文良華，王賢武，王顯權(quán)（1.宜賓學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，四川宜賓644007；.中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所，甘肅蘭州70000；.蘭州興豐源電氣有限公司，甘肅蘭州70000）

S7-300PLC和W incc在白灰窯除塵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

文良華1,2，王賢武2，王顯權(quán)3
（1.宜賓學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，四川宜賓644007；2.中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所，甘肅蘭州730000；3.蘭州興豐源電氣有限公司，甘肅蘭州730000）

設(shè)計(jì)了一種基于西門(mén)子S7-300PLC的白灰窯除塵控制系統(tǒng)，重點(diǎn)討論其除塵工藝、系統(tǒng)構(gòu)成、PLC的軟件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控界面的組態(tài).采用MPI總線實(shí)現(xiàn)PLC和上位機(jī)之間的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸，完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控.系統(tǒng)在白灰窯惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中能穩(wěn)定可靠地工作，并具有自動(dòng)化程度高、監(jiān)控直觀、維護(hù)升級(jí)容易等優(yōu)點(diǎn).

除塵控制；組態(tài)軟件；PLC；自動(dòng)化

Wen LH,Wang XW,Wang XQ.Application of S7-300 PLC and Wincc in Control System for Dust Collecting of Lime Kiln[J].Journalof Yibin University,2015,15（6）：24-27.

煉鋼工序需要大量的石灰形成爐渣，而石灰在煅燒時(shí)排放大量的有害氣體和10μm以下的有害粉塵[1].白灰窯排放的煙氣和粉塵對(duì)環(huán)境造成了大量的破壞.目前有色冶煉行業(yè)主要采用袋式除塵、電除塵、濕法洗滌除塵等方法，其中袋式除塵特別適合在鋼廠出料工序中使用，具有安全、經(jīng)濟(jì)、除塵效果好等優(yōu)點(diǎn)，但其控制過(guò)程較復(fù)雜.某國(guó)有大型鋼鐵公司為完成煉鋼工序中節(jié)能減排的任務(wù)，對(duì)已有三個(gè)白灰窯高爐進(jìn)行除塵改造.參照行業(yè)相關(guān)的除塵工藝和成功案例，采用低壓布袋除塵工藝對(duì)白灰窯煙氣除塵，其具體的工藝流程如圖1所示.

三個(gè)白灰窯排放的煙塵隨鋼管道到并網(wǎng)后，混風(fēng)閥引入外風(fēng)調(diào)節(jié)其溫度.煙氣在大型引風(fēng)機(jī)正向風(fēng)力作用下，流經(jīng)布袋除塵箱體對(duì)其脫塵.低壓脈沖閥離線反吹和定時(shí)清灰，粉塵將收集到除塵室的集灰斗中；再經(jīng)卸灰閥匯集在刮板機(jī)上，最后傳送至粉塵罐中待運(yùn)輸.為實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控，采用了西門(mén)子S7-300系列PLC控制器，利用MPI總線實(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通信，并在Wincc環(huán)境下組態(tài)人機(jī)界面，完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)監(jiān)視和控制.

1　控制系統(tǒng)組成

由于白灰窯煙塵顆粒大且流動(dòng)性弱，需大型的引風(fēng)機(jī)以增加其流動(dòng)性.煙塵溫度是低壓脈沖布袋除塵的關(guān)鍵；溫度過(guò)高會(huì)影響布袋的壽命，甚至燒毀布袋；溫度過(guò)低又會(huì)出現(xiàn)糊袋現(xiàn)象，影響煙塵的過(guò)濾[1-2].整個(gè)系統(tǒng)采用煙氣鋼管道開(kāi)放性散熱，并在布袋進(jìn)口處裝混風(fēng)閥控制空氣流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣溫度的調(diào)節(jié).根據(jù)除塵工藝和設(shè)備特點(diǎn)，系統(tǒng)采用了如圖2所示的S7-300PLC作為控制器.

