混合型PLC在窯爐控制系統(tǒng)中的應用 我公司成功的開發(fā)了一款混合型（既有開關(guān)量又有模擬量）PLC產(chǎn)品EASY-M0808R-A0404NB。 EASY-M0808R-A0404NB是建立在高速CAN總線和公司自主研發(fā)的嵌入式PLC芯片組技術(shù)的應用基礎之上，所以產(chǎn)品除了具有CAN總線連網(wǎng)外還具有梯形圖編程設置功能。產(chǎn)品在底層編程設計時留有功能函數(shù)接口和系統(tǒng)控制字，用戶可以結(jié)合自己的工藝及設備要求通過對輸入輸出口串并聯(lián)電阻及用梯形圖編程來設置AI，D0為0-10V，4-20mA等標準信號，從而可以適應大多數(shù)傳感器、執(zhí)行器的輸入輸出要求。并且可以輸入各通道分度號及溫度—毫伏非線性表使得EASY-M0808R-A0404NB不僅適用常用的K、S、B分度熱電偶，也適合用于其它一些不常用的分度的熱電偶，比如T分度等。還可以通過零點量程設置及調(diào)用線性轉(zhuǎn)換程序也可以滿足不同量程的輸入輸出要求。 以下是我公司的PLC以及AD模塊應用于湖北黃岡“華窯集團——中亞窯爐”隧道窯的控制系統(tǒng) 一、用戶資料 1、溫度控制區(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 普通，直接啟動。 軸流風機： 0.18kw 8臺 直接啟動 5、 安全連鎖。 開關(guān)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。 6、用人機界面和計算機。 現(xiàn)場設人機界面，所有操作均可在人機界面完成； 面板按鈕與人機界面按鈕互為備份。（集中分散型控制） 7、有關(guān)控制信息能傳到計算機，計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。 二、解決方案 1、溫度采集部分 10支熱電偶，K、S兩種分度號。選用每路可設K、S、B分度號的溫度檢測模塊。 每塊CAN-AD1216A可采集16路溫度信號。 CAN-AD1216 1塊。 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。此處溫度控制是控制執(zhí)行器閥位大小，改變?nèi)剂献⑷攵嗌?，從而使溫度穩(wěn)定。其它因素由人工調(diào)整（如助燃風、燃氣壓力等）。 每個控溫度點占用一路模擬量輸出點。 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（輸入、輸出）。 3、相關(guān)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，但電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關(guān)輸出點（主、星、三角），占三個開關(guān)輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制占用： 6點開關(guān)輸入：（啟動、停止、故障）＊2。 6點開關(guān)輸出：（主接觸器、星接觸器、三角接觸器）＊2。 ②助燃風機控制。 助燃風機一用一備，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(guān)輸出點（主、星、三角），占三個開關(guān)輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制占用： 6點開關(guān)輸入：（啟動、停止、故障）＊2。 6點開關(guān)輸出：（主接觸器、星接觸器、三角接觸器）＊2。 ③、急冷風機調(diào)節(jié)。 急冷風機快慢由變頻器調(diào)整，但由PLC經(jīng)過PID調(diào)節(jié)可以在人機界面上實行手自動控制。因此急冷風機占用： 5點開關(guān)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(guān)輸出：（運行控制）＊2。 1點模擬輸出：頻率調(diào)整（手自動調(diào)節(jié)）。4—20mA 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(guān)輸出點（主、星、三角），占三個開關(guān)輸入點（啟動、停止、故障），因此抽熱風機控制占用： 6點開關(guān)輸入：（啟動、停止、故障）＊2。 6點開關(guān)輸出：（主接觸器、星接觸器、三角接觸器）＊2。 ⑤、快冷風機控制。 快冷風機一開一備，直接輸出控制，因此占用： 6點開關(guān)量輸入：（啟動、停止、故障）＊2。 2點開關(guān)量輸出：（運行控制）＊2。 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(guān)量輸入：啟動、停止、故障。 2點開關(guān)量輸出：運行控制。 ⑦、安全連鎖。 