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技術(shù)頻道

嵌入式PLC在隧道窯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

  1 引言
  隧道窯是一種連續(xù)式窯爐,由預(yù)熱區(qū)、高溫區(qū)、急冷區(qū)和緩冷區(qū)組成,主要用于建筑陶瓷、日用陶瓷等燒制。隧道窯的控制涉及傳動控制,溫度、壓力的檢測、控制以及其它控制。我們采用科威EASY系列PLC開發(fā)出的高可靠性、高性價比的隧道窯控制系統(tǒng),已于2005年7月成功應(yīng)用在湖北華窯集團(tuán)中亞窯爐公司承建的越南某隧道窯中。下面介紹此窯的控制方案。
  2 用戶要求
  1、溫度控制區(qū)8組。
  2、溫度顯示區(qū)10組。
  3、熱電偶:18支。其中:K分度11支S分度7支
  4、風(fēng)機(jī)選型
  排煙風(fēng)機(jī):15kw一開一備要星-三角啟動。
  助燃風(fēng)機(jī):15kw一開一備要星-三角啟動。
  急冷風(fēng)機(jī):11kw一開一備(變頻)
  抽熱風(fēng)機(jī):15kw一開一備要星-三角啟動。
  快冷風(fēng)機(jī):7.5kw一開一備直接啟動。
  軸流風(fēng)機(jī):0.18kw8臺直接啟動
  5、安全連鎖。
  開關(guān)量互鎖:必須是硬件互鎖和軟件互鎖。在設(shè)計時進(jìn)一步落實工藝互鎖要求。
  6、使用人機(jī)界面控制
  現(xiàn)場設(shè)人機(jī)界面,所有操作均可在人機(jī)界面上完成;
  面板按鈕與人機(jī)界面按鈕互為備份。(集中分散型控制)
  7.關(guān)控制信息能傳到計算機(jī),計算機(jī)只作信息管理用,不參與控制。
  計算機(jī)畫面應(yīng)含有:現(xiàn)場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設(shè)定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報表打印功能。
  3 解決方案
  3、1系統(tǒng)分析
  3、1、1溫度采集部分
  10支熱電偶,K、S兩種分度號。
  3.1、2溫度控制部分
  18點溫度中,其中8點(設(shè)計時需指定)用來作溫度控制用。在這8點溫度控制中,其中7點是控制執(zhí)行器閥位值,改變?nèi)剂献⑷肓浚瑥亩箿囟确€(wěn)定。另外一點是控制急冷變頻器輸出頻率,改變急冷風(fēng)機(jī)運行速度,從而調(diào)節(jié)急冷區(qū)溫度。其它因素由人工調(diào)整(如助燃風(fēng)、燃?xì)鈮毫Φ龋?BR>  每個控溫點占用一路模擬量輸出,急冷變頻器占用一路模擬量輸出,執(zhí)行器采取開度定位方式。
  因此溫度控制占用:
  8 路模擬量(輸入、輸出)。
  3.1、3相關(guān)風(fēng)機(jī)部分
  3.1.3、1排煙風(fēng)機(jī)控制
  排煙風(fēng)機(jī)一用一備,二者邏輯上互鎖,電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制,每套占三個開關(guān)輸出點(主、星、三角),占三個開關(guān)輸入點(啟動、停止、故障),因此排煙風(fēng)機(jī)控制占用:
  6點開關(guān)輸入:(啟動、停止、故障)*2。
  6點開關(guān)輸出:(主、星、三角)*2。
  3.1、3.2助燃風(fēng)機(jī)控制
  助燃風(fēng)機(jī)一用一備,二者邏輯上互鎖,電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制,每套占三個開關(guān)輸出點(主、星、三角),占三個開關(guān)輸入點(啟動、停止、故障),因此排煙風(fēng)機(jī)控制占用:
  6點開關(guān)輸入:(啟動、停止、故障)*2。
  6點開關(guān)輸出:(主、星、三角)*2。
  3.1、3.3急冷風(fēng)機(jī)控制
  急冷風(fēng)機(jī)快慢由變頻器調(diào)整,通過PLC內(nèi)部PID運算輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號,來控制變頻器的輸出頻率。同時在人機(jī)界面上也可以實行手自動切換進(jìn)行控制。因此急冷風(fēng)機(jī)占用:
  5點開關(guān)輸入:急冷A啟動、急冷B啟動、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
