基于PLC與組態軟件的水泥生產線控制系統設計

廖斌　楊書儀

摘? ?要：為了改善傳統水泥生產控制方式生產效率低的現狀，提高系統自動化程度，本文提出一種基于PLC與組態軟件的水泥生產線控制系統的設計方案?？刂葡到y基本單元主要包括惠普TPN-C116型計算機、FX-2N-128MR系列PLC、三菱FX-2N-485-BD、三菱FR-D700變頻器四部分。系統采用組態技術的集散控制方式，應用組態王軟件以及PLC與485模塊通信，實現對系統的數據記錄、數據存儲、畫面監控以及報警等功能。

關鍵詞：水泥生產線控制系統? PLC? 組態? 485模塊通信? 變頻器

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（c）-0092-03

隨著現代化工業社會的快速發展，國家基礎設施建設的穩步推進，全國各地的土木建筑項目也變得越來越多[1，2]。一方面，作為現代建筑材料工業中三大基本材料（鋼筋、木材、水泥）之一，水泥在建材行業中的地位是極其重要的[3]。另一方面，傳統水泥生產模式不能滿足生產需求，該生產模式生產環境惡劣、人工勞動強度大、生產效率低。為實現自動化、信息化、高效化生產水泥，本設計將針對水泥生產流程提出基于PLC與組態的水泥生產線控制系統。

本文將以水泥生產線控制系統為研究對象，分析其生產工藝流程，并根據其工藝流程運用組態軟件、PLC、變頻器和485通信模塊，設計水泥生產線控制系統，可根據生產量的供需關系通過組態軟件發送指令進行無極調速，從而實現自動化生產[4]。

1? 水泥生產線工藝流程分析

1.1 總體工藝流程

水泥生產首先將幾種主要的生產原料分別進行原料破碎以及粉磨，然后將粉磨后的原料進行調配混合，再進行立磨，此時將立磨料加熱后可放入回轉窯內進行煅燒，煅燒成水泥熟料后，再放入石膏以及其他混合物就可初步形成水泥塊，再將它進行粉磨、選粉就可得到細膩的水泥成品?？傮w工藝流程圖如圖1所示。

綜上所述，系統將根據總體工藝流程劃分為六個子工藝流程，分別為：原料破碎系統，煤粉制備系統、原料配料系統、生料立磨系統、預分解窯煅燒系統、水泥制成系統，下面對子工藝流程進行相關分析。

1.2 破碎系統工藝流程

系統首先將儲存在倉庫的原料搬運到加工現場，并儲存到到料斗，當倒料斗的原料到達該到其上限位時，打開放料閥，從而將原料導入過濾罐進行過濾，過濾結束后開始喂料給破碎機，破碎完成開始進行除塵，最后得到半成品即除塵物料。

1.3 煤粉制備系統工藝流程

系統開始搬運原煤，放入系統的原煤儲存倉，搬運完開始喂料，喂料給球磨機，開始進行煤磨操作，磨細的煤粉被送入到選粉機進行選粉，選擇合適顆粒的煤粉進行相應的除塵工序，同時顆粒大小不合適的煤粉被重新送入到剛球磨機進行煤磨，除塵完成后，除塵物料由輸送機運送到煤粉成品庫進行儲存。

1.4 原料配料系統工藝流程

系統控制了四種主要原料的進料過程，其中四種主要原料為：石灰石原料、粉砂巖原料、粉煤灰原料、鐵粉原料等，系統同時投放四種原料，因進料量給定設置不同，不同原料達到設定量的時間不同，當所有原料都達到原料的設定量時，系統才開始輸送機的工作，通過輸送機把四種原料分別同時輸送到傳送帶上進行混合。

1.5 生料立磨系統工藝流程

系統首先啟動熱風機進行加熱處理，當生產溫度適合時，系統馬上把閥門打開，將高溫熱風送入到立磨機，同時系統還將上個工藝系統得到的混合配合料送入到立磨機進行立磨，后續系統自動將立磨料送入到旋風筒，進行氣力攪拌，接著通過循環冷風機送入到除塵器，除塵后得到的成品送入到成品均化庫。此外當熱風機的溫度過高時，系統自動啟動冷風機，送入冷風進行降溫，確保生產溫度合適。

