電回轉(zhuǎn)爐的自動控制系統(tǒng)設(shè)計

王暉

（廣東省機(jī)械高級技工學(xué)校，廣州 510450）

1 引言

SRK-0940 電回轉(zhuǎn)爐最主要的功能是對來料進(jìn)行加熱，爐膛加熱區(qū)正常溫度為850℃，最高溫度為900℃，溫度控制誤差為±2℃；爐管轉(zhuǎn)速在0.5～8r/min 之間可連續(xù)調(diào)節(jié)。在充分考慮電回轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)、加熱方式、檢測裝置和通訊設(shè)備的基礎(chǔ)上，選用三菱FX2N-48MR 系列PLC 進(jìn)行控制程序的編寫，實現(xiàn)了爐溫的設(shè)定和控制，以及爐管轉(zhuǎn)速的控制。

2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 電回轉(zhuǎn)爐工作過程

圖1 電回轉(zhuǎn)爐外觀結(jié)構(gòu)圖

電回轉(zhuǎn)爐外觀結(jié)構(gòu)圖如圖1，物料由螺旋給料機(jī)送入電回轉(zhuǎn)爐的爐管，回轉(zhuǎn)管的旋轉(zhuǎn)帶動物料在管內(nèi)翻滾，從回轉(zhuǎn)管的高端流向低端，依次通過按工藝所需溫度調(diào)節(jié)好的各個溫區(qū)，完成工藝要求的化學(xué)反應(yīng)后，經(jīng)出料罩流出回轉(zhuǎn)管。

2.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計

圖2 電回轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)原理圖

電回轉(zhuǎn)爐的控制點有：爐膛溫度、爐管轉(zhuǎn)速、進(jìn)料速度、氨氣進(jìn)入量等，但爐膛溫度控制和爐管轉(zhuǎn)速控制相對比較重要。選用日本三菱公司的FX2N-48MR 系列PLC 來自動控制電回轉(zhuǎn)爐的工作過程，設(shè)定電回轉(zhuǎn)爐的爐膛溫度和爐管轉(zhuǎn)速在一個特定的范圍之內(nèi)，并自動調(diào)節(jié)，以滿足溫度和轉(zhuǎn)速控制的要求，該電回轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)如圖2 所示。

3 基于PLC 控制系統(tǒng)的外圍硬件設(shè)計

3.1 主要外圍硬件設(shè)計

經(jīng)分析電回轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的工藝過程和硬件配置可知，現(xiàn)場有輸入和輸出信號分別為13個，其中主要包括系統(tǒng)總開關(guān)、溫度設(shè)定點、爐管速度設(shè)定點，以及溫區(qū)溫度控制等輸入輸出點。由熱電偶采集爐溫，其輸出形式是模擬量，而PLC 處理的是數(shù)字量，因此需要一個特殊功能模塊將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成與溫度成比例的數(shù)字量，本系統(tǒng)在三菱FX2N-48MR 系列PLC 上加裝FX-4AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和FX-2DA 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

變頻器選用型號為FR-A540的變頻器，功率為0.4-160kW；熱電偶選型采用優(yōu)質(zhì)WR1P 鉑銠熱電偶來傳感爐膛加熱溫區(qū)的溫度；根據(jù)使用要求，選用西門子的觸摸屏K-TP178micro 來進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定、顯示和監(jiān)控。

3.2 外圍硬件接線設(shè)計

在對電回轉(zhuǎn)爐的控制硬件進(jìn)行設(shè)計和分析之后，繪制出電回轉(zhuǎn)爐溫度控制系統(tǒng)硬件接線圖如圖3所示。

4 基于PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.1 爐膛溫度控制

圖3 電回轉(zhuǎn)爐溫度控制系統(tǒng)硬件接線圖

本爐溫度控制系統(tǒng)的控制任務(wù)是：根據(jù)溫度給定值和測量值的比較結(jié)果，決定電回轉(zhuǎn)爐的通電和斷電，實現(xiàn)溫度控制在某一范圍內(nèi)。電回轉(zhuǎn)爐溫控系統(tǒng)的工作過程：（1）給定值（0～850℃）通過鍵盤輸入PLC 主機(jī)，PLC 主機(jī)把給定值傳遞給數(shù)字量輸出模塊，控制固態(tài)繼電器的開關(guān)狀態(tài)，從而控制電回轉(zhuǎn)爐的加熱情況；（2）給定值通過鍵盤輸入PLC 主機(jī)，再由主機(jī)傳遞給比較環(huán)節(jié)，PLC 把溫度檢測裝置反饋的爐溫實際值與給定值進(jìn)行比較，比較的偏差送入PID 調(diào)節(jié)器進(jìn)行PID 運(yùn)算，PID 輸出結(jié)果通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制電回轉(zhuǎn)爐溫度。由PLC 控制的電回轉(zhuǎn)爐溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖4 所示。

圖4 電回轉(zhuǎn)爐溫度控制系統(tǒng)圖

圖5 電回轉(zhuǎn)爐溫度自動控制系統(tǒng)程序流程圖

系統(tǒng)的控制梯形圖可以用PLC的功能指令來編程，電回轉(zhuǎn)爐溫度自動控制系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示。

通過對電回轉(zhuǎn)爐溫度控制要求的分析，結(jié)合實際進(jìn)行了程序編寫，則溫度控制梯形圖如圖6 所示。

圖6 電回轉(zhuǎn)爐溫度控制梯形圖

4.2 爐管轉(zhuǎn)速控制

4.2.1 PLC 與變頻器的設(shè)置

PLC 和變頻器之間進(jìn)行通訊，通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設(shè)定，如果沒有進(jìn)行初始設(shè)定或有一個錯誤的設(shè)定，數(shù)據(jù)將不能進(jìn)行傳輸。每次參數(shù)初始化設(shè)定完以后，需要復(fù)位變頻器。如果改變與通訊相關(guān)的參數(shù)后，變頻器沒有復(fù)位，通訊將不能進(jìn)行。三菱FX 系列PLC在進(jìn)行通訊時也需對通訊格式（D8120）進(jìn)行設(shè)定。

（1）三菱PLC的設(shè)置

D8102 設(shè)置如表1。

表1 D8102 設(shè)置及說明

即數(shù)據(jù)長度為8 位，偶校驗，2 位停止位，比特率為9600bps，無標(biāo)題符和終結(jié)符，沒有添加和校驗碼，采用無協(xié)議通訊（RS485）。

（2）三菱變頻器的設(shè)置

變頻器具體參數(shù)設(shè)置請見表2。

表2 三菱變頻器的設(shè)置

4.2.2 爐管轉(zhuǎn)速控制編程

通過改變變頻器運(yùn)行頻率來改變爐管的轉(zhuǎn)速，根據(jù)爐管轉(zhuǎn)速的要求，結(jié)合實際進(jìn)行程序的編寫，爐管轉(zhuǎn)速控制梯形圖略。

5 結(jié)語

本文以SRK-0940 電回轉(zhuǎn)爐的溫度和轉(zhuǎn)速控制作為主要研究對象，論述了系統(tǒng)的控制要求、工作原理、硬件配置和軟件設(shè)計，給出了系統(tǒng)的硬件接線圖和控制梯形圖。選用的三菱FX2N 系列PLC 來實現(xiàn)爐膛溫度和爐管轉(zhuǎn)速的控制要求。通過改造，電回轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定、更安全。此次設(shè)計，對于電回轉(zhuǎn)爐的控制點內(nèi)容未能詳盡，所設(shè)計的系統(tǒng)還存在一些不完善之處，有待于今后進(jìn)一步探討、研究和加以解決。

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