開關(guān)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。 4、構(gòu)架框圖 據(jù)以上統(tǒng)計，有 控制部分： 模擬量部分： 溫度采集：CAN-AD1216 K、S、B分度 1塊 溫度控制：8點使用Easy-M0808R-A0404NB 2臺 風機控制部分采用Easy-M1608R 2臺 另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1臺，用于拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4臺 每塊CAN-AD1216A： 有16路溫度輸入 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以及Easy系列的PLC相連組成網(wǎng)絡。 每臺Easy-M0808R-A0404NB： 有8點開關(guān)量輸入、8點開關(guān)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，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。 每臺塊Easy-M2416R： 有24點開關(guān)量輸入、16點開關(guān)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。 每臺塊Easy-M1608R： 有16點開關(guān)量輸入、8點開關(guān)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。 另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1臺，用于拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4臺 顯示控制的人機界面一臺（10.4英寸，真彩色） 其他電器部分： 變頻器，開關(guān)電源，空氣開關(guān)，接觸器，繼電器，按鈕，指示燈，報警器，柜體。 其中控制部分的價格為： CAN-AD1216A一臺價格為1680元 Easy-M2416R兩臺價格為1680×2=3360元 Easy-M0808R-A0404NB兩臺價格為1680×2=3360元 Easy-M1608R五臺價格為1280×5=6400元 人機界面一臺價格為12000元 總計價格為：26800元 三、控制結(jié)構(gòu)圖以及各風機控制圖 結(jié)合梯形圖PID、順控及功能指令使得這臺PLC在各類型，各量程的模擬量信號控制中大顯身手，并且價格只相當于一臺控制儀表，從而可以向下覆蓋部分儀表市場，增加了其廣泛性和性價比。據(jù)調(diào)查在一款控制產(chǎn)品上集成如此多的功能在國內(nèi)市場尚屬空白。 圖一 控制結(jié)構(gòu)圖 四、PLC接線示意圖 1#從站接線示意圖 2#從站接線示意圖 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：其中拖車部分（6#從站-9#從站）的PLC接線示意圖略 五、系統(tǒng)功能的實現(xiàn) 1．所有的風機控制和電磁閥以及拖車都是由PLC的開關(guān)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： 2．模擬量溫度采集由一臺AD1216采集。 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．所有的控制設備組成了一個網(wǎng)絡，整個CAN總線網(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,并且在PLC的梯形圖中除了地址和主從站外無須再對其他相關(guān)內(nèi)容進行設置，在一定程度上簡化程序設計的工作量。CANSET軟件能很輕松方便的完成通訊設置。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。處于下層網(wǎng)絡的AD，以及從站PLC設備，遵循CANBUS協(xié)議的接口，能很方便的聯(lián)入CAN總線網(wǎng)絡中，構(gòu)成系統(tǒng)的主體。（CAN網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)線在300米以內(nèi)都為最佳傳輸距離） 下圖是在CANSET下設置的本系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡配置： 5．相關(guān)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。其中在計算機中的各個曲線圖每隔2分鐘自動保存一次。 六、 人機界面操作說明 主畫面由四部份組成，上面是日期時間顯示與警報走馬燈及中英文切換按鈕。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。