嵌入式PLC在隧道窯控制系統(tǒng)中的應用

1、嵌入式PLC在隧道窯控制系統(tǒng)中的應用 作者：雷軍摘要：以嵌入式PLC為主站，運用PID算法，結合工業(yè)級人機界面，實現(xiàn)隧道窯集中分散型控制，減輕了設計、施工工作量，利于現(xiàn)場操作和維護。關鍵詞：嵌入式PLC；隧道窯；CAN總線；人機界面；集散型控制;1引言隧道窯是一種連續(xù)式窯爐，由預熱區(qū)、高溫區(qū)、急冷區(qū)和緩冷區(qū)組成，主要用于建筑陶瓷、日用陶瓷等燒制。隧道窯的控制涉及傳動控制，溫度、壓力的檢測、控制以及其它控制。我們采用科威EASY系列PLC開發(fā)出的高可靠性、高性價比的隧道窯控制系統(tǒng)，已于2005年7月成功應用在湖北華窯集團中亞窯爐公司承建的越南某隧道窯中。下面介紹此窯的控制方案。2用戶要求1、溫度

2、控制區(qū)8組。2、溫度顯示區(qū)10組。3、熱電偶：18支。 其中：K分度11支 S分度7支4、風機選型排煙風機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。助燃風機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。急冷風機： 11kw 一開一備 （變頻）抽熱風機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。快冷風機： 7.5kw 一開一備 直接啟動。 軸流風機： 0.18kw 8臺 直接啟動5、安全連鎖。 開關量互鎖：必須是硬件互鎖和軟件互鎖。在設計時進一步落實工藝互鎖要求。6、使用人機界面控制現(xiàn)場設人機界面，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。（集中分散型控制）7.關控制信息能傳到計算機，計

3、算機只作信息管理用，不參與控制。計算機畫面應含有：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、并完成報表打印功能。3 解決方案3、1系統(tǒng)分析3、1、1溫度采集部分10支熱電偶，K、S兩種分度號。3.1、2溫度控制部分18點溫度中，其中8點（設計時需指定）用來作溫度控制用。在這8點溫度控制中，其中7點是控制執(zhí)行器閥位值，改變?nèi)剂献⑷肓?，從而使溫度穩(wěn)定。另外一點是控制急冷變頻器輸出頻率，改變急冷風機運行速度，從而調(diào)節(jié)急冷區(qū)溫度。其它因素由人工調(diào)整（如助燃風、燃氣壓力等）。每個控溫點占用一路模擬量輸出，急冷變頻器占用一路模擬量輸出，執(zhí)行器采取開度定位方式。因此溫度控制占用：8路模擬量

4、（輸入、輸出）。3.1、3相關風機部分、1 排煙風機控制排煙風機一用一備，二者邏輯上互鎖，電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制占用：6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。6點開關輸出：（主、星、三角）*2。3.1、3.2助燃風機控制助燃風機一用一備，二者邏輯上互鎖，電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制占用：6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。6點開關輸出：（主、星、三角）*2。3.1、3.3急冷風機控制急冷

5、風機快慢由變頻器調(diào)整，通過PLC內(nèi)部PID運算輸出4-20mA標準信號，來控制變頻器的輸出頻率。同時在人機界面上也可以實行手自動切換進行控制。因此急冷風機占用：5點開關輸入：急冷A啟動、急冷B啟動、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障 2點開關輸出：（運行控制）*2。1點模擬輸出：頻率調(diào)節(jié)（手自動調(diào)節(jié)）。3.1、3.4抽熱風機控制抽熱風機一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此抽熱風機控制占用：6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。 6點開關輸出：（主、星、三角）*2。3.1、3.5快冷風機控

6、制快冷風機一開一備，直接輸出控制，因此占用： 6點開關量輸入：（啟動、停止、故障）*2。 2點開關量輸出：（運行控制）*2。3.1、3.6軸流風機控制軸流風機：0.18kw 8臺，直接輸出控制，因此占用： 3點開關量輸入：啟動、停止、故障。 1點開關量輸出：運行控制。3.1、3.7安全連鎖 開關量互鎖：必須的硬件互鎖和軟件互鎖。在設計時進一步落實工藝互鎖要求。3.2控制器件選型據(jù)以上統(tǒng)計，有溫度采集8點；開關量輸入：49點 模擬量輸入：8點開關量輸出；34點 模擬量輸出；8點故需選用：溫度采集模塊：CANAD1216 1臺溫度控制：EASYM0808RA0404NB 2臺風機控制部分采用：Ea

