基于回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)

文/紀(jì)玲 孫東豐

1 系統(tǒng)概述

本項(xiàng)目是實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制。回轉(zhuǎn)窯主要功能為實(shí)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(dòng)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用傾斜設(shè)計(jì)，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(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，電氣設(shè)備的起、停是通過人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)的。壓力溫度儀表參數(shù)的監(jiān)測(cè)和被檢測(cè)參數(shù)的閉環(huán)控制、調(diào)節(jié)以及生產(chǎn)過程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警以及數(shù)據(jù)歸檔功能均實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制。整個(gè)回轉(zhuǎn)窯實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制，大幅度減低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)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(jì)

為了提高自動(dòng)化水平，同時(shí)提升系統(tǒng)的安全可靠和生產(chǎn)運(yùn)行的連續(xù)性，結(jié)合回轉(zhuǎn)窯工藝要求的特點(diǎn)，本系統(tǒng)I/O數(shù)字量設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。該系統(tǒng)分為：主控控制室、現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)、日志及系統(tǒng)運(yùn)行的報(bào)警信息存儲(chǔ)，還可以進(jìn)行打印報(bào)表。主控室主要職能為對(duì)整個(gè)PLC系統(tǒng)電氣、工藝參數(shù)設(shè)定以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)做相關(guān)的管理和監(jiān)控。另設(shè)一臺(tái)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，用于整個(gè)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(chǎng)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(shí)時(shí)、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(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆蒚CPIP通訊實(shí)施。各個(gè)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(jì)繪制便于操作的畫面。畫面簡(jiǎn)單便捷，各個(gè)畫面切換方便。參數(shù)設(shè)定及運(yùn)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(jì)。

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(dòng)緩慢的向窯頭移動(dòng)，在從窯尾向窯頭移動(dòng)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(cè)的溫度對(duì)煤氣量、空氣量的添加進(jìn)行自動(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)窯尾溫度和負(fù)壓自動(dòng)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。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)負(fù)壓值對(duì)窯內(nèi)溫度控制的影響較大。如負(fù)壓過小，又會(huì)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(huì)另窯內(nèi)廢氣流動(dòng)緩慢，更會(huì)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(huì)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(dòng)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(dòng)速度太慢，就會(huì)使焙燒耗能增大，降低產(chǎn)能。當(dāng)胚料在窯內(nèi)移動(dòng)速度太快，胚料就會(huì)在窯內(nèi)停留時(shí)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(jì)的傾斜度、窯中心圓心角等因素均會(huì)影響胚料移動(dòng)速度。從控制上講，窯體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度會(huì)影響胚料移動(dòng)速度。

該系統(tǒng)通過趨勢(shì)曲線記錄報(bào)警和氣體流量等重要信息，同時(shí)會(huì)實(shí)施用數(shù)字量IO實(shí)施對(duì)報(bào)警點(diǎn)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(shí)進(jìn)行了沈陽樣的操作，用了哪個(gè)工藝參數(shù)。這樣對(duì)工藝完成的產(chǎn)品質(zhì)量有個(gè)良好的記錄和分析。為實(shí)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(dòng)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)窯窯體，那樣會(huì)由于大慣量導(dǎo)制機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)損傷。先啟動(dòng)慢傳電機(jī)盤動(dòng)窯體，之后才能啟動(dòng)主電機(jī)。為防止主電機(jī)軸承的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行效果同時(shí)需要液壓站對(duì)主電機(jī)主軸進(jìn)行潤(rùn)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(diǎn)，其離散式IO方便信號(hào)連接和維護(hù)。高可靠性提升了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。