基于Modicon Quantum系列PLC實(shí)現(xiàn)石灰石粉磨控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

前言

由于國家對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)企業(yè)達(dá)標(biāo)排放監(jiān)管力度的加強(qiáng)，從而促進(jìn)了工業(yè)煙氣采用濕式脫硫技術(shù)的廣泛應(yīng)用。而濕式脫硫的原料是石灰石粉，因此對(duì)石灰石粉的品質(zhì)和產(chǎn)量要求越來越高，這樣就需要具有先進(jìn)水平、可靠性高的控制系統(tǒng)。

當(dāng)前的可編程序控制器（PLC），是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，已經(jīng)成為控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的核心位置，它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時(shí)的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、體積小，能在惡劣環(huán)境下長時(shí)間、不間斷運(yùn)行，且編程簡單，維護(hù)方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，擴(kuò)容方便。

1、石灰石粉磨工藝簡介

石灰石粉磨是制備石灰石粉保證石灰石粉品質(zhì)最為關(guān)鍵的工藝設(shè)備。它由磨輥、磨盤、減速機(jī)、選粉機(jī)、主電機(jī)、輔傳電機(jī)、密封風(fēng)機(jī)、張緊結(jié)構(gòu)、液壓潤滑站、冷卻水組成。

整個(gè)生產(chǎn)過程中包括各關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和記錄、工藝流程的切換、冷卻水泵的切換控制、選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、液壓潤滑站的壓力控制、石灰石粉磨內(nèi)的溫度、差壓及料位控制、生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控等，如此多的設(shè)備和復(fù)雜的工藝運(yùn)行操作，需要復(fù)雜的自動(dòng)化控制。如下圖：（目前#1線已投入生產(chǎn)，#2線正在籌備中）

2、石灰石粉磨生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境

（1） 在該生產(chǎn)過程中，有大量的物理量，如溫度、壓力、料位、流量等模擬量參數(shù)，需要通過PLC對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。

（2） 整個(gè)生產(chǎn)過程的模擬量自動(dòng)控制和故障診斷。

（3） 整個(gè)流程的順序控制和實(shí)時(shí)報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)。

3、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

石灰石粉磨的控制系統(tǒng)采用Modicon公司生產(chǎn)的Quantum系列可編程序控制器。該系統(tǒng)由4臺(tái)工業(yè)PC機(jī)與PLC通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（冗余配置）構(gòu)成物理結(jié)構(gòu)為10BASE-T的局域網(wǎng)，工業(yè)PC機(jī)與PLC之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為10Mbp/s。整個(gè)控制系統(tǒng)由主系統(tǒng)和擴(kuò)展系統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場測量和控制部分之間的數(shù)據(jù)傳輸，肩負(fù)著全部生產(chǎn)運(yùn)行工藝、流程的邏輯控制、報(bào)警、聯(lián)鎖等。4臺(tái)工業(yè)PC機(jī)均運(yùn)行Windows2000 Professional操作平臺(tái)，分為兩臺(tái)上位機(jī)操作員站，運(yùn)行ifix3.5組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、操作、報(bào)表打印、事故分析等功能；另外一臺(tái)為工程師站，運(yùn)行Quantum系列的Concept2.6組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、邏輯與參數(shù)的修改、在線監(jiān)視等功能；還有一臺(tái)為通訊接口站，通過485電纜完成與6Kv高壓綜合保護(hù)的數(shù)據(jù)傳輸。配置結(jié)構(gòu)采用雙以太網(wǎng)的形式，保證了自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，保證了安全生產(chǎn)。其系統(tǒng)配置如下圖所示。

4、硬件配置

（1）為了滿足工藝過程的控制要求，控制中心采用了研華的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其配置為：

CPU Intel PⅣ2.4GB，內(nèi)存256MB，硬盤80GB，軟驅(qū)3.5in，光驅(qū)52X，彩顯PHILIPS 21純平，101鍵盤+光電鼠標(biāo)。

（2）Modicon Quantum系列CPU-434-12

（3）Modicon Quantum系列8通道模擬量輸入模塊11塊（包括熱偶、熱電阻）

（4）Modicon Quantum系列8通道模擬量輸出模塊2塊

（5）Modicon Quantum系列32通道數(shù)字量輸入模塊7塊

（6）Modicon Quantum系列32通道數(shù)字量輸出模塊3塊

（7）Modicon Quantum系列以太網(wǎng)通訊模塊2塊

（8）Modicon Quantum系列遠(yuǎn)程I/0通訊模塊3塊（主1，從2）

（9）Modicon Quantum系列電源模塊6塊

組態(tài)的主要工作是完成硬件型號(hào)參數(shù)設(shè)置、I/O地址的分配、傳輸方式等。使用Modicon Quantum系列PLC的專用編程軟件Concept2.6進(jìn)行組態(tài)。具體過程是：打開Concept2.6→File→New project，雙擊PLC Selection選CPU型號(hào)→OK，雙擊Config Extensions→雙擊Select Extensisns→雙擊Select Extensisns，在出現(xiàn)的對(duì)話框TCP/IP處選擇以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)目→OK。雙擊I/O Map，點(diǎn)擊Head setup按鈕→選擇RIO數(shù)，這個(gè)數(shù)為主I/O通訊模塊在主站背板所占用的槽號(hào)（從I/O通訊模塊在擴(kuò)展柜中根據(jù)自己的意愿隨意放置）→OK。

