基于S7—200PLC的焙砂气力输送控制系统设计

刘海洋

摘 要：气力输送是清洁生产的一个重要环节，该文介绍了焙砂气力输送控制系统的设计与实现，详细介绍了系统的硬件组成，软件设计及一些较先进的工程设计经验。该系统选用S7-200PLC作为系统核心，使用wincc开发上位机监控画面，通过Em277模块和cp5611卡实现上位机和控制器的ProfibusDP通讯。该系统具有结构简单，经济成本低等特点，并在设计中融合了智能控制的理念。

关键词：S7-200PLC 气力输送 wincc

中图分类号：TM505 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0004-02

气力输送系统是一种具有清潔生产功能的全封闭型管道输送系统，它以密封式输送管道代替传统的机械输送物料，具有无污染、高效节能、便于物料的输送和回收等优势。气力输送装置的结构简单，操作方便，可作水平的、垂直的或倾斜方向的输送，在输送过程中还可同时进行物料的加热、冷却、干燥和气流分级等物理操作或某些化学操作，应用范围非常广泛。丹霞冶炼厂焙烧车间焙砂气力输送系统主要是通过复杂的控制技术实现物料焙砂全自动的传送，该文将详细探讨其自动控制系统的设计与实现。

1 系统工艺设计原理

丹霞冶炼厂焙烧车间气力输送系统控制流程上主要包括3个喷射泵，2个中间仓，2个浆化仓，1个中转仓，1个脱硫焙砂仓，6个除铁仓，4个中和仓以及相关阀门等，系统设计图见图1。

该系统控制设计主要功能有：（1）3个喷射泵能够实现手动和全自动工作，同时只能有一个泵工作，并且具备自动切换功能。（2）1号泵、2号泵输送目的仓为中转仓、浆化仓（1～2）、除铁仓（1～6）、中和仓（1～4）；3号泵输送目的地为浆化仓（1～2）、除铁仓（1～6）、中和仓（1～4）、脱硫焙砂仓。（3）A线路和B线路在发生管道堵塞时自动切换线路。（4）选择目的仓时，自动选阀及输送路线。（5）根据事先编制的送料策略，自动选择目的仓输送顺序。

2 系统硬件设计

该系统的自动控制是一种典型的逻辑控制系统，该系统采用西门子200PLC构建控制系统，系统主要有由2套可编程序控制器（PLC）、传感器、工作站、上位机监控软件、PC_ACCESS等部分组成，PLC与PLC之间通过EM277通讯，通讯主站由上位机承担。系统拓扑结构见图2。

系统中上位机为PROFIBUS总线网络主站，上位机通过PCaccess与两台PLC通信，PLC与PLC接入同一总线网络，不直接通信，通过WINCC脚本程序实现数据交互。

3 系统程序设计

3.1 流程结构设计

该系统的程序结构主要包括喷射泵控制、料仓智能选择、整个系统的故障判断及处理三个部分，各部分之间既相互独立又有机融合，实现整套系统的全自动智能工作。

喷射泵控制流程比较复杂，首先要根据现场设备状况调整设备参数主要包括开泵压力值、关泵压力值、泵堵压力报警值、进料时间值、出料时间值等等。调整参数后设定控制流程为首先开排气阀→（延时2 s）开进料阀→（料满）关进料阀→关排气阀→（气源达到开泵压力）开喷射阀→（延时5 s）开出料阀→（气源达到关泵压力再延时20 s）关出料阀→（延时5 s）关喷射阀→进入下一循环。为防止产生意外，手动操作也进行了互锁控制，在进料排气时不能操作喷射出料；同理喷射出料时不能开进料排气。

料仓智能选择部分主要包含目的仓和送料线路的选择以及料仓送料策略的选择，目的仓选择可单选可多选，在多选的情况下，需要选择送料策略，比如送料顺序、低料位优先、目的仓优先等；送料线路有A线、B线两种选择、B线为备用线路。

系统故障判断及处理部分主要包括开泵压力值低处理、关泵压力值高处理、泵及管道发生堵塞情况处理、料位开关故障情况处理、压力变送器故障情况处理、送料阀故障情况处理等。

3.2 关键程序设计

（1）料仓的智能选择设计是该系统设计的一个重点，在设定好目的仓后，系统能智能判断路径中阀门的开闭以及送料顺序，该系统主要采用目的仓数字标记法来判断，该方法通过两级数字组合判断输送目的地，然后根据目的地来选中开闭的阀门，第一级判断目的仓主输送管道阀门选择，第二级判断目的仓内部不同仓的选择，具体设计比如泵1的地址VB4，泵2的地址VB5，数值0表示泵没有启用，数值1表示没有选择管道，数值2表示选中中和仓，数值3表示选中除铁仓，数值4表示选中中转仓，数值5表示选中脱硫仓，数值6表示选中浆化仓数值9表示中转仓满，数值12表示中和仓除铁仓满，待目的仓选中后，再根据送料策略选择目的仓内部不同仓的送料顺序。图3摘录了2#泵没有启动或没有选择路径时，1#泵优先送中和、除铁、中转仓时的数字标记赋值程序。

（2）管道发生堵塞时的线路切换是系统一个必不可少的功能，在日常气力输送系统使用过程中，气源压力不足或者管道阀门故障都容易发生管道堵塞，考虑到焙砂物料在生产过程中的重要性，该系统在设计过程中增加了备用线路自动切换的功能，大大提高了系统的稳定性，其主要工作原理为当喷射泵工作的过程中，泵内的压力维持在一定压力值（0.68 MPa）不发生变化时，可判断为发生管道堵塞，系统会根据目的仓的选择以及送料策略来自动调整3QF1，3QF2，3QF3，3QF4，3QF5等阀门的开闭来调整送料路线。

4 结语

该文探讨了丹霞冶炼厂焙砂气力输送系统自动控制部分的原理、硬件设计、软件设计，该系统融合了智能化的一些设计思想，在实际的使用中，具有稳定性高，操作方便等特点，有效地降低了工厂的设备成本和人力成本。

参考文献

[1] 丹霞冶炼厂焙砂输送自动控制系统设计说明书[Z].

[2] 赵景波，田艳兵，谭艳玲.西门子S7-200PLC体系结构与编程[M].北京：清华大学出版社，2015.

[3] 姜建芳.西门子WINCC组态软件工程应用技术[M].北京：机械工业出版社，2015.