圖1　某白灰窯除塵工藝流程Fig.1　The schematic view of dustcollecting of lime kiln

圖2　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2　The hardware configuration of PLC control system

以西門(mén)子313C-2DP模塊作為系統(tǒng)控制器，SM321數(shù)字模塊（64輸入點(diǎn)）采集電機(jī)狀態(tài)輸入、操作開(kāi)關(guān)和連鎖保護(hù)輸入，SM322數(shù)字模塊（64輸出點(diǎn)）的輸出作為震打器、反吹閥、刮灰板、引風(fēng)機(jī)、卸灰閥、空壓機(jī)等設(shè)備的起停及時(shí)序控制.

系統(tǒng)配置SM331模擬輸入模塊，采集煙氣溫度、儲(chǔ)灰塔粉塵高度以及混風(fēng)閥的開(kāi)度等模擬量.SM332模塊輸出電流控制混風(fēng)閥開(kāi)度.MPI總線實(shí)現(xiàn)PLC與本地機(jī)柜工控機(jī)的數(shù)據(jù)通信[3]，在WINCC組態(tài)的界面下完成除塵現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控和MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成.

布袋除塵箱體有12個(gè)除塵室.每個(gè)除塵室配有一個(gè)提升閥和8個(gè)脈沖閥，用以反吹；每?jī)蓚€(gè)除塵室裝配1個(gè)集灰斗和1個(gè)震打器，以實(shí)現(xiàn)清灰工序；每三個(gè)安裝有卸灰閥的集灰斗組成一條刮灰線，按照設(shè)定時(shí)間完成卸灰和刮灰的任務(wù)；加上運(yùn)灰報(bào)警、手動(dòng)操作按鈕，系統(tǒng)需要大量I/O節(jié)點(diǎn).系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如圖3所示的電氣線路，配合PLC程序設(shè)計(jì)，用20個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)完成96個(gè)反吹閥和12個(gè)提升閥的節(jié)點(diǎn)控制，大大減少PLC數(shù)字輸出點(diǎn)數(shù)，降低成本.

圖3　PLC矩陣輸出點(diǎn)電氣線路Fig.3　Thematrix outputstructure of PLC control system

2　流程控制

煙氣除塵的主要過(guò)程分為離線反吹、循環(huán)清灰、卸灰和刮灰四個(gè)過(guò)程系統(tǒng).難點(diǎn)是有限的PLC數(shù)字輸出點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)12個(gè)除塵室即96個(gè)脈沖閥的反吹.除采用圖3所示的數(shù)字輸出矩陣減少I(mǎi)/O點(diǎn)數(shù)外，設(shè)計(jì)了如圖4所示的循環(huán)反吹、定時(shí)清灰、間隔卸灰和刮灰的PLC程序結(jié)構(gòu).

圖4　PLC除塵程序設(shè)計(jì)Fig.4　The flowchartof PLC program configuration

首先通過(guò)提升閥截?cái)?#除塵室正向引風(fēng)機(jī)風(fēng)力，依次以脈沖（寬度可調(diào)）方式啟動(dòng)1#至8#脈沖閥離線反吹吸附在布袋上灰塵.8個(gè)脈沖閥循環(huán)反吹結(jié)束，開(kāi)啟1#提升閥完成第一個(gè)除塵室的反吹；切換至下個(gè)除塵室繼續(xù)相同的反吹，直至最后一個(gè)除塵室的最后一個(gè)脈沖閥反吹結(jié)束，執(zhí)行下一次反吹循環(huán).定時(shí)啟動(dòng)集灰斗上的震打器和卸灰閥，實(shí)現(xiàn)除塵清灰和卸灰功能；根據(jù)生產(chǎn)情況，可調(diào)整定時(shí)周期，同時(shí)要求能手動(dòng)反吹、清灰、卸灰.

為實(shí)現(xiàn)良好除塵的煙氣溫度，SM331模塊采集管道煙氣溫度和環(huán)境溫度，在CPU中采用模糊規(guī)則查表混風(fēng)閥開(kāi)度值[4-5]，經(jīng)SM332模擬輸出到混風(fēng)閥電機(jī)控制器，以實(shí)現(xiàn)煙氣溫度的可靠控制.模糊控制可以準(zhǔn)確地離散控制混風(fēng)閥開(kāi)度值，大大減少了混風(fēng)閥電機(jī)因頻繁連續(xù)調(diào)節(jié)而產(chǎn)生的機(jī)械故障和過(guò)流故障.

