PLC在隧道窑控制系统中的解决方案

一>、引言

隧道窑是一种连续式窑炉，主要用于陶瓷建材、日用陶瓷等烧制，就其结构而言主要由预热区、高温区、急冷区和缓冷区组成，隧道窑的控制涉及风机的控制、温度的检测、压力的检测，温度的控制、压力的控制以及其它控制。将 CAN总线技术应用在隧道窑控制系统，可以很好地满足温度和压力实时控制的要求，系统通信速率高、稳定性强，而工业级人机界面的参与，使得控制系统更加直观化，易于用户使用和操作。下面以河北唐山某陶瓷厂的一条隧道窑为案例，介绍其控制系统的实现过程。

下面以是EASY系列的PLC以及AD模块成功应用于湖北黄冈“华窑集团中亚窑炉公司”隧道窑的控制系统为例，介绍其控制系统的实现过程。

二>、用户资料

1、温度控制区8组。

2、温度显示区10组。

3、热电偶：18支。

其中： K分度11支

S分度7支

4、风机选型

排烟风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。

助燃风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。

急冷风机： 11kw 一开一备 (变频)

抽热风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。

快冷风机： 7.5kw 一开一备 直接启动。

轴流风机： 0.18kw 8台 直接启动

5、安全连锁。

开关量互锁：必须是硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。

6、使用人机界面控制

现场设人机界面，所有操作均可在人机界面上完成;

面板按钮与人机界面按钮互为备份。(集中分散型控制)

7.关控制信息能传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制。

计算机画面应含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。

三>、解决方案

1.温度采集部分

10支热电偶，K、S两种分度号。选用每路每路分度号均可设的CAN—1216温度采集模块。

2.温度控制部分

18 点温度中，其中8点(设计时需指定)用来作温度控制用。在这8点温度控制中，其中7点是控制执行器阀位值，改变燃料注入量，从而使温度稳定。另外一点是控制急冷变频器输出频率，改变急冷风机运行速度，从而使急冷区温度变化。其它因素由人工调整(如助燃风、燃气压力等)。

每个控温度点占用一路模拟量输出，急冷变频器占用一路模拟量输出，执行器采取开度定位方式。

因此温度控制占用：

8路模拟量(输入、输出)。

3.相关风机部分

①、排烟风机控制。

排烟风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点(主、星、三角)，占三个开关输入点(启动、停止、故障)，因此排烟风机控制占用：

6点开关输入：(启动、停止、故障)*2。

6点开关输出：(主、星、三角)*2。

②助燃风机控制。

助燃风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点(主、星、三角)，占三个开关输入点(启动、停止、故障)，因此排烟风机控制占用：

6点开关输入：(启动、停止、故障)*2。

6点开关输出：(主、星、三角)*2。

③、急冷风机控制。

急冷风机快慢由变频器调整，通过PLC内部PID运算输出4-20mA标准信号，来控制变频器的输出频率。同时在人机界面也可以实行手自动切换进行控制。因此急冷风机占用：

5点开关输入：急冷A启动、急冷B启动、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障

2点开关输出：(运行控制)*2。

1点模拟输出：频率调节(手自动调节)。

④、抽热风机控制。

抽热风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点(主、星、三角)，占三个开关输入点(启动、停止、故障)，因此抽热风机控制占用：

6点开关输入：(启动、停止、故障)*2。

6点开关输出：(主、星、三角)*2。

⑤、快冷风机控制。

快冷风机一开一备，直接输出控制，因此占用：

6点开关量输入：(启动、停止、故障)*2。

2点开关量输出：(运行控制)*2。

⑥、轴流风机控制。

轴流风机：0.18kw 8台，直接输出控制，因此占用：

3点开关量输入：启动、停止、故障。

1点开关量输出：运行控制。

⑦、安全连锁。

开关量互锁：必须的硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。

4、系统构架

据以上统计，有温度采集8点;

开关量输入：49点模拟量输入：8点

开关量输出;34点模拟量输出;8点

故需选用：温度采集模块：CAN—AD1216 1台

温度控制：EASY—M0808R—A0404NB 2台

风机控制部分采用：Easy-M1608R 2台

另外做主站的PLC(Easy-M1608R)1台，用于拖车部分的PLC(Easy-M1608R)4台

每块CAN-AD1216：

有16路温度输入

有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连以及Easy系列的PLC相连组成网络。

每台Easy-M0808R-A0404NB：

有8点开关量输入、8点开关量输出。有4路模拟量输入、4路模拟量输出。

有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。

有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。

有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。

每台块Easy-M2416R：

有24点开关量输入、16点开关量输出。

有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。

有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。

有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。

每台块Easy-M1608R：

有16点开关量输入、8点开关量输出。

有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。

有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。

有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。

另外做主站的PLC(Easy-M1608R)1台，用于拖车部分的PLC(Easy-M1608R)4台

显示控制的人机界面一台(10.4英寸，真彩色)，用于监控的普通计算机一台。

其他电器部分：

变频器，开关电源，空气开关，接触器，继电器，按钮，指示灯，报警器，柜体。

其中控制部分的硬件价格为：

CAN-AD1216A一台价格为1680元

Easy-M2416R两台价格为1680×2=3360元

Easy-M0808R-A0404NB两台价格为1680×2=3360元

Easy-M1608R五台价格为1280×5=6400元

人机界面一台价格为12000元

总计价格为：26800元

四>、控制结构图

 

控制结构图

五>、PLC接线示意图

 

1#从站接线示意图

 

2#从站接线示意图

 

3#从站接线示意图

 

4#从站接线示意图

注：其中主站与拖车部分(6#从站-9#从站)的PLC接线示意图略

六>、系统功能的实现

1.所有的风机控制和电磁阀以及拖车都是由PLC的开关量控制。

下面是排烟风机A的星--三角控制程序的梯形图程序：

2.模拟量温度采集由一台AD1216采集。

3.所有的模拟量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，温度由Easy-M0808R-A0404NB经过PID调节输出(4-20mA给执行器和变频器)，控制执行器与变频器从而控制窑炉的温度;

下面是其中一路PID输出控制执行器的梯形图程序：

 

 

 

4.所有的控制设备组成了一个网络，整个CAN总线网络互联由CANSET软件来实现,它是图形化界面的软件,设置起来十分简便,并且在PLC的梯形图中除了地址和主从站外无须再对其他相关内容进行设置，在一定程度上简化程序设计的工作量。CANSET软件能很轻松方便的完成通讯设置。设置内容包括：网络设备总数、网络设备地址、网络通讯数据的内容、网络数据通讯速度等。它还能根据用户的需要，灵活设置每个设备的任务级别，以保证网络资源的合理分配。处于下层网络的AD，以及从站PLC设备，遵循CANBUS协议的接口，能很方便的联入CAN总线网络中，构成系统的主体。(CAN网络的数据线在300米以内都为最佳传输距离)

5.相关信息通过RS485网络传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制。

在计算机中包含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。其中在计算机中的各个曲线图每隔2分钟自动保存一次。