一般情況下，1和16槽放置電源模塊

2槽放置CPU模塊

3槽防止主I/O通訊模塊

4和5槽放置冗余的以太網(wǎng)通訊模塊

6至15槽放置I/O模塊。

硬件組態(tài)圖如下：

5、軟件組態(tài)

在該系統(tǒng)中，上位機(jī)采用ifix3.5組態(tài)軟件，下位機(jī)采用Modicon Quantum系列的Concept2.6編程軟件。

1、 人機(jī)界面組態(tài)

（1） 工藝流程圖：該畫面通過編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬顯示整個(gè)石灰石粉制備的過程——從上料、進(jìn)磨到出粉再到倉儲(chǔ)。實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程中各個(gè)運(yùn)行設(shè)備的程控啟停以及各個(gè)運(yùn)行設(shè)備的單體操作，并對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。

（2） 系統(tǒng)操作功能：它有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式，正常運(yùn)行時(shí)采用自動(dòng)方式，故障和調(diào)試時(shí)采用手動(dòng)方式。它由PID控制回路實(shí)現(xiàn)對(duì)一些重要的模擬量數(shù)據(jù)的精確控制，以達(dá)到期望值。

（3） 報(bào)警記錄：實(shí)時(shí)地發(fā)出所有發(fā)生故障的參數(shù)的聲光報(bào)警，提醒值班人員采取相應(yīng)的措施。

（4） 實(shí)時(shí)曲線：在線監(jiān)視所有重要參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，以便提前采取維持正常參數(shù)的措施和手段。

（5） 歷史曲線：檢查過去的數(shù)據(jù)記錄，以便發(fā)生故障時(shí)，分析出故障原因。

（6） 報(bào)表打?。喊床煌臅r(shí)間段實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)與計(jì)量。

2、 PLC控制程序設(shè)計(jì)

PLC采用Modicon Quantum系列

Concept2.6編程軟件。Concept適用與所有的Windows操作系統(tǒng)，強(qiáng)大的梯形圖面向用戶，其電路圖符號(hào)和表達(dá)式與繼電器電路原理圖非常接近，控制過程形象、直觀、易于掌握、易于修改。有實(shí)用的功能塊和在線仿真功能，并且不需要停止CPU運(yùn)行，就可以下載修改的配置與邏輯。豐富的功能可以滿足系統(tǒng)的各種要求。下圖是冷卻水泵的啟動(dòng)/停止邏輯：

冷卻水系統(tǒng)由兩臺(tái)冷卻水泵及冷卻水泵出口電動(dòng)門組成。兩臺(tái)冷卻水泵一用一備，當(dāng)啟動(dòng)其中的一臺(tái)冷卻水泵后，必須投入另一臺(tái)冷卻水泵備用，以保證這臺(tái)冷卻水泵故障停泵時(shí)另一臺(tái)冷卻水泵自啟，也就保證了冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)而保證了石灰石粉磨系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。冷卻水泵與冷卻水泵出口電動(dòng)門之間聯(lián)鎖，冷卻水泵出口電動(dòng)門在關(guān)閉位置才允許啟動(dòng)冷卻水泵。在聯(lián)鎖解除時(shí)，可以單體操作冷卻水泵，實(shí)現(xiàn)冷卻水泵的檢修調(diào)試。

6、系統(tǒng)通訊功能

Modicon Quantum系列PLC可編程序控制器利用其先進(jìn)靈活的通信方式，方便地組成了PLC處理器與就地控制柜、遠(yuǎn)程控制柜、計(jì)算機(jī)工作站及其電子設(shè)備之間的通訊，其通訊方式是多渠道、多方式的。

7、結(jié)束語

本控制系統(tǒng)功能全面，可靠性高，操作簡單實(shí)用，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，避免了由于操作人員操作失誤而造成的事故，改善了現(xiàn)場操作人員的勞動(dòng)條件，對(duì)提高石灰石粉磨管理水平，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了很好的促進(jìn)作用。并已在生產(chǎn)上得到實(shí)際應(yīng)用，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

責(zé)任編輯：gt