基于回轉(zhuǎn)窯項目的PLC控制系統(tǒng)

文/紀(jì)玲 孫東豐

1 系統(tǒng)概述

本項目是實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯自動控制?；剞D(zhuǎn)窯主要功能為實現(xiàn)料的加熱和冷卻，為了保證加熱效果回轉(zhuǎn)窯需要按設(shè)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用傾斜設(shè)計，窯頭低，窯尾高。上料從窯尾進(jìn)行。這樣在窯體緩慢旋轉(zhuǎn)的過程中，料從窯尾慢慢過渡到窯頭，逐步冷卻后出料。

在控制室中，窯體裝置和液壓輔助設(shè)備的監(jiān)控和運行實現(xiàn)自動控制，電氣設(shè)備的起、停是通過人機(jī)界面來實現(xiàn)的。壓力溫度儀表參數(shù)的監(jiān)測和被檢測參數(shù)的閉環(huán)控制、調(diào)節(jié)以及生產(chǎn)過程報警和系統(tǒng)報警以及數(shù)據(jù)歸檔功能均實現(xiàn)監(jiān)測和控制。整個回轉(zhuǎn)窯實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化控制，大幅度減低工人的勞動強(qiáng)度，同時提高了生產(chǎn)率，更合理的節(jié)省了現(xiàn)有資源。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

為了提高自動化水平，同時提升系統(tǒng)的安全可靠和生產(chǎn)運行的連續(xù)性，結(jié)合回轉(zhuǎn)窯工藝要求的特點，本系統(tǒng)I/O數(shù)字量設(shè)計較多，用來監(jiān)控設(shè)備的硬件條件的工作及使用情況。通過對溫度、壓力、位置等相關(guān)信息保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。本設(shè)計采用以西門子PLC離散式模塊系統(tǒng)，應(yīng)用西門子S7-400系列模塊為中央處理器。計算機(jī)控制系統(tǒng)選用工業(yè)上位機(jī)通過TCPIP總線連接，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交互。該系統(tǒng)分為：主控控制室、現(xiàn)場PLC單元控制站和遠(yuǎn)程I/O模塊從站組成。該回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)一套S7-413用于窯體控制。主控上位機(jī)都放置在主控控制室內(nèi)，PLC系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)同上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊來實現(xiàn)集中管理分散控制。

主控控制室：用來監(jiān)控和設(shè)定整個系統(tǒng)的狀態(tài)和工藝參數(shù)。主要硬件設(shè)備包含主監(jiān)控工控機(jī)、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、打印機(jī)等。可實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)、日志及系統(tǒng)運行的報警信息存儲，還可以進(jìn)行打印報表。主控室主要職能為對整個PLC系統(tǒng)電氣、工藝參數(shù)設(shè)定以及設(shè)備運行狀態(tài)做相關(guān)的管理和監(jiān)控。另設(shè)一臺網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，用于整個工控網(wǎng)絡(luò)和公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換。現(xiàn)場PLC單元控制站：主要由西門子公司的PLC模塊CPU413和以太網(wǎng)模塊CP443-1及其他西門子400系列的I/O模塊組成，通過工業(yè)以太網(wǎng)實時、快速的與中央控制室通訊。遠(yuǎn)程I/O模塊站：通過主控CPU模塊的DP接口數(shù)據(jù)交互連接從站的接口模塊IM153和IM153從屬的I/O模塊。

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)選用研祥工業(yè)控制計算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆蒚CPIP通訊實施。各個工控機(jī)之間通過TCPIP同西門子S7-400PLC的通訊模塊CP443-1進(jìn)行通訊。上位監(jiān)控應(yīng)用西門子的人機(jī)界面經(jīng)設(shè)計繪制便于操作的畫面。畫面簡單便捷，各個畫面切換方便。參數(shù)設(shè)定及運行操作方便快捷。

