PLC在石灰窑控制系统中的应用

赵文奎

摘 要:基于石灰窑生产工艺和生产环境的特点，介绍了SIEMENS PLC在双梁式石灰窑控制系统中的应用。主要包括SIEMENS 自动控制系统的特点、硬件组态设计、网络结构、快速连续工艺连锁控制。该系统的成功应用，大大提高了工作效率，降低了生产成本。

关键词:双梁式石灰窑控制系统 ；西门子PLC应用；PID控制

中图分类号：TL503文献标识码： A

石灰石被广泛应用于工业、建筑、冶金等行业。稳步提高石灰石的产量和质量，对企业增强竞争力具有重要的意义。而生产石灰石的石灰窑控制系统要求仪表准确，设备反应快速，且能适应多粉尘、多煤气（防爆）、高温的环境。基于上述要求，我们选用SIEMENS PLC为核心的控制系统。同时，它具有强大的数据处理和通信功能，能够实现数据的快速处理、交换和HMI上位机的显示，为操作人员提供实时的工艺数据和历史趋势。为工艺生产提供了强而有力的技术支持。

1.系统设计

PLC系统模块化设计，抗干扰能力强，支持多种通信功能，高度网络化，接口简单、维护方便，特别适合工业环境的要求。本文依据徐州成日钢铁厂2*300T双梁式石灰窑的工艺要求进行设计，其石灰窑控制系统由2个SIEMENS S7-315-2AH的CPU做控制核心，两台上位机作为操作监控使用，另外一台作为工程师站兼作操作备用。为了确保石灰窑控制系统安全可靠地运行,采取PLC自动控制与机旁电气手动控制一用一备的控制方式。

1.1硬件组成

根据系统的需要，选用西门子的S7-315-2AH型PLC自动控制系统。DI，DO分别选用通用的36点的数字量输入、输出模块。由于现场的温度、压力、流量等模拟量较多，为了减少电缆线的敷设和信号的干扰，提高信号的准确度，模拟量采用现场总线的方式，将模拟量集中于现场总线箱内，CPU通过双绞线链接ET200M分站。为了便于远距离传输和与上位机的数据交换，通讯模块选用支持工业以太网的CP343模块。

1.2 软件组成

编程软件采用STEP 7 V5.5中文版，便于编程调试和监控变量。上位机采用西门子WINCC V6.2中文版组态软件，实时显示仪表数值的变化。工艺操作人员可以在主控室的上位机画面上实时观察石灰窑的设备运行状态，各种仪表的工艺参数，数据历史趋势，连锁报警记录。根据石灰窑的设备运行状况，结合工艺实际需要，在画面上设定连锁变量的数值，系统自动判断现场数据是否满足工艺参数要求，从而进行相应设备的自动调节控制。

2.系统功能实现

本系统对石灰窑系统实时动态监控，具备机旁电气控制、HMI自动/手动运行、联锁/解锁控制、连锁仪表参数设定，警报值设定等功能。根据操作级别的不同，设定不同操作人员的控制级别。控制的功能主要包括：原料的准确称量供给；卷扬机的高、中、低速控制及其卷扬定位控制；布料器的分批布料方式控制；出灰系统振动给料机的自动称量补偿；成品皮带的顺序控制；成品的筛分存储。以及助燃空气、煤气和废气的压力、温度、流量的检测连锁控制等。除此之外还包括煤气加压站调节阀压力自动控制，冷却油循环油泵控制、助燃风机和除尘风机的风压变频控制等。此系统带有完善的数据趋势显示和解除连锁后危险操作的声光预警报警，并且可以任意查看设定时间段内的历史数值变化，并有数据输出打印等功能。还可以通过WEB联网查看相关参数。

石灰窑PLC自动控制系统采用PROFIBUS-DP现场总线，建立本地主站和远程仪表从站之间的通讯，构成一个主从分布式的控制系统。

2.1PLC控制系统安全高效性

石灰窑的煤气压力为了安全、高效地利用，要求煤气压力必须在一定的范围内波动。如果通过人工来调节，工作量大且占用劳动力多，调节效果也不理想。且容易出现事故，危险性高。而SIEMENS的PLC可以利用自身的PID功能块来实现煤气压力和流量的自动调节。在PLC上能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。只需要在程序中调用此程序块，此程序块对系统的传递函数进行修正，以快速地跟踪数值的变化，消除稳态误差，提高被控量的稳定性。

2.2集中监视、分散控制

PLC采用PROFIBUS-DP现场控制总线可以连接多种品牌的模块。一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用。为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享。通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。即使在较差的工业环境下,依然可以可靠工作。

2.3 PLC的自动补偿

根据工艺要求，石灰窑的出灰系统要求出灰系统准确可靠，否者影响石灰窑的连续生产和石灰石产品合格率。PLC在下料振筛设备正常称量时，自动按照下料周期和下料设定值进行控制。在称量设备故障时，PLC自动根据以往的历史数据进行下料时间的自动设定，将下料设备转到备用称量模式完成本批下料，并发出声光报警，提示操作人员进行检查处理而不影响设备的正常运行。

2.4 HMI画面监控

PLC将现场采集来的信号，经过滤波等处理后，将电流、电压、电阻信号转化为实际值。WINCC 6.2用画面进行直观的显示、模拟。工操作人员及时掌握现场的实际生产运行情况。操作人员可直接在模拟画面上进行设备的操作调节。三台HMI互为备用，可同时操作。操作权限由操作人员等级决定。各个操作画面可以相互切换，操作简单。只需鼠标点击想要操作的设备，相应的操作界面就会自动弹出。操作后，设备会有颜色、动作等相应的变化，供操作人员监控设备是否运行。在单个设备解锁条件下，可以对解锁的设备进行单机运行和处理故障，不需要整线停机从而影响整个系统的自动运行流程。

2.5 SQL2003数据库

WINCC 6.2 采用标准的Microsoft Server 2003数据库进行生产数据的归档，同时具备WEB浏览功能，可通过网络，可使经理厂长等管理人员在办公室内看到生产流程的相应的动态画面，从而更好地调度和指挥。使用Microsoft Server 2003作为WINCC 6.2的组态数据和归档数据的存储库，可以使用，WINCC OLE-DB，DAO，OLE-DB，ODBC和ADO方便地访问数据库。

3.结束语

系统已成功运行一年，结合以往的历史数据进行比较，PLC应用于石灰窑的连续生产控制，在技术上是可行的，经济上是合理的。近一年的运行记录表明，降低了设备的故障率，提高了连续作业率，大大降低了劳动强度和生产成本。PLC系统在此行业具有广阔的推广应用前景。

参考文献

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