端面的反射，采用8°研磨技术。连接和组装好光纤阵列后的PLC分路器芯片被封装在金属（铝）管壳内。1分支的组件外形尺寸约为73。