S7-200型PLC在煤粉气力输送中的应用

刘鸿兵，邱文美，牛永胜

(中盐吉兰泰盐化集团有限公司，内蒙古 阿拉善 750336)

1 前言

传统碳材干燥系统热风炉煤粉输送系统，通过人工上料至地坑，由提升机将煤粉送储料仓，至再由圆盘给料机定量给热风炉。输送过程中需要人工操作，现场粉尘大、噪音大、设备多、环境恶劣。2019年，中盐吉兰泰电石厂通过实施煤粉气力输送技改项目，通过低压方式实现了煤粉在密封管道内传输。笔者通过使用西门子S7-200PLC实现阀门、变频器及电机的设备控制。

2 控制功能

控制设备。该技改项目自控系统采用西门子PLC控制系统，上位机采用MCGS软件组态。现场设备主要有煤粉仓高低限料位开关、RTD热电阻、气动蝶阀、插板阀、变频器、电机、卸料器、称重仪等。

控制原理。PLC通过Modbus协议(是主从通讯协议，采用半双工轮询方式通讯)控制ABB变频器，调节罗茨风机的送风量，进行管道吹扫和物料输送；同时控制三台调速卸料电机，卸料器具备防止压缩空气反吹进入料仓功能。通过开关阀控制煤粉按照规定管道输送物料至收尘仓，进行除尘后，分配至三个给料仓，然后作为燃料供给加热炉。除尘器采用西门子PLC 224控制器，控制提升阀、喷吹阀，布袋除尘器进行收尘。

为防止堵塞管路，系统只能有一条线路投入运行，线路切换时必须停止卸料电机，罗茨风机反吹清理管路。系统流程图见图1。

图1 系统流程图Fig.1 Flow chart of the system

3 控制系统

3.1 系统硬件应用

系统硬件配置采用西门子PLC-CPU226CN(216-2AD23-0XB8)为主控制器[1]，现场配置MCGS操作屏，并通过操作屏将数据通过TCP/IP协议传输到中控电脑。

利用西门子Modbus-RTU通讯协议与4台ABB变频器进行通讯[2]，控制罗茨风机送风，卸料电机给料。

3.2 系统软件应用

3.2.1 变频器设置

ABB-ACS510变频器的应用宏程序设置为标准宏，传动控制功能为传动简装版，激活串行通讯设置，设置通讯参数和通讯控制。ABB变频器地址如表1。

表1 寄存器映射地址Tab.1 Register mapping address

3.2.2 西门子S7-200 PLC程序

技改中，S7-200PLC为主站，变频器为从站，通讯方式为Modbus-RTU[3]调用Modbus库指令，分配库存储区。该区间在程序中不可与其他的数据区相冲突。

调用初始化程序MBUS_CTRL，每次扫描都执行该指令。监控所有待处理信息进程、配置传输速率、奇偶校验、超时时间。指令完成时Done位为1，如有信号丢失则Done位为0，终止程序，同时输出错误代码。

调用读写程序MBUS_MSG，配置从站地址、读写方式、Modbus地址、读取个数、读写存放的指针地址。指令通过上升沿检测激发，一次只能有一个MBUS_MSG指令在活动状态，该指令完成后，Done 位M0.0为1，执行下一条MBUS_MSG指令。如果出现通讯错误，则Done位为0，输出错误代码。在实际使用中，当通讯偶然中断后，Error地址不为0，则重新初始化所有条件。

ABB变频器初始化指令为将16#0476发送到协议地址40001，启动运行指令为16#047F，停止运行指令为16#0477。调速数据发送至协议地址40002。

4 MCGS系统应用

4.1 MCGS (Monitor and Control Generated System)系统

MCGS系统监视与控制通用系统基于Windows平台，可以快速构造和生成上位机监控系统，可以完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。通过简单的模块化组态就可构造应用系统。

4.2 自控系统软件组态应用

技改自控系统软件组态如图2。

图2 自控系统组态图Fig.2 Configuration diagram of automatic control system

(1)现场流程状态画面设置。画面提供完整的现场工艺模拟图形，形象、直观地查看现场设备运行状况。远程操作各个执行机构，设备运行状态改变时，设备颜色动态变更。

(2)设备工艺参数画面设置。画面显示现场工艺流程的温度、压力、转速、电流等状态参数，当数据超过正常范围时，相应的数值或设备图颜色变化，语音报警提示，提高系统安全保护和运行效率。

(3)各种参数报警和确认图。画面显示参数报警时间，报警设定值，控制人员可确认和故障查询。

(4)各种参数的实时和历史数据曲线图。画面显示设备运行参数状态，积累数据，为维修提供依据，提高预测预报分析能力，进行劣化管理。

(5)运行管理报表。统计和打印各种生产数据报表、历史数据报表、统计报表。

5 结束语

通过技改项目的应用，印证了西门子PLC系统功能强大、组态便捷、在化工生产中应用广泛；Modbus协议具有标准性、简单高效，开放友好的特点、应用广泛的现场总线协议；MCGS组态软件组态方便、人机界面友好、直观、组态灵活。通过技改项目的实施，使得监控自动化程度大大提高，电石厂碳材干燥热风炉煤粉输送实现高性能的过程控制，具有良好的性价比。