3 控制系統(tǒng)功能介紹

回轉(zhuǎn)流程窯調(diào)節(jié)控制設(shè)計。

工藝流程為胚料經(jīng)加料機(jī)向窯尾加料，胚料隨窯體主電機(jī)轉(zhuǎn)動緩慢的向窯頭移動，在從窯尾向窯頭移動的過程中，開始先經(jīng)過預(yù)熱帶預(yù)熱，之后在800～1200℃的高溫帶煅燒胚料，煅燒好的胚料從窯頭的下料管轉(zhuǎn)入下部的冷卻機(jī)構(gòu)內(nèi)。在回轉(zhuǎn)窯的工作過程中，溫度是很重要的工藝參數(shù)。保證溫度是由混合煤氣量、空氣量的合理配比來保證，在工作過程中要根據(jù)檢測的溫度對煤氣量、空氣量的添加進(jìn)行自動控制，根據(jù)胚料量和溫度值等參數(shù)進(jìn)行PID調(diào)整。另一個影響溫度的參數(shù)是壓力。要保證溫度控制必須控制壓力。實現(xiàn)對窯尾溫度和負(fù)壓自動控制。在回轉(zhuǎn)窯正常的生產(chǎn)中，系統(tǒng)需要窯內(nèi)始終保持負(fù)壓，并且窯頭的負(fù)壓要求保持大于2mmH2O柱?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)負(fù)壓值對窯內(nèi)溫度控制的影響較大。如負(fù)壓過小，又會造成回轉(zhuǎn)窯內(nèi)外壓差變小，引起窯頭窯尾冒煙，污染周圍空氣，也會另窯內(nèi)廢氣流動緩慢，更會造成窯內(nèi)混濁不清，導(dǎo)制窯內(nèi)溫度難以控制。負(fù)壓過大，窯內(nèi)真空度高，抽力增大，窯內(nèi)的細(xì)顆粒粉將被抽出，會導(dǎo)致燃燒效率下降。通過設(shè)定窯尾的負(fù)壓，改變窯體內(nèi)的顆粒與相關(guān)氣體占比。這樣窯尾熱源溫度基本穩(wěn)定。為了進(jìn)一步保證窯尾加工胚料的溫度穩(wěn)定，需要保證胚料給料節(jié)拍。通過穩(wěn)定、連續(xù)的胚料給定。通過控制給料量穩(wěn)定、連續(xù)，才能保證各胚料間的溫度控制，能保證焙燒質(zhì)量穩(wěn)定。胚料在窯內(nèi)移動速度是回轉(zhuǎn)窯的焙燒質(zhì)量、產(chǎn)能的重要參數(shù)。假如回轉(zhuǎn)窯體移動速度太慢，就會使焙燒耗能增大，降低產(chǎn)能。當(dāng)胚料在窯內(nèi)移動速度太快，胚料就會在窯內(nèi)停留時間短，不能得到充分加熱，胚料焙燒質(zhì)量差產(chǎn)生次品。從結(jié)構(gòu)上講，窯體的內(nèi)徑尺寸、窯體設(shè)計的傾斜度、窯中心圓心角等因素均會影響胚料移動速度。從控制上講，窯體的轉(zhuǎn)動速度會影響胚料移動速度。

該系統(tǒng)通過趨勢曲線記錄報警和氣體流量等重要信息，同時會實施用數(shù)字量IO實施對報警點的監(jiān)控。記錄系統(tǒng)的操作日志：操作員或維護(hù)工程師何時進(jìn)行了沈陽樣的操作，用了哪個工藝參數(shù)。這樣對工藝完成的產(chǎn)品質(zhì)量有個良好的記錄和分析。為實現(xiàn)更好的工藝提供分析數(shù)據(jù)。

回轉(zhuǎn)窯屬于重負(fù)載的生產(chǎn)設(shè)備，主電機(jī)不能直接啟動帶動回轉(zhuǎn)窯窯體，那樣會由于大慣量導(dǎo)制機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)損傷。先啟動慢傳電機(jī)盤動窯體，之后才能啟動主電機(jī)。為防止主電機(jī)軸承的長時間運行效果同時需要液壓站對主電機(jī)主軸進(jìn)行潤滑。

4 結(jié)束語

在本系統(tǒng)中西門子PLC控制系統(tǒng)充分發(fā)揮了功能強(qiáng)大的優(yōu)點，其離散式IO方便信號連接和維護(hù)。高可靠性提升了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。