1.6 預分解煅燒系統工藝流程

系統首先將調配好的生料送入到四級旋風預熱器進行加熱預處理，接著將加熱生料導入到分解爐進行分解，分解程度滿足要求時，將分解料送入到回轉窯進行反復煅燒處理，煅燒后將原料排入到冷卻機進行冷卻處理，冷卻后將冷卻料送入到成品熟料庫。

1.7 水泥制成系統工藝流程

系統將上個工序得到的水泥熟料并加入石膏以及其他混合材料進行運輸混合，送入到預磨機進行預磨處理，然后再將預磨料送入到球磨機進行球磨工序處理，再將球磨料送入到選粉機進行選粉，根據選粉機的工作原理，顆粒大小不滿足條件的重新送入到球磨機再次進行球磨，顆粒大小合適的原料送入到除塵器，除塵后得到的水泥成品送入到成品庫進行儲存。

2? 變頻調速控制的實現

2.1 RS485模塊通信控制

該控制方式基于網絡通信技術[5，6]，采用PLC與變頻器的通信協議，從而控制變頻器進行調速運行。連接方式如圖2所示。

2.2 通信步驟

三菱變頻器FR-D700有三種模式設定，本設計采用的是網絡運行模式。

PLC通信格式的設定，主要是通過對PLC特殊功能寄存器D8120加以設置，根據變頻器設置通信格式，所以寄存器設置為H0C96。

2.3 硬件電路設計

由于各個系統硬件電路圖大同小異，在這里不再對各個系統的硬件電路逐一介紹，下面將重點介紹帶有變頻調速的破碎系統硬件電路設計，破碎系統的控制電路如圖3所示，破碎系統的主電路圖如圖4所示。

3? 組態監控畫面

為了更好地對下位機以及流水線進行運行監控，設計了各個子系統的監控運行畫面，如圖5所示。

系統根據生產情況，可對生產過程中工序設置報警，本次設計主要對破碎系統中的破碎工序以及除塵工序進行報警，設置報警窗口以及報警數據的數據庫存儲，如圖6所示。

報警數據庫可記錄從系統開機運行的那一天起的所有報警數據，并可按日期以及當天時間進行保存，結合數據庫以及組態程序，系統設置了按日期查詢方式以及按變量查詢的方式。

4? 實物調試

各個系統運行監控畫面順利通過調試，可以運行，因篇幅限制這里不再一一列舉;破碎系統監控運行畫面如圖7所示。

5? 結語

本文設計的基于PLC與組態軟件的水泥生產線控制系統，實現了組態控制PLC的網絡通信控制系統，本系統主要由6個工藝子系統、報警系統、報警查詢系統、以及數據記錄系統等組成，各個工藝子系統采用了手動自動兩種控制方式，自動方式即按照組態王的自動定時程序，從而通過PLC控制電動機進行自動化操作;手動方式即通過控制PLC或組態單獨控制某一個工位運行，從而實現點對點的操作。本控制系統設計操作簡潔明了、方便實用，為水泥生產線自動化、網絡化以及信息化控制提供了參考。

參考文獻

[1] 何家成.PLC技術在水泥廠生產的配料系統中應用研究[Z].蘇州中材建設有限公司，2016（18）.

[2] 吳帆.基于PLC的水泥生產線控制系統設計與研究[D].南京理工大學，2012.

[3] 吳斯文.蘭豐水泥生產線監控系統與界面組態研究[D].南昌大學，2005.

[4] 袁秀英，余群威，等.組態控制技術[M].北京：電子工業出版社，2003.

[5] 李金城.PLC模擬量與通信控制應用實踐[M].北京：電子工業出版社，2011.

[6] 王阿銀.PLC控制程序精編108例[M].北京：電子工業出版社，2015.