科威PLC应用在隧道窑控制系统中的解决方案

一>、引言

隧道窑是一种连续式窑炉，主要用于陶瓷建材、日用陶瓷等烧制，就其结构而言主要由预热区、高温区、急冷区和缓冷区组成，隧道窑的控制涉及风机的控制、温度的检测、压力的检测，温度的控制、压力的控制以及其它控制。将 CAN总线技术应用在隧道窑控制系统，可以很好地满足温度和压力实时控制的要求，系统通信速率高、稳定性强，而工业级人机界面的参与，使得控制系统更加直观化，易于用户使用和操作。下面以河北唐山某陶瓷厂的一条隧道窑为案例，介绍其控制系统的实现过程。

下面以是EASY系列的PLC以及AD模块成功应用于湖北黄冈“华窑集团中亚窑炉公司”隧道窑的控制系统为例，介绍其控制系统的实现过程。

二>、用户资料

1、温度控制区8组。
2、温度显示区10组。
3、热电偶：18支。
其中： K分度11支
S分度7支

4、风机选型
排烟风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
助燃风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
急冷风机： 11kw 一开一备 （变频）
抽热风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
快冷风机： 7.5kw 一开一备 直接启动。
轴流风机： 0.18kw 8台 直接启动

5、安全连锁。

开关量互锁：必须是硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。

6、使用人机界面控制
现场设人机界面，所有操作均可在人机界面上完成；
面板按钮与人机界面按钮互为备份。（集中分散型控制）

7.关控制信息能传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制。
计算机画面应含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。

三>、解决方案

1.温度采集部分
10支热电偶，K、S两种分度号。选用每路每路分度号均可设的CAN—1216温度采集模块。

2.温度控制部分
18点温度中，其中8点（设计时需指定）用来作温度控制用。在这8点温度控制中，其中7点是控制执行器阀位值，改变燃料注入量，从而使温度稳定。另外一点是控制急冷变频器输出频率，改变急冷风机运行速度，从而使急冷区温度变化。其它因素由人工调整（如助燃风、燃气压力等）。
每个控温度点占用一路模拟量输出，急冷变频器占用一路模拟量输出，执行器采取开度定位方式。
因此温度控制占用：
8路模拟量（输入、输出）。

3.相关风机部分

①、排烟风机控制。
排烟风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此排烟风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。

②助燃风机控制。
助燃风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此排烟风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。

③、急冷风机控制。
急冷风机快慢由变频器调整，通过PLC内部PID运算输出4-20mA标准信号，来控制变频器的输出频率。同时在人机界面也可以实行手自动切换进行控制。因此急冷风机占用：
5点开关输入：急冷A启动、急冷B启动、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
2点开关输出：（运行控制）*2。
1点模拟输出：频率调节（手自动调节）。

④、抽热风机控制。
抽热风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此抽热风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。

⑤、快冷风机控制。
快冷风机一开一备，直接输出控制，因此占用：
6点开关量输入：（启动、停止、故障）*2。
2点开关量输出：（运行控制）*2。

⑥、轴流风机控制。
轴流风机：0.18kw 8台，直接输出控制，因此占用：
3点开关量输入：启动、停止、故障。
1点开关量输出：运行控制。

⑦、安全连锁。
开关量互锁：必须的硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。

4、系统构架
据以上统计，有温度采集8点；
开关量输入：49点模拟量输入：8点
开关量输出；34点模拟量输出；8点
故需选用：温度采集模块：CAN—AD1216 1台
温度控制：EASY—M0808R—A0404NB 2台
风机控制部分采用：Easy-M1608R 2台
另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1台，用于拖车部分的PLC（Easy-M1608R）4台
每块CAN-AD1216：
有16路温度输入
有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连以及Easy系列的PLC相连组成网络。
每台Easy-M0808R-A0404NB：
有8点开关量输入、8点开关量输出。有4路模拟量输入、4路模拟量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
每台块Easy-M2416R：
有24点开关量输入、16点开关量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
每台块Easy-M1608R：
有16点开关量输入、8点开关量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1台，用于拖车部分的PLC（Easy-M1608R）4台
显示控制的人机界面一台（10.4英寸，真彩色），用于监控的普通计算机一台。
其他电器部分：
变频器，开关电源，空气开关，接触器，继电器，按钮，指示灯，报警器，柜体。

其中控制部分的硬件价格为：
CAN-AD1216A一台价格为1680元
Easy-M2416R两台价格为1680×2=3360元
Easy-M0808R-A0404NB两台价格为1680×2=3360元
Easy-M1608R五台价格为1280×5=6400元
人机界面一台价格为12000元
总计价格为：26800元


四>、控制结构图

1#从站接线示意图

注：其中主站与拖车部分（6#从站-9#从站）的PLC接线示意图略

六>、系统功能的实现
1．所有的风机控制和电磁阀以及拖车都是由PLC的开关量控制。
下面是排烟风机A的星--三角控制程序的梯形图程序：

2．模拟量温度采集由一台AD1216采集。
3．所有的模拟量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，温度由Easy-M0808R-A0404NB经过PID调节输出（4-20mA给执行器和变频器），控制执行器与变频器从而控制窑炉的温度；
下面是其中一路PID输出控制执行器的梯形图程序：

