基于PLC的氣力輸送自動控制系統技術

黃展

摘 ?要：為了實現氣力輸送系統的安全、可靠運行，以可編程程序控制器（PLC）選型及設計為核心介紹氣力輸送自動控制系統技術。該文從氣力輸送方式、系統組成、系統控制要求等方面做出簡單介紹，分析了可編程程序控制器的具體優勢，從PLC產品的選擇以及其他硬件設備的選擇上闡述了氣力輸送控制系統在硬件系統上的設計方式以及在軟件上的設計。

關鍵詞：氣力輸送系統 ?PLC ?自動控制系統

中圖分類號：S953 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）05（b）-0012-03

氣力輸送始于1870年左右，在近些年來，氣力輸送已經成為生產自動化輸送的重要的方式之一，并且被廣泛應用在電力、冶金、化工、建材、糧食、食品等行業。氣力輸送與其他機械輸送方式對比具有多種優點，例如：生產效率高、設備結構簡單、便于管理、機械化程度高、工作過程連續化、節省勞動力、裝卸方便等。基于對氣力輸送自動化的高要求，控制系統硬軟件的可靠性要求相應提高，自動控制系統控制特性的優異及控制功能的完善，對實現氣力輸送的自動化和管理的智能化、提高輸送效率、延長使用壽命及節約能源等，都有直接影響和現實意義。該文就電力行業氣力除灰自動控制系統為例進行分析研究。

1 ?氣力輸送概述及控制要求

1.1 氣力輸送基本方式及系統組成

電力行業氣力除灰是一種以空氣為載體，借助于壓力設備（正壓或負壓）在管道中運輸粉煤灰的方法。整個氣力輸送具有的系統非常簡單，運行時只需壓縮氣源、投料裝置、運輸管道、具有分離氣體與物料作用的受料器，可實現通過系統來自動控制，并且可持續對物料輸量進行監測，實施監控工廠輸入與輸出量。主要部件有料位計與氣動執行器、電動鎖氣器、物料發送設備、干灰集中設備、收塵設備、氣源設備、空氣干燥裝置、除灰管道、庫底設備等。

1.2 氣力輸送系統的控制要求

該設計中除灰系統為一臺爐的除灰輸送系統，在鍋爐正常運行過程中，飛灰沉積在灰斗，灰斗下擬安裝3臺倉泵，再通過一條輸灰管道輸送到灰庫。

倉泵初始狀態各閥門處于關閉狀態。在進料過程當中，平衡閥先打開，以便空氣能從倉泵內排出，與此同時，管路上的出料閥通過關閉來阻止空氣吸入灰斗中。進料閥后于平衡閥打開，物料受到重力的自然作用，掉落到倉泵中。當倉泵中顯示泵內物料已滿（料位計被覆蓋）或者到達設計者設定的時間時，關閉進料閥與平衡閥，在此過程需要經過短暫的時間延遲，即閥門關閉動作的時間。在進料閥、平衡閥都關閉之后，此時進氣閥會打開，給倉泵進氣并且加壓，當加壓到設定時間或值后，打開出料閥，壓縮氣體通過管道把灰運送進灰庫中。物料到灰庫之后，倉泵的輸送環節結束，管道中的壓力就降到特定的下限值，進氣閥關閉，經過一段時間的延時，泵內剩余壓力排出，將出料閥關閉，做好準備等待進入下次循環過程。

2 ?可編程程序控制器（PLC）的優勢

我們先來看看傳統的一些計算機，它們在工業應用上都有一定局限和劣勢，如：個人計算機抗干擾能力較弱，不能更好地適用于工業生產的現場;而單片機是集成電路，難以直接和其外部的I/O信號有效連接，要實現工業控制，對設計者的理論知識和實踐經驗要求較高;工業控制計算機價格較高，用于開關量控制以取代繼電器系統有些大材小用，外部接線也不如PLC接線端子方便可靠。以上各種計算機用于控制的程序一般都是用匯編語言編寫的，不像可編程序控制器的梯形圖那樣易于被工廠的電氣人員掌握。

早期的可編程序控制器在功能上只能進行邏輯控制，因而稱為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC。可編程程序控制器是以微處理器作為核心，將自動化、計算機、通信等技術互相融合，形成的新型自動化的控制裝置。可編程程序控制器在結構方面使用插件組合以及整體密封類型，能使用各種嚴密措施將印刷板、插座與電源以及機架等進行安裝。其編程方法簡單易學，硬件配套齊全，通用性強，適用性強，可靠性高，抗干擾能力強，系統的設計、安裝過程、調試方式等工作量較小，同時便于維修，并且具有低耗能和體積小等優勢，在工業控制領域具有不可比擬的競爭力，已經廣泛應用在所有工業部門，其使用范圍還在不斷擴大。