包括11臺風機的運行指示燈，在運行時相應的指示燈的燈會變成綠色；主電磁閥以及各支電磁閥的開啟指示，當電磁閥開啟時其對應的指示燈的燈會變成綠色。 下面是11臺風機的啟動與停止按鈕以及主電磁閥的開與關(guān)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。 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。 此畫面是溫度與急冷變頻器手自動調(diào)節(jié)畫面，按溫度對應的“自動”按鍵變?yōu)椤笆謩印睍r，此時可以人為的“+”與“-”調(diào)節(jié)輸出閥位值，當按一下“+”或“-”時，閥位值“增加”或“減少”1.25。當手自動調(diào)節(jié)為“自動”時，閥位值輸出由PLC的PID程序控制輸出。按急冷控制下面的“自動”按鍵變?yōu)椤笆謩印睍r，通過的“增速”和“減速”鍵調(diào)節(jié)輸出閥位值，從而改變變頻器的頻率輸出來控制急冷風機的運行速度。當按一下“增速”或“減速”時，閥位值“增加”或“減少”1.25。當手自動調(diào)節(jié)為“自動”時，變頻器的頻率由PLC的PID程序控制輸出。 在此畫面中的溫度給定與實測溫度都是不能改變的，都只是數(shù)值顯示。 按壓返回按鈕返回主畫面。 故障信息顯示有三部分組成，分別是當前警報表，歷史警報表，和在主畫面中的警報走馬燈組成。如果有故障發(fā)生首先在警報走馬燈上會有指示，這時打開故障信息畫面在當前故障表中有關(guān)于此故障的詳細說明。待排除故障后，當前警報信息會自動消失，但在歷史警報表中會有記錄，當前故障顯示里面記錄20條故障信息，其中運行正常也放進了故障顯示里面。當前故障顯示與歷史故障顯示里面最多能夠存儲1000故障信息。當有1001條故障信息發(fā)生時，系統(tǒng)會自動刪除第一條信息。但在計算機上面還會保存這些故障信息。在當前故障顯示與歷史故障顯示里面能夠顯示發(fā)生故障的詳細時間。 按壓返回按鈕返回主畫面。 此畫面顯示的是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修改?！霸O定日期時間”是一個設值按鈕，可以設置時間日期。其中上限值與下限值最大值限定在100以內(nèi)，在設定時，上限值應該大于下限值，閥位開度顯示值為“0-100”，當閥位開度為“0”時，PLC輸出電流實際值為4mA，當閥位開度為“50”時，PLC輸出電流實際值為12mA。當閥位開度為“100”時，PLC輸出電流實際值為20mA。按壓返回按鈕返回主畫面。 實時曲線由兩條曲線組成，紅色為實測值曲線，藍色為設定值曲線。橫坐標表示溫度點，縱坐標表示溫度值。按壓采樣周期設定按鈕可以設置采樣周期，采樣周期設定按鈕其實是設置曲線的更新時間。按壓返回按鈕返回主畫面。 七、小結(jié) 本系統(tǒng)由于采用了EASY系列網(wǎng)絡型PLC產(chǎn)品，使整個系統(tǒng)組成了一個局域網(wǎng)，實現(xiàn)了“集中分散控制”（在人機界面上控制屬于集中控制，在各個柜子面板上的按鈕控制屬于分散控制，兩者處于同一個優(yōu)先級），本方案采用的是PLC+HMI窯爐專用控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是針對計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點及存在的問題而專門開發(fā)的，它克服了使用工業(yè)計算機存在的三大問題，即①計算機可靠性難以保證（如：風扇、硬盤、、鍵盤、鼠標等原因）②很難標準化（硬件不斷升級、經(jīng)常淘汰一些機型，軟件不斷更新，編程語言眾多，很難規(guī)范化），③維護麻煩（如去年的硬件，今年買不到等）；PLC+HMI系統(tǒng)早就成功應用于數(shù)控機床、壓磚機等設備上，PLC+HMI系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是將熱工參數(shù)引入到PLC中，通過高可靠性PLC完成控制功能，同時HMI（工業(yè)通用人機界面，觸摸屏10.4）可提供一個良好的用戶接口。不僅能實現(xiàn)對窯爐各系統(tǒng)的綜合控制，而且能直接地看到不同溫區(qū)工作狀況，并能自動記錄及畫面語音提示。 另外本系統(tǒng)還采用計算機監(jiān)控，計算機只作信息管理用，不參與控制。在計算機中包括現(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、并完成報表打印功能。上述的曲線在計算機中是每隔2分鐘自動保存一次。計算機可以通過485網(wǎng)絡（傳輸距離1000米）放在辦公室里面，在辦公室里實現(xiàn)查看現(xiàn)場運行的一些情況，分析曲線，工藝。 系統(tǒng)具有很大的擴展性和可維護性，在工作環(huán)境改變時，可靈活增添或減少設備。實現(xiàn)起來也只需在CANSET軟件中來設置即可，不用考慮其他事項，這對于系統(tǒng)的不斷完善和升級換代奠定了很好的基礎。