嵌入式PLC在梭式窯控制系統(tǒng)中的應用

1、嵌入式PLC在梭式窯控制系統(tǒng)中的應用 作者：雷軍、吳昊天摘要：采用CAN總線技術組建以嵌入式PLC為主站的CAN網(wǎng)絡，運用PID算法，結合工業(yè)級人機界面，實現(xiàn)梭式窯的邏輯控制和過程控制。關鍵詞：嵌入式PLC；人機界面；CAN總線；梭式窯；控制 1 引言20多年來，窯爐控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷從人工看火，手動調(diào)節(jié)，到單顯表顯示，手動調(diào)節(jié)；到智能調(diào)節(jié)儀表自動調(diào)節(jié)，到計算機自動控制，到計算機+智能調(diào)節(jié)儀表雙重控制等多個階段。我們在黃岡市華泰窯爐公司承建的河南鄭州上街鋁廠80立方燃氣梭式窯上，采用了全新的窯爐控制方案PLC+人機界面控制方案。該窯已于2005年6月投產(chǎn)，溫度控制精度達到±3，深受用

2、戶好評。2用戶需求2、1梭式窯控制要求梭式窯是一種間歇窯爐，主要用于日用陶瓷、衛(wèi)生潔具、藝術陶瓷、微晶玻璃和電瓷等燒結工程，以及鋼鐵熱處理等行業(yè)。 就陶瓷的燒結工程而言，對梭式窯控制提出了以下要求:（1） 由于陶瓷是一種硅酸鹽材料，特別是在晶型轉換劇烈的階段，要求溫度的升降應該是漸進的，一般不允許突升猛降。（2）由于不同的氣氛會影響陶瓷產(chǎn)品的色澤，所以對氣氛的控制要求比較嚴格。（3）陶瓷產(chǎn)品燒成依據(jù)配方要求在不同溫度段，升溫速率也不盡相同?？梢姡笫礁G的控制主要是氣氛和溫度的控制，在實際應用中溫度的控制主要通過調(diào)節(jié)燒嘴的燃燒和助燃風的流量或壓力，氣氛的控制主要通過調(diào)節(jié)火焰性質和窯內(nèi)壓力。梭式窯

3、控制系統(tǒng)涉及溫度和壓力的采集、控制、風機動作和變頻調(diào)節(jié)。2、2用戶資料該梭式窯是 80 立方米的燃氣梭式窯，有18個燒嘴分6組溫度控制區(qū)，采用脈沖信號（占空比）控制助燃風電磁閥，燃氣閥則依靠比例閥控制，以此實現(xiàn)燒嘴的控制，2個壓力控制點分別控制窯壓和助燃風壓力，以達到調(diào)節(jié)窯內(nèi)氣氛的目的，另外還有排煙風機 2 臺（ 1# 排煙風機作正常使用， 2# 排煙風機作補給使用）助燃風機 1 臺， 1# 排煙風機和助燃風機采用變頻器控制， 2# 排煙風機采用星 - 三角控制。整個系統(tǒng)有溫度檢測點 7 個（ 6 點 S 分度用于控制， 1 點 K 分度用于顯示），壓力檢測點 2 個， 18 個燒嘴火焰檢測。

4、3 系統(tǒng)方案 3.1系統(tǒng)組成鑒于用戶以上要求，選用一臺嵌入式 PLC （ EASY-M2416R ）作為主結點實現(xiàn)整個系統(tǒng)的邏輯控制和過程控制，并通過 CAN 總線連接溫度采集模塊（ CAN-AD1216 ）和壓力采集模塊（ CAN-AD1208A ）及模擬量輸出模塊（ CAN-DA1208 ），整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)通過人機界面（ 10.4寸，真彩色 ）顯示、控制，通過互連的計算機監(jiān)控、記錄。 控制系統(tǒng)框圖如下：3.2系統(tǒng)組成控件介紹   EASY-M2416R      是一款嵌入式 PLC ，有24點開關量輸入、16 點開關量輸出，

5、其編程環(huán)境與三菱 FX2n 兼容。除具有通用PLC功能之外，還可與多家HMI相連，方便地實現(xiàn)CAN、485通信，可多組成多層網(wǎng)絡。   CAN-AD1216     是溫度采集模塊， CAN 總線產(chǎn)品， 16 個通道，它將熱電偶毫伏信號轉化為數(shù)值信號，通過CAN 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡將數(shù)字信號送到PLC 。     CAN-AD1208A 是壓力采集模塊， CAN 總線產(chǎn)品，有 8 個通道，接受 4-20mA 的模擬信號轉化為 0-1000 的數(shù)字信號。     CAN-DA1208   &#

