基于回转窑项目的PLC控制系统

文/纪玲 孙东丰

1 系统概述

本项目是实现回转窑自动控制。回转窑主要功能为实现料的加热和冷却，为了保证加热效果回转窑需要按设定转速转动。在机械结构设计时采用倾斜设计，窑头低，窑尾高。上料从窑尾进行。这样在窑体缓慢旋转的过程中，料从窑尾慢慢过渡到窑头，逐步冷却后出料。

在控制室中，窑体装置和液压辅助设备的监控和运行实现自动控制，电气设备的起、停是通过人机界面来实现的。压力温度仪表参数的监测和被检测参数的闭环控制、调节以及生产过程报警和系统报警以及数据归档功能均实现监测和控制。整个回转窑实现生产的自动化控制，大幅度减低工人的劳动强度，同时提高了生产率，更合理的节省了现有资源。

2 控制系统设计

为了提高自动化水平，同时提升系统的安全可靠和生产运行的连续性，结合回转窑工艺要求的特点，本系统I/O数字量设计较多，用来监控设备的硬件条件的工作及使用情况。通过对温度、压力、位置等相关信息保证生产顺利进行。本设计采用以西门子PLC离散式模块系统，应用西门子S7-400系列模块为中央处理器。计算机控制系统选用工业上位机通过TCPIP总线连接，实现实时数据交互。该系统分为：主控控制室、现场PLC单元控制站和远程I/O模块从站组成。该回转窑控制系统一套S7-413用于窑体控制。主控上位机都放置在主控控制室内，PLC系统通过工业以太网同上位机监控系统通讯来实现集中管理分散控制。

主控控制室：用来监控和设定整个系统的状态和工艺参数。主要硬件设备包含主监控工控机、网关服务器、打印机等。可实现对历史数据、日志及系统运行的报警信息存储，还可以进行打印报表。主控室主要职能为对整个PLC系统电气、工艺参数设定以及设备运行状态做相关的管理和监控。另设一台网关服务器，用于整个工控网络和公司内部网络之间的数据交换。现场PLC单元控制站：主要由西门子公司的PLC模块CPU413和以太网模块CP443-1及其他西门子400系列的I/O模块组成，通过工业以太网实时、快速的与中央控制室通讯。远程I/O模块站：通过主控CPU模块的DP接口数据交互连接从站的接口模块IM153和IM153从属的I/O模块。

上位机监控系统上位机选用研祥工业控制计算机，网络拓扑由TCPIP通讯实施。各个工控机之间通过TCPIP同西门子S7-400PLC的通讯模块CP443-1进行通讯。上位监控应用西门子的人机界面经设计绘制便于操作的画面。画面简单便捷，各个画面切换方便。参数设定及运行操作方便快捷。

3 控制系统功能介绍

回转流程窑调节控制设计。

工艺流程为胚料经加料机向窑尾加料，胚料随窑体主电机转动缓慢的向窑头移动，在从窑尾向窑头移动的过程中，开始先经过预热带预热，之后在800～1200℃的高温带煅烧胚料，煅烧好的胚料从窑头的下料管转入下部的冷却机构内。在回转窑的工作过程中，温度是很重要的工艺参数。保证温度是由混合煤气量、空气量的合理配比来保证，在工作过程中要根据检测的温度对煤气量、空气量的添加进行自动控制，根据胚料量和温度值等参数进行PID调整。另一个影响温度的参数是压力。要保证温度控制必须控制压力。实现对窑尾温度和负压自动控制。在回转窑正常的生产中，系统需要窑内始终保持负压，并且窑头的负压要求保持大于2mmH2O柱。回转窑内负压值对窑内温度控制的影响较大。如负压过小，又会造成回转窑内外压差变小，引起窑头窑尾冒烟，污染周围空气，也会另窑内废气流动缓慢，更会造成窑内混浊不清，导制窑内温度难以控制。负压过大，窑内真空度高，抽力增大，窑内的细颗粒粉将被抽出，会导致燃烧效率下降。通过设定窑尾的负压，改变窑体内的颗粒与相关气体占比。这样窑尾热源温度基本稳定。为了进一步保证窑尾加工胚料的温度稳定，需要保证胚料给料节拍。通过稳定、连续的胚料给定。通过控制给料量稳定、连续，才能保证各胚料间的温度控制，能保证焙烧质量稳定。胚料在窑内移动速度是回转窑的焙烧质量、产能的重要参数。假如回转窑体移动速度太慢，就会使焙烧耗能增大，降低产能。当胚料在窑内移动速度太快，胚料就会在窑内停留时间短，不能得到充分加热，胚料焙烧质量差产生次品。从结构上讲，窑体的内径尺寸、窑体设计的倾斜度、窑中心圆心角等因素均会影响胚料移动速度。从控制上讲，窑体的转动速度会影响胚料移动速度。

该系统通过趋势曲线记录报警和气体流量等重要信息，同时会实施用数字量IO实施对报警点的监控。记录系统的操作日志：操作员或维护工程师何时进行了沈阳样的操作，用了哪个工艺参数。这样对工艺完成的产品质量有个良好的记录和分析。为实现更好的工艺提供分析数据。

回转窑属于重负载的生产设备，主电机不能直接启动带动回转窑窑体，那样会由于大惯量导制机械结构和电机损伤。先启动慢传电机盘动窑体，之后才能启动主电机。为防止主电机轴承的长时间运行效果同时需要液压站对主电机主轴进行润滑。

4 结束语

在本系统中西门子PLC控制系统充分发挥了功能强大的优点，其离散式IO方便信号连接和维护。高可靠性提升了整个系统的稳定性。