  2點開關(guān)輸出:(運行控制)*2。
  1點模擬輸出:頻率調(diào)節(jié)(手自動調(diào)節(jié))。
  3.1、3.4抽熱風(fēng)機(jī)控制
  抽熱風(fēng)機(jī)一用一備,二者邏輯上互鎖,但電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制,每套占三個開關(guān)輸出點(主、星、三角),占三個開關(guān)輸入點(啟動、停止、故障),因此抽熱風(fēng)機(jī)控制占用:
  6點開關(guān)輸入:(啟動、停止、故障)*2。
  6點開關(guān)輸出:(主、星、三角)*2。
  3.1、3.5快冷風(fēng)機(jī)控制
  快冷風(fēng)機(jī)一開一備,直接輸出控制,因此占用:
  6點開關(guān)量輸入:(啟動、停止、故障)*2。
  2點開關(guān)量輸出:(運行控制)*2。
  3.1、3.6軸流風(fēng)機(jī)控制
  軸流風(fēng)機(jī):0.18kw8臺,直接輸出控制,因此占用:
  3點開關(guān)量輸入:啟動、停止、故障。
  1點開關(guān)量輸出:運行控制。
  3.1、3.7安全連鎖
  開關(guān)量互鎖:必須的硬件互鎖和軟件互鎖。在設(shè)計時進(jìn)一步落實工藝互鎖要求。
  3.2控制器件選型
  據(jù)以上統(tǒng)計,有溫度采集8點;
  開關(guān)量輸入:49點模擬量輸入:8點
  開關(guān)量輸出;34點模擬量輸出;8點
  故需選用:溫度采集模塊:CAN―AD12161臺
  溫度控制:EASY―M0808R―A0404NB2臺
  風(fēng)機(jī)控制部分采用:Easy-M1608R2臺
  另需做主站的PLC(Easy-M1608R)1臺,用于控制拖車部分的PLC(Easy-M1608R)4臺,
  顯示控制的人機(jī)界面一臺(10.4英寸,真彩色),用于監(jiān)控的普通計算機(jī)一臺。其他電器部分:變頻器,開關(guān)電源,空氣開關(guān),接觸器,繼電器,按鈕,指示燈,報警器,柜體等。
  CAN-AD1216:
  有16路溫度輸入
  有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口,可與各采集模塊、Easy系列的PLC互連組成網(wǎng)絡(luò)。
  Easy-M0808R-A0404NB:
  有8點開關(guān)量輸入、8點開關(guān)量輸出。有4路模擬量輸入、4路模擬量輸出。
  有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口,可與各采集模塊、PLC互連。
  有與通用人機(jī)界面相連的RS0串口,便于現(xiàn)場監(jiān)視和操作。
  有與計算相連的RS1串口,便于計算機(jī)記錄管理。
  Easy-M2416R:
  有24點開關(guān)量輸入、16點開關(guān)量輸出。
  有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口,可與各采集模塊、PLC互連。
  有與通用人機(jī)界面相連的RS0串口,便于現(xiàn)場監(jiān)視和操作。
  有與計算相連的RS1串口,便于計算機(jī)記錄管理。
  每臺塊Easy-M1608R:
  有16點開關(guān)量輸入、8點開關(guān)量輸出。
  有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口,以便于各采集模塊相連。
  有與通用人機(jī)界面相連的RS0串口,便于現(xiàn)場監(jiān)示和操作。
  有與計算相連的RS1串口,便于計算機(jī)記錄管理。
  3、3控制結(jié)構(gòu)圖
  3、4PLC接線示意圖
  1#從站接線示意圖
  2#從站接線示意圖
  3#從站接線示意圖
  4#從站接線示意圖
  5#從站接線示意圖
  注:其中主站與拖車部分(6#從站-9#從站)的PLC接線示意圖略
  4、系統(tǒng)控制的實現(xiàn)
  4.1所有的風(fēng)機(jī)控制和電磁閥以及拖車都是由PLC的開關(guān)量控制。
  下面是排煙風(fēng)機(jī)A的星--三角控制程序的梯形圖程序:
  4、2模擬量溫度采集由一臺AD1216采集。
  4、3所有的模擬量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成,溫度由Easy-M0808R-A0404NB經(jīng)過PID調(diào)節(jié)輸出(4-20mA給執(zhí)行器和變頻器),控制執(zhí)行器與變頻器,從而控制窯爐的溫度。