6、160;  是 0-10V 的模擬量輸出模塊， CAN 總線產(chǎn)品，有 8 個通道，它接收 CAN 總線的數(shù)字信號轉化為 0-10V 的模擬信號。     人機界面 能與EASY-M2416R連接的人機界面很多，如三菱、臺達、 HITECH 、 Eview 等，這里選用 HITECH 的PWS3216 ，它是一款 256 色 10.4 ”的人機界面。 4、工藝要求的實現(xiàn) 4.1進程工藝實現(xiàn)   根據(jù)產(chǎn)品及工藝的多樣性要求，提供了三條工藝曲線以供選擇。每條曲線都由20個溫度段組成，在每個溫度段中可以設置所需的溫度要求及所需要的時間。按下圖畫面左下腳

7、“工藝選擇”設值按鈕，填入所需的工藝曲線及起始段號后，再返回主畫面按下“進程啟動”按鈕，這時PLC就調(diào)入這條曲線參數(shù)進行處理運算，同時進程指示燈會點亮，以指示當前所調(diào)入的參數(shù)段，并且隨著進程段數(shù)的增加而改變?！爱斍敖o定”顯示框，顯示的是PLC根據(jù)所選段號參數(shù)，計算出來的當前給定溫度值。PLC把此值同時賦給六個脈沖閥，當成其PID運算的目標值。并且在PLC開機初始化或進程啟動時，所顯示的是從1#加熱區(qū)所采樣到的當前爐溫，進程是在這個溫度基礎上開始運行的。當“當前段號”數(shù)值框中的數(shù)值大于“終止段號”中的數(shù)值時，就表示進程結束，這時要想重新啟動，就需要重新設置起始段號，并返回主畫面按下“進程啟動”按

8、鈕?！敖o定周期”設值框是用來改變“當前給定”數(shù)值框數(shù)字跳動的頻率周期，給定周期小，數(shù)值顯示的跳動頻率就快，數(shù)值變化的幅度就小，反之亦然。此值已被限制在1-20秒之內(nèi)。畫面下方的“溫度曲線”按鈕是一個子畫面打開按鈕，實現(xiàn)該溫度進程工藝的人機界面畫面如下：其相應部分梯形圖程序如下：4.2 燒嘴的控制   該梭式窯燒嘴的控制方式是：脈沖信號控制助燃風電磁閥，燃氣閥依靠比例閥控制，要求脈沖周期可調(diào)，同時可設置最小開啟時間和最小關閉時間。畫面顯示的是PLC 8組PID運算所需要的參數(shù)設置值，這些值按照現(xiàn)場工藝要求一經(jīng)設置好后不許改動。它由密碼進行保護，只有持有密碼者才可以打開畫面進去

9、修改?！懊}沖周期”是一個設值按鈕，其值控制六個脈沖閥的輸出周期，即多長時間閥動作一次。此值已被限制在320秒?！白钚￠_啟時間”和“最小關閉時間”分別對應脈沖閥的兩個參數(shù)。程序處理時，當閥的理論開啟時間小于閥的“最小開啟時間”時，閥全關，當閥的理論關閉時間小于閥的“最小關閉時間”時，閥全閉。實現(xiàn)該過程的人機界面畫面如下：對應的梯形圖程序如下： 4.3人機界面畫面功能 該窯控制系統(tǒng)的所有操作均可在人機界面上完成,面板按鈕與人機界面按鈕互為備份,操作時可無擾切換。除上述兩個設置畫面外，還展示了梭式窯的現(xiàn)場模擬圖、風機和燒嘴狀態(tài)指示、溫度壓力顯示、設定溫度曲線、實時溫度曲線及故障信息。下面是該系統(tǒng)的主

10、畫面。5 結語     應用嵌入式 PLC 、CAN 總線技術加工業(yè)級人機界面的梭式窯控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的梭式窯計算機控制系統(tǒng)相比有以下優(yōu)勢：（1）組成了一個局域網(wǎng)，實現(xiàn)了“集中分散型控制”，在人機界面上控制屬于集中控制，在各個柜子面板按鈕屬于分散控制，兩者處于同一個優(yōu)先級。（2）克服了工業(yè)計算機在使用過程中存在的三大問題：、 計算機可靠性難以保證。（如：風扇、硬盤、鍵盤、鼠標等部件容易損壞）、 很難標準化。（硬件不斷升級、軟件不斷更新、編程語言眾多、很難規(guī)范化等）、 維護麻煩。（3） 可通過485網(wǎng)絡接口外接計算機。（傳輸距離可達1000米），可在辦公室里實現(xiàn)遠程監(jiān)控。計算機只作信息管理用，不參與控制。計算機中包括現(xiàn)場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設定曲線圖、歷史趨勢曲線圖，并可設隔