S7-200 PLC在多轉籠除塵機組控制系統中的應用

■孟永法

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕

S7-200 PLC在多轉籠除塵機組控制系統中的應用

■孟永法

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕

一、概述

MCLW-6型多轉籠除塵機組是國家“十一五”科技支撐計劃科研成果，由中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術設計研究所研制，適用于棉花加工、紡織企業對含有纖維性粉塵空氣進行過濾，降低含塵氣體排放濃度，并可同時回收含塵氣體中有用纖維。2014年在南疆塔河種業4臺126機采棉車間的籽棉清理環節安裝了4臺多轉籠除塵機組，機組采用PLC進行控制，自動化程度高，運行穩定，使用至今，有效地減少了車間的粉塵排放，取得良好的除塵效果。

二、除塵機組工作過程

機組采用兩級過濾除塵，第一級使用圓盤過濾器捕集有效纖維，通過纖維分離器壓緊后回收；第二級采用多轉籠濾塵器捕獲細微粉塵，通過布袋集塵器及粉塵壓實器壓緊后收集。含纖維性粉塵空氣進入一級塵室，一級圓盤過濾器阻擋的纖維性雜質在一級風機的作用下被一級轉動吸嘴吸除送往纖維分離器壓緊后排出，分離后的空氣返回一級塵室。透過一級圓盤過濾器的含塵空氣進入二級塵室，二級轉籠長毛絨濾料阻擋的粉塵在二級風機的作用下被二級轉動吸嘴吸除送往布袋集塵器清灰器振打后落到螺旋輸送機壓緊后排出，分離后的空氣返回二級塵室。透過二級轉籠長毛絨濾料的空氣已經達到排放標準自由排放。

每臺除塵機組有9個電機需要控制，其中一級有3個，分別是纖維分離器電機、一級風機電機、一級吸嘴電機，二級有6個分別是轉籠電機、清灰器電機、二級風機、二級吸嘴、和兩個螺旋輸送機電機。機組開啟機組一級的3個電機和二級2個螺旋輸送機連續運行，二級其余的電機按照時序周期間歇運行。

三、控制系統硬件

除塵機組控制系統上位機采用MCGS觸摸屏，控制器采用西門子S7-200型PLC，設備的大部分操作與信息顯示通過觸摸屏實現。控制系統PLC主機選擇自身I/O點數較多的CPU-226，CPU-226帶有24個數字量輸入點和16路數字量輸出點。根據系統的輸入點數，另外選擇兩個EM221數字量模一個4通道模擬量輸入模塊EM231作為擴展模，兩個EM221擴展模塊中一個為8通道輸入，一個為16通道擴展模塊，如圖1所示。

圖1　硬件連接示意圖

除塵機組的控制系統輸入輸出分配如表1所示。

表1　控制系統輸入輸出分配表

四、控制程序設計

在除塵機組控制系統PLC程序設計時，根據控制對象與功能不同，編寫手動、自動、模擬量、故障等幾個子程序，在程序中調用各子程序，從而使編程方便、簡單。PLC程序采用梯形圖語言進行編寫，在控制系統中，觸摸屏主要實現監控設備的運行狀態、手動操作參數設定與報警信息設置等功能，根據觸摸屏要實現的功能設計相應的用戶窗口。

五、重要控制功能的實現

（一）手動/自動運行功能

系統的手動和自動狀態通過PLC在不同狀態下分別調用不同的子程序來實現。當選擇開關打到手動檔，程序調用手動子程序，系統進入手動運行模式；當選擇開關打到自動檔位，程序調用自動子程序，系統進入自動模式。在手動狀態下，通過觸摸屏上位機進行手動控制，手動控制功能主要用于現場的設備調試和緊急情況下單電機起停。設備正常運行時選擇開關要將自動檔位于自動，在自動狀態下設備可遠程一鍵順序啟停。

圖2　手動自動框圖與PLC子程序調用梯形圖

（二）壓力信號檢測與處理

模擬量輸入擴展模塊EM231具有4路模擬量輸入通道，它可以輸入電壓信號也可以輸入電流信號，輸入信號模式也可通過撥碼開關進行選擇。控制系統采用兩個0～2 000 Pa的壓力變送器對機組一級與二級的風壓進行檢測，變送器輸出信號為4mA～20mA。在S7-200 CPU內部，對于4mA～20mA的信號，對應的內部數值為6 400～32 000。在PLC“模擬量”子程序中通過調用函數庫Scaling中的Scale I to命令將模塊內部值轉化為實際的壓力值。

圖3　壓力轉換梯形圖

圖3中：

Output為換算出實際值，Input為中間值，Osh為換算結果的高限，Osl為換算結果的低限，Ish為換算對象的高限，Isl為換算對象的低限。

（三）報警與運行狀態檢測

控制系統對機組進行多方位的故障檢測、超壓檢測及關鍵部位傳動檢測。控制系統檢測到報警信息后，故障開始并閃爍，觸摸屏的報警滾動條會顯示最新的報警信息，在報警記錄中能夠查詢歷史報警信息。正常運行時，除塵機組的壓力在一個正常的范圍內，當壓力變送器檢測到的壓力超出設定值時，系統便會報警。控制系統采用接近開關對關鍵的運動部件進行運行狀態的檢測，以一級吸嘴傳動故障檢測為例做詳細說明。

圖4　一級吸嘴傳動故障檢測梯形圖

圖4中I0.5為一級吸嘴斷路器閉合信號，Q0.2為一級吸嘴接觸器吸合信號，I4.2為檢測一級吸嘴運行狀態的接近開關，T101、T102為接通延時定時器。當I0.5和Q0.2均有信號時，表一級吸嘴電機處于運行狀態。傳動正常狀態下，I4.2將收到接近開關發出的一個周期小于30 s的脈沖信號，報警信號不能被觸發。當傳動出現故障時，接近開關長時間檢測不到信號或者一直處于有信號的狀態，當這種狀態持續超過30 s后，接通延時計時器將被觸發，系統就會通過內部寄存器M2.2發出一個報警信號。

六、總結

基于S7-200型PLC的多轉籠除塵機組控制系統有安裝、調試方便，系統運行穩定，功能完善，人機界面友好等特點。經過近三年的現場使用檢驗，該系統保證了設備運行的可靠性，提高了生產效率。