  下面是其中一路PID輸出控制執(zhí)行器的梯形圖程序:
  4、4所有的控制設(shè)備組成一個網(wǎng)絡(luò),整個CAN總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)由CANSET軟件來實現(xiàn),它是圖形化界面的軟件,設(shè)置起來十分簡便。設(shè)置內(nèi)容包括:網(wǎng)絡(luò)設(shè)備總數(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址、網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)的內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊速度等。它還能根據(jù)用戶的需要,靈活設(shè)置每個設(shè)備的任務(wù)級別,以保證網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配。
  下圖是在CANSET下設(shè)置的本系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)配置:
  4、5相關(guān)信息通過RS485網(wǎng)絡(luò)傳到計算機(jī),計算機(jī)只作信息管理用,不參與控制。
  在計算機(jī)中包含有:現(xiàn)場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設(shè)定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報表打印功能。計算機(jī)中的各個曲線圖每隔2分鐘自動保存一次。
  4、6人機(jī)界面操作說明
  上圖是主畫面,由四部份組成。最上面是日期時間顯示與警報走馬燈及中英文切換按鈕。其中時間日期可以在“畫面四”中進(jìn)行設(shè)置(一般情況下無須設(shè)置)。警報走馬燈顯示11臺風(fēng)機(jī)的運行故障與燃?xì)獬蓿ㄉ舷孪蓿┮约?個從站掉線顯示。當(dāng)系統(tǒng)無故障時,報警走馬燈顯示設(shè)備運行正常。
  中間上半部分是現(xiàn)場模擬圖,從中可以觀測到現(xiàn)場設(shè)備及工藝運行的一些情況,如11臺風(fēng)機(jī)的運行指示燈,在風(fēng)機(jī)運行時,相應(yīng)的指示燈會變成綠色;主電磁閥以及各支電磁閥開啟時其對應(yīng)的指示燈會變成綠色。
  中間下半部分是11臺風(fēng)機(jī)的啟動、停止按鈕以及主電磁閥的開、關(guān)按鈕,根據(jù)工藝及安全連鎖要求,只有排煙風(fēng)機(jī)(A或B)啟動后才能啟動助燃風(fēng)機(jī)(A或B),助燃風(fēng)機(jī)啟動后(A或B)才能開啟總閥,總閥開啟后才能開啟各支電磁閥。以上各設(shè)備的連鎖要求依次是排煙風(fēng)機(jī)――助燃風(fēng)機(jī)――總閥――各支電磁閥。
  在沒有啟動前級設(shè)備的情況下,是不會啟動后級設(shè)備的,反之如果停止了前級設(shè)備,后級設(shè)備也相應(yīng)的自動停止。上述各設(shè)備之間的啟動順序在程序上進(jìn)行了連鎖,同時在硬件配線上也進(jìn)行了連鎖。
  最底部是四個換面按鈕與警報解除按鈕以及按鍵鎖按鈕,按壓各個換畫面按鈕可以進(jìn)入其對應(yīng)的子畫面。“警報解除”按鈕是一個交替型按鈕,按壓“警報解除”按鈕可以解除發(fā)生故障時的聲光報警輸出,它只能暫時解除當(dāng)前的聲光報警,報警走馬燈上還會顯示相應(yīng)的故障,如果故障沒有排除,在下次PLC啟動運行時還會發(fā)出聲光報警。“按鍵有效”按鈕是一個交替型按鈕,“按鈕無效”鍵是為了保護(hù)界面按鈕不被誤按而設(shè)置的,當(dāng)“按鈕無效”時,按壓風(fēng)機(jī)啟停按鍵及總閥按鈕是不會產(chǎn)生動作的。
  5總結(jié)
  本控制系統(tǒng)采用EASY系列PLC,硬件結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,響應(yīng)速度快,性價比高,還可以根據(jù)實際需要很方便地進(jìn)行擴(kuò)展,有極強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。現(xiàn)場使用表明,其性能穩(wěn)定,運行可靠。

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