4．所有的控制设备组成了一个网络，整个CAN总线网络互联由CANSET软件来实现,它是图形化界面的软件,设置起来十分简便,并且在PLC的梯形图中除了地址和主从站外无须再对其他相关内容进行设置，在一定程度上简化程序设计的工作量。CANSET软件能很轻松方便的完成通讯设置。设置内容包括：网络设备总数、网络设备地址、网络通讯数据的内容、网络数据通讯速度等。它还能根据用户的需要，灵活设置每个设备的任务级别，以保证网络资源的合理分配。处于下层网络的AD，以及从站PLC设备，遵循CANBUS协议的接口，能很方便的联入CAN总线网络中，构成系统的主体。（CAN网络的数据线在300米以内都为最佳传输距离）

5．相关信息通过RS485网络传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制。
在计算机中包含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。其中在计算机中的各个曲线图每隔2分钟自动保存一次。

七、 人机界面操作说明

主画面由四部份组成，上面是日期时间显示与警报走马灯及中英文切换按钮。其中时间日期可以在“画面四”中进行设置（一般情况下无须设置）。警报走马灯显示11台风机的运行故障与燃气超限（上下限）以及9个从站掉线显示。当系统无故障时，报警走马灯显示设备运行正常。
中间是现场模拟图， 从中可以观测到现场设备及工艺运行的一些情况。包括11台风机的运行指示灯，在运行时相应的指示灯的灯会变成绿色；主电磁阀以及各支电磁阀的开启指示，当电磁阀开启时其对应的指示灯的灯会变成绿色。

下面是11台风机的启动与停止按钮以及主电磁阀的开与关按钮，根据工艺及安全连锁要求，只有排烟风机（A或B）启动后才能启动助燃风机（A或B），助燃风机启动后（A或B）才能开启总阀，总阀开启后才能开启各支电磁阀。以上各设备的连锁要求依次是排烟风机——助燃风机——总阀——各支电磁阀。在没有启动前级设备的情况下是不会启动后级设备的，反之如果停止了前级设备，后级设备也相应的自动停止。上述各设备之间的启动顺序在程序上进行了连锁，同时在硬件配线上也进行了连锁。

底部是四个换面按钮与警报解除按钮以及按键锁按钮，按压各个换画面按钮可以进入其对应的子画面。“警报解除”按钮是一个交替型按钮，按压“警报解除”按钮可以解除发生故障时的声光报警输出，它只能暂时解除当前的声光报警，报警走马灯上还会显示相应的故障，如果故障没有排除，在下次PLC启动运行时还会发出声光报警。“按键有效”按钮是一个交替型按钮，“按钮无效”键是为了保护界面按钮不被误按而设置的，当“按钮无效”时，按压风机启停按键及总阀按钮是不会产生动作的。

此画面是温度与急冷变频器手自动调节画面，按温度对应的“自动”按键变为“手动”时，此时可以人为的“+”与“-”调节输出阀位值，当按一下“+”或“-”时，阀位值“增加”或“减少”1.25。当手自动调节为“自动”时，阀位值输出由PLC的PID程序控制输出。按急冷控制下面的“自动”按键变为“手动”时，通过的“增速”和“减速”键调节输出阀位值，从而改变变频器的频率输出来控制急冷风机的运行速度。当按一下“增速”或“减速”时，阀位值“增加”或“减少”1.25。当手自动调节为“自动”时，变频器的频率由PLC的PID程序控制输出。

在此画面中的温度给定与实测温度都是不能改变的，都只是数值显示。

按压返回按钮返回主画面。

故障信息显示有三部分组成，分别是当前警报表，历史警报表，和在主画面中的警报走马灯组成。如果有故障发生首先在警报走马灯上会有指示，这时打开故障信息画面在当前故障表中有关于此故障的详细说明。待排除故障后，当前警报信息会自动消失，但在历史警报表中会有记录，当前故障显示里面记录20条故障信息，其中运行正常也放进了故障显示里面。当前故障显示与历史故障显示里面最多分别能够存储1000故障信息。当有1001条故障信息发生时，系统会自动删除第一条信息。但在计算机上面还会保存这些故障信息。在当前故障显示与历史故障显示里面能够显示发生故障的详细时间。
按压返回按钮返回主画面。

此画面显示的是PLC 8组PID运算所需要的参数设置值，这些值按照现场工艺要求一经设置好后不许改动。它由密码进行保护，只有持有密码者才可以打开画面进去修改。“设定日期时间”是一个设值按钮，可以设置时间日期。其中上限值与下限值最大值限定在100以内，在设定时，上限值应该大于下限值，阀位开度显示值为“0-100”，当阀位开度为“0”时，PLC输出电流实际值为4mA，当阀位开度为“50”时，PLC输出电流实际值为12mA。当阀位开度为“100”时，PLC输出电流实际值为20mA。按压返回按钮返回主画面。

此画面是温度实时曲线，温度实时曲线由两条曲线组成，红色为实测值曲线，蓝色为设定值曲线。横坐标表示温度点，纵坐标表示温度值。按压采样周期设定按钮可以设置采样周期，采样周期设定按钮其实是设置曲线的更新时间。