3 ?系統設計過程

3.1 硬件系統的設計

3.1.1 PLC的選型

PLC控制系統的設計原則：（1）選用的PLC必須確保被控對象的控制要求;（2）使用PLC不但要從當前情況考慮，而且應立足長遠的發展需求，同時滿足這兩個前提下，積極提高整個系統的性價比。

面對各種品牌不同系列和功能的PLC產品，選型要綜合權衡利弊，合理選擇，確保機型功能達到系統要求，切勿貪大求全，防止增加成本投資浪費資源。一般在選擇機型時應要考慮到輸入/輸出點、存儲容量、I/O響應時間，以及輸出負載的特點選型，和對在線、離線編程的選擇。

根據該設計的控制要求以及實際情況，選擇的可編程序控制器屬于小型機。小型的可編程控制器造價低，并且性能好，同時程序容量較大、易于編程、具有速度快等優點。

根據氣力輸送系統對控制方面的要求，PLC需要在環境較為惡劣的情況下連續運行，具有可靠性。考慮到該設計的控制要求和實際情況，筆者選用的是日本三菱公司的FX1型號的可編程序控制器產品。

FX系列PLC為單元型，內含CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。輸入出點數在128點以內可使用FX1N系列。目前FX1N系列PLC主要有FX1N-24MR、FX1N-40MR和FX1N-60MR三種CPU。檔次最低的是FX1N-24MR，其數字量輸入點數有14點，數字量輸出點數有10點，是控制規模最小的PLC。而FX1N-24MR數字量輸入點數有24點，數字量輸出點數有60點;檔次最高的應屬FX1N-60MR，FX1N-60MR集成了36點輸入/24點輸出，共有54點數字量I/O。根據本次控制要求，系統涉及的輸入/輸出點數為，22/20點，故在此選用FX1N-60MR。

3.1.2 其他硬件設備的選擇

（1）蜂鳴器的選擇。

SFM系列壓電式蜂鳴器為有源式蜂鳴器，經相應的振蕩電路驅動可發出各種聲響，具有重量輕、壽命長、價格便宜等特點。

（2）繼電器的選擇。

根據系統的具體要求，在此選擇JZ7系列中間繼電器，它用于交流50Hz或60Hz、電壓500V以下及直流200V以下的控制電路中，參考它的技術參數，各項均符合設計要求，故選擇了JZ7-44型號的中間繼電器（其技術參數如下所示）。

線圈參數：額定電壓（V） 交流12、24、36、48、110、127、220、380、420等。

消耗功率：12VA。

觸點參數：觸點數4開4閉。

最大斷開容量感性負載：cosφ=0.4L/R=5ms交流380V5A。

阻性負載交流380V5A。

操作頻率：1200次/h。

（3）壓力開關的選擇。

壓力開關選擇的是YZX-150型號的電接點式壓力真空表，精度等級為1.5，最大工作電壓直流220V，交流380V，接點功率為10VA，天津儀表廠制造。

（4）接觸器的選擇。

接觸器選擇的是CJ10系列交流接觸器，適用于啟動及控制交流電動機。

3.2 軟件系統的設計

平常我們有很多方法來編制PLC的控制程序，下面給大家介紹幾種典型的編程方法。

（1）圖解法編程：顧名思義是依靠繪制圖形來進行程序設計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。

（2）經驗法編程：運用自己的或別人的經驗進行編程設計，需要選擇工藝要求相近的程序，再結合自己的工程情況，對實驗程序進行相應修改，使它適合自己的工作要求。

（3）計算機編程：使用PLC編程軟件通過計算機技術展開設計，如離線形式、在線形式編程，或者進行在線調試、離線仿真等。例如：三菱軟件是基于Windows平臺的應用軟件。此軟件在使用過程中，能以便捷的方式可實現存取或加密，最終形成EXE格式的運行文件。

圖1是氣力輸送控制流程圖。

4 ?結語

用PLC作為該系統的核心控制器，使輸送效率大大提高，保證了系統運行的安全可靠，在可監控系統中，還可以通過PLC通信接口，向控制系統傳遞信息，進一步實現設備自動化，使維護和檢修方便，在實際運行中受到用戶的歡迎。

參考文獻

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