S7-400在水泥生产线上的应用(3)

PLC是控制系统的核心，控制的性能、适用性，可靠性和性价比是选型的依据。本系统控制点多且分散，控制要求高稳定、高指令处理速度控制，并且要求安装简单、维护方便、扩展灵活、组网方便。西门子公司s7-400 PLC具有如下特点：

1)模块化PLC系统及功能模块，满足中、大规模的性能要求；

2)基板安装，安装简单，布置灵活：

3)简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用灵活多变；

4)高速的指令处理、功能丰富的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务；

5)编程软件STEP7结构化程序开发思想，多种编程语言选择，编程灵活、高效，组态软件WinCC功能强大、画面丰富、使用方便，完全可以实现本系统的控制功能。

3．过程监控画面

上位操作站选用的是DELL公司的商用机，可靠实用、性价比高。

部分上位机工艺流程监视画面如图6~9所示。

三、控制系统功能

水泥生产过程特点及控制难点如下：水泥生产线系统是强非线性、耦合严重、大延时滞后、大惯性的复杂生产过程。水泥回转窑的控制是水泥生产线中最复杂，也是最关键的控制，以调节人分解炉及回转窑的用煤量来控制分解炉及回转窑内的温度控制最为典型。水泥磨主电动机、辊压机及主风机等高压电动机的控制及保护也是水泥生产线的控制难点；水泥生产线的另一个典型控制是连锁控制和分组控制。

烧成窑系统的典型自动控制回路主要如下：

1)根据窑尾喂料失重仓荷重传感器的信号，控制电动流量阀的开度；

2)根据窑尾喂料固体流量计的计量信号，控制电动流量阀的开度；

3)根据预热器一级筒Cl出口压差，控制高温风机的转速；

4)根据分解炉出口温度控制分解炉喂煤量； 

5)根据窑头负压自动调节窑头废气风机进口阀门的开度；

6)根据窑头电收尘器进口气体温度自动调节冷风阀的开度；

7)根据篦冷机各室冷却风机进口风量分别自动调节各室风机进口阀门开度或电动机变频调速；

8)根据篦冷机一室阶梯篦板空气梁风压，一、二室阻力篦板空气梁风压，二室阶梯篦板空气梁风压等9个测点中变化的最大值来自动调节篦床传动速度；

9)根据煤磨进、出口压差自动调节排风机进口阀的开度；

10)根据煤磨出口气体温度自动调节窑头冷风阀的开度；

下面从3个典型的控制，择重点和难点做一下介绍。

1．典型PID（比例、积分、微分）控制回路

PID控制的作用是使生产过程中的被控量，如温度、压力、液位、喂料量等，在受到外来因素扰动的情况下，稳定维持在预先的设定值上。水泥生产线中的自动调节PID控制回路约为30多个。

由于水泥的工艺工况相对复杂多变，PID回路投入的数量取决于生产线的自动化水平和工艺的稳定性。根据实际的生产需要，在许多工艺关键点应用了PID调节，如上面所说的烧成窑系统的典型自动控制回路，下面举两个典型的例子简单介绍一下PID控制的调节功能。

图6生料均化库控制画面

(1)篦冷机速度控制

如果篦床速度小将会使熟料层变厚、篦下压力增加、篦冷机出口熟料温度降低、二次风温和三次风温上升等，如果篦床速度大将会使熟料层厚度较小、篦下压力降低、篦冷机出口熟料温度增高、二次风温和三次风温降低、窑尾气体O2%含量增加、篦冷机废气温度增加等。因此自动控制篦冷机篦床速度是烧成车间运转所需的最基本控制之一，对稳定篦板上料层厚度、生产工况及设备安全运行都是非常必要的。根据理论和经验总结得出的压力、速度、料厚之间的关系，设置篦冷机一室篦下压力最佳控制点，PLC自动控制调速柜调节第一段篦板速度，第二段篦板速度将按一定比率自动跟踪第一段篦板速度。采用这样的控制方案，尽管进入冷却机的熟料量和颗粒组成发生变化，但二段篦速仍然协调一致，篦床上的料层厚度逐渐递减并保持一定的关系，有利于篦床上熟料的输送和冷却。

(2)孰料入窑计量控制回路

孰料入窑计量控制可以使用自带PID控制器的喂料秤，但价格昂贵，有时控制还不稳定，而且不方便监控实时控制数据、观察控制效果。采用从软件上进行PID调节控制，这样不但减少了设备成本，而且大大提高了控制质量。该控制回路的被控变量是计量秤的喂料量，调节参数是流量阀开度。根据计量秤的喂料量设定自动控制下料阀门的开度大小，从而确保了窑喂料的稳定，保证了熟 料的产量和质量。在实际孰料定量下料的控制过程中，因为有时孰料颗粒的不均匀，造成下料控制不稳定，因此在控制回路中加入了前馈控制。发现喂料量有明显抖动的时候，让控制器延时控制，并在喂料量的控制值上加入可变的控制死区，增加控制的鲁棒性，从而提高系统控制的稳定性。
 

图7水泥回转窑窑头及篦冷机控制画面