7、sy-M1608R 2臺 另需做主站的PLC（Easy-M1608R）1臺，用于控制拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4臺，顯示控制的人機界面一臺（10.4英寸，真彩色），用于監(jiān)控的普通計算機一臺。其他電器部分：變頻器，開關電源，空氣開關，接觸器，繼電器，按鈕，指示燈，報警器，柜體等。CAN-AD1216：有16路溫度輸入有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，可與各采集模塊、Easy系列的PLC互連組成網(wǎng)絡。Easy-M0808R-A0404NB：有8點開關量輸入、8點開關量輸出。有4路模擬量輸入、4路模擬量輸出。有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，可與各采集模塊、PLC互連。有與通用人機界面相

8、連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)視和操作。有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。Easy-M2416R：有24點開關量輸入、16點開關量輸出。有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，可與各采集模塊、PLC互連。有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)視和操作。有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。每臺塊Easy-M1608R：有16點開關量輸入、8點開關量輸出。有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，以便于各采集模塊相連。有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)示和操作。有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。 3、3控制結構圖 3、4 PLC接線示意圖 1#從站接線示意圖2#從站接線

9、示意圖3#從站接線示意圖4#從站接線示意圖5#從站接線示意圖注：其中主站與拖車部分（6#從站-9#從站）的PLC接線示意圖略4、系統(tǒng)控制的實現(xiàn) 4.1所有的風機控制和電磁閥以及拖車都是由PLC的開關量控制。下面是排煙風機A的星-三角控制程序的梯形圖程序：4、2 模擬量溫度采集由一臺AD1216采集。4、3所有的模擬量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，溫度由Easy-M0808R-A0404NB經(jīng)過PID調(diào)節(jié)輸出（4-20mA給執(zhí)行器和變頻器），控制執(zhí)行器與變頻器，從而控制窯爐的溫度。下面是其中一路PID輸出控制執(zhí)行器的梯形圖程序：4、4所有的控制設備組成一個網(wǎng)絡，整個CAN總

10、線網(wǎng)絡互聯(lián)由CANSET軟件來實現(xiàn),它是圖形化界面的軟件,設置起來十分簡便。設置內(nèi)容包括：網(wǎng)絡設備總數(shù)、網(wǎng)絡設備地址、網(wǎng)絡通訊數(shù)據(jù)的內(nèi)容、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊速度等。它還能根據(jù)用戶的需要，靈活設置每個設備的任務級別，以保證網(wǎng)絡資源的合理分配。下圖是在CANSET下設置的本系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡配置：4、 5相關信息通過RS485網(wǎng)絡傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。在計算機中包含有：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、并完成報表打印功能。計算機中的各個曲線圖每隔2分鐘自動保存一次。4、6 人機界面操作說明 上圖是主畫面，由四部份組成。最上面是日期時間顯示與警報走馬燈及中英文

11、切換按鈕。其中時間日期可以在“畫面四”中進行設置（一般情況下無須設置）。警報走馬燈顯示11臺風機的運行故障與燃氣超限（上下限）以及9個從站掉線顯示。當系統(tǒng)無故障時，報警走馬燈顯示設備運行正常。中間上半部分是現(xiàn)場模擬圖， 從中可以觀測到現(xiàn)場設備及工藝運行的一些情況，如11臺風機的運行指示燈，在風機運行時，相應的指示燈會變成綠色；主電磁閥以及各支電磁閥開啟時其對應的指示燈會變成綠色。中間下半部分是11臺風機的啟動、停止按鈕以及主電磁閥的開、關按鈕，根據(jù)工藝及安全連鎖要求，只有排煙風機（A或B）啟動后才能啟動助燃風機（A或B），助燃風機啟動后（A或B）才能開啟總閥，總閥開啟后才能開啟各支電磁閥。以上

12、各設備的連鎖要求依次是排煙風機助燃風機總閥各支電磁閥。在沒有啟動前級設備的情況下，是不會啟動后級設備的，反之如果停止了前級設備，后級設備也相應的自動停止。上述各設備之間的啟動順序在程序上進行了連鎖，同時在硬件配線上也進行了連鎖。最底部是四個換面按鈕與警報解除按鈕以及按鍵鎖按鈕，按壓各個換畫面按鈕可以進入其對應的子畫面。“警報解除”按鈕是一個交替型按鈕，按壓“警報解除”按鈕可以解除發(fā)生故障時的聲光報警輸出，它只能暫時解除當前的聲光報警，報警走馬燈上還會顯示相應的故障，如果故障沒有排除，在下次PLC啟動運行時還會發(fā)出聲光報警?！鞍存I有效”按鈕是一個交替型按鈕，“按鈕無效”鍵是為了保護界面按鈕不被誤按而設置的，當“按鈕無效”時，按壓風機啟停按鍵及總閥按鈕是不會產(chǎn)生動作的。 5總結 本控制系統(tǒng)采用EASY系列PLC，硬件結構