基于PLC自動加料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

安毅 貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院

1 自動化控制概述

1.1 自動化控制的研究內(nèi)容

實現(xiàn)自動化的控制可以直接達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，在一個完整的操作過程當(dāng)中，只用到了少量的人工，甚至完全不需要人工來進(jìn)行操作，整個過程由系統(tǒng)或者機(jī)械設(shè)備就能完成，使生產(chǎn)管理的目標(biāo)得以實現(xiàn)。正是由于這種自動化的技術(shù)，使我們的勞動生產(chǎn)率得到了大大的提升，工人的工作環(huán)境也得到了改善，從而對周邊環(huán)境也起到了保護(hù)的作用。

在對機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)進(jìn)行管理的過程中，自動化控制的處理、判斷、分析和控制等工作，都是根據(jù)人們的需要直接進(jìn)行的，在實現(xiàn)目標(biāo)的整個過程中，不需要人工的參與。在我們生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，自動化技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。自動化技術(shù)的發(fā)展在一定程度上使人體器官的功能得到了擴(kuò)展，減輕了人們體力和腦力勞動的負(fù)擔(dān)，使人們的工作環(huán)境得到了很好的改善。另外，自動化的生產(chǎn)生活方式，使人們的思維發(fā)生了改變，使人們認(rèn)識和改變世界的能力得到提升。所以，自動化技術(shù)的進(jìn)步可以推動社會發(fā)展的進(jìn)步，對一個國家的科學(xué)技術(shù)、工業(yè)、國防的發(fā)展有著非常重要的意義。

1.2 自動化控制的研究現(xiàn)狀

自動化控制的發(fā)展并不是一成不變的，它是一個動態(tài)的、漫長的過程。自動化在人們以前看來，指的是自動化目標(biāo)是通過機(jī)械的動作來實現(xiàn)的，而不是人為的勞動，但是這種想法在本質(zhì)上還沒有完全擺脫手工的勞動，并沒有完全取代人類的勞動。后來隨著科技和社會的發(fā)展，計算機(jī)和信息技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，現(xiàn)在的自動化技術(shù)甚至可以完全取代人類簡單的勞動。自動化技術(shù)結(jié)合計算機(jī)技術(shù)，通過特定的指令或者是機(jī)器設(shè)備，來幫助人類或者是完全取代人類的腦力勞動，這才是真正意義上的自動化。

1.3 自動化控制的發(fā)展趨勢

自動化控制的發(fā)展越來越穩(wěn)定、越來越先進(jìn)，并且越來越可靠，與此同時，自動化控制下的生產(chǎn)線面臨的工作強(qiáng)度也越來越大，其工藝也越來越有設(shè)計性。目前，我國在機(jī)械制造業(yè)、焊接、切割、自動化鑄造、熱處理、裝配等方面都已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，而且綜合性的自動化生產(chǎn)線也得以實現(xiàn)，比如說包裝、加工、裝配、制造等工藝。生產(chǎn)線實現(xiàn)自動化的控制可以提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量，使整個生產(chǎn)過程變得更加穩(wěn)定，改善了員工的工作環(huán)境，使員工的身體健康得到保障，并且對環(huán)境保護(hù)也有很大的意義。

2 自動上底料系統(tǒng)的設(shè)計方案

2.1 需求分析

要求設(shè)計一臺可以自動上底料的鍋爐，用到了設(shè)備主要有斗式提升機(jī)、料倉、螺旋給料機(jī)以及刮板運(yùn)輸機(jī)這4個部分。這些操作在主控室全部進(jìn)行，每個設(shè)備上除了有停止和啟動這兩個按鈕之外，還有一個開關(guān)來鐵PLC提供輸入。

控制上底料系統(tǒng)的方式，有手動獨(dú)立和自動連鎖這兩種。在開始或者停止供應(yīng)煤炭的時候，每臺設(shè)備進(jìn)行開始或停止的動作都要按照順序進(jìn)行，并且在啟動和停止的時候，要在每臺設(shè)備之間設(shè)置一個合理的間隔。啟動時設(shè)備的間隔為20秒，停止時可以根據(jù)不同的設(shè)備設(shè)置成10秒，20秒或者是30秒這三種，這樣做可以保證停車后沒有煤炭的剩余。