3　組態(tài)設(shè)計(jì)

除塵控制系統(tǒng)采用MPI總線實(shí)現(xiàn)PLC控制器與箱體工控機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸.在WINCC組態(tài)軟件環(huán)境下，設(shè)計(jì)了除塵工藝界面、卸灰流程監(jiān)控界面、故障報(bào)警、歷史記錄以及數(shù)據(jù)打印等功能模塊和人機(jī)接口（HMI），圖5是其核心的除塵流程監(jiān)控HMI.

圖5　除塵人機(jī)界面Fig.5　The humanmachine interface of dustcollecting

該HMI主要分為除塵狀態(tài)監(jiān)控區(qū)，反吹定時(shí)設(shè)置區(qū)、手自動(dòng)切換操作區(qū)、卸灰定時(shí)區(qū)以及系統(tǒng)參數(shù)曲線監(jiān)控顯示區(qū)，具有功能劃分清晰、狀態(tài)監(jiān)視直觀、操作簡(jiǎn)單等符合工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，有效減少了生產(chǎn)一線的工作量.通過(guò)工控機(jī)間的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)工控MIS系統(tǒng)的集成.

4　現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試主要分為生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)調(diào)試和控制系統(tǒng)調(diào)試.工藝基礎(chǔ)調(diào)試主要為布袋除塵箱體的安裝調(diào)試，其調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示.控制系統(tǒng)調(diào)試主要分為控制機(jī)柜的安裝調(diào)試、控制節(jié)點(diǎn)的電氣調(diào)試、PLC程序調(diào)試、Wincc通信調(diào)試、人機(jī)幾面的調(diào)整與優(yōu)化等.控制系統(tǒng)調(diào)試如圖7所示.難點(diǎn)主要為煙氣溫度模糊規(guī)則建立和調(diào)整，反吹脈沖寬度現(xiàn)場(chǎng)獲取、反吹周期和清灰周期的現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化等.

5　結(jié)語(yǔ)

該白灰窯除塵控制系統(tǒng)采用模糊算法控制煙氣溫度.利用數(shù)字節(jié)點(diǎn)矩陣輸出線路，有效地減少了數(shù)字節(jié)點(diǎn).組態(tài)設(shè)計(jì)了除塵工藝的人機(jī)界面，具有監(jiān)控簡(jiǎn)單直觀等優(yōu)點(diǎn).控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定可靠地工作，取得了良好生產(chǎn)效益.

圖6　除塵箱體的安裝與調(diào)試Fig.6　The assembling of dust collecting cabinet

圖7　控制系統(tǒng)機(jī)柜安裝與調(diào)試Fig.7　The debugging of control system

[1]任紹峰.首鋼京唐高爐干法除塵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué),2009.

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（編校：王露）

Application of S7-300 PLC and W incc in Control System for Dust Collecting of Lime Kiln

WEN Lianghua1,WANGXianwu2,WANGXianquan3
（1.School ofPhysicsand Electronic Engineering,Yibin University,Yibin,Sichuan 644007,China；2.Institute ofModern Physics,Chi?nese Academy ofSciences,Lanzhou,Gansu 730000,China；3.Lanzhou Xingfengyuan Electric Co.,Ltd,Lanzhou,Gansu 730000,China）

A control system for dust collecting of lime kiln is designed and debugged,which adopted S7-300PLC and Wincc configuration software.Dust removal,module configuration,software design of PLC,and Human Machine Interface （HMI）for controlling andmonitoring are introduced in detail.The data exchange between field and control room computer is realized by MPIbus to accomplish remote control of dust collecting.This system is able towork reliably and stably in complex EMCElectrolytic environment.

controlofdust removal；configuration software；PLC；automation

TP273+.4

A

1671-5365（2015）06-0024-04

2014-12-09修回：2015-03-24

文良華（1980-），男，工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)楣I(yè)控制相關(guān)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-03-30 16：36網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20150330.1636.001.html

引用格式：文良華，王賢武，王顯權(quán).S7-300PLC和Wincc在白灰窯除塵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].宜賓學(xué)院學(xué)報(bào),2015,15（6）：24-27.