在設(shè)備投入實際的生產(chǎn)中時，即使有一臺設(shè)備發(fā)生故障，也要及時發(fā)出警報并且停止整個生產(chǎn)，停車的順序要遵循從前到后的原則，立即停止前面的設(shè)備，后面的設(shè)備根據(jù)延遲的順序連鎖停車。停車之后可以根據(jù)情況選擇啟動備用的設(shè)備，如果情況極其特殊，也可以同時用兩臺設(shè)備交叉進(jìn)行供電，此時每個設(shè)備的裝載和運(yùn)行的情況也要顯示出來，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時發(fā)出警報并停車。

2.2 系統(tǒng)機(jī)械本體設(shè)計方案

根據(jù)現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)顯示，要在離地面7米高的工作平臺上安裝鍋爐刮板運(yùn)輸機(jī)。所以，自動化上底料的系統(tǒng)，需要把裝置提升從而將底部材料運(yùn)輸?shù)焦ぷ鞯钠脚_上，之后再利用相應(yīng)的設(shè)備將底料從提升器的位置開始進(jìn)行輸送。

根據(jù)上面的分析，我們可以得知組成火電廠循環(huán)流化床鍋爐自動上底料系統(tǒng)的有4個部分，即斗式提升機(jī)、料倉、螺旋給料機(jī)以及埋式刮板機(jī)。通過埋式刮板輸送機(jī)，把需要的底料運(yùn)送到爐前的刮板機(jī)上實現(xiàn)自動加料，每個設(shè)備采用的都是箱式或者埋式的密封，這樣可以減輕對環(huán)境的污染，也可以使工人的身體健康得到很好的保障，對環(huán)境保護(hù)有很好的意義。

設(shè)計方案如圖2-1所示。

圖2-1 自動化上底料系統(tǒng)設(shè)備方案

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 PLC 選型

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，自動化水平也越來越高，市場上的PLC產(chǎn)品琳瑯?gòu)寢屇荆删幊炭刂频墓δ芤苍絹碓酵晟啤Ｔ谠O(shè)計系統(tǒng)硬件的時候，對PLC產(chǎn)品型號的選擇也是很重要的，合理的選擇可以使整個控制系統(tǒng)的既是治標(biāo)得到提升，不僅可以滿足當(dāng)前的需要，還能滿足未來很長一段時間內(nèi)對控制系統(tǒng)發(fā)展的要求。在對PLC產(chǎn)品做出選擇的時候，需要對上面提到的情況進(jìn)行綜合的考慮，假如將來有了擴(kuò)大內(nèi)存的需要，只需要改變一個簡單的模塊即可，或者是想要增加外圍的話，也只需要一個可用的通信接口即可。反之，如果沒有考慮到上面提到的情況，所選擇的PLC系統(tǒng)就不能順應(yīng)時代的發(fā)展，很快就會被淘汰。

對自動上底料需要實現(xiàn)的功能進(jìn)行充分的考慮后，我們選擇的PLC型號是西門子的S7-200，因為它有著比較高的可靠性，在使用和擴(kuò)展時也比較方便，對于一些比較復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，它完全可以使用。我們選用CPI226作為基本的CPU單元，形成24輸入/16輸出，IO點(diǎn)總共有40個。在連接的過程中將模塊擴(kuò)展為7個，最大程度上可以將IO點(diǎn)。擴(kuò)展到248個。

3.2 變頻器選型

變頻器技術(shù)與當(dāng)代計算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)相結(jié)合，再配合自動控制的原理，到目前為止已經(jīng)成為社會上發(fā)展最快的技術(shù)之一。在其發(fā)展的過程中，原本的直流調(diào)速被取代，已經(jīng)變成現(xiàn)在的交流調(diào)速，這對電氣技術(shù)的發(fā)展帶來了歷史性的編個。在工藝中使用變頻器可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，實現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步。選擇一個型號合理的變頻器，就可以得到一個自動化控制的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)中3個變頻器選擇的型號如表4-1所示。

4 結(jié)論

在工業(yè)自動化控制中，鍋爐自動上底料系統(tǒng)有著非常高的價值，雖然到目前為止，這個技術(shù)只是運(yùn)用繼電器技術(shù)和可編程控制器改造了控制系統(tǒng)，但是隨著自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，單機(jī)和整機(jī)的容量也在不斷擴(kuò)大，自動化上底料系統(tǒng)也能得到充分的發(fā)展，比如說其規(guī)模的擴(kuò)大、控制器技術(shù)的發(fā)展以及自動化程度的提高等。