西门子PLC在石灰窑自动控制系统的应用.doc

西门子S7-200系列PLC在石灰窑自控系统中的应用包头职业技术学院 董海英 摘要：文章介绍了S7-200系列PLC在石灰窑自控系统中的应用Adoption of Industrial control production of Emerson in temperature control in oil boiler，and EC20(PLC) adoption in PID control. 前言：石灰窑自动控制系统原系统采用国产PLC进行控制，由于原有PLC抗干扰能力差，在恶劣环境下运行不稳定。现场经常处于高温、多粉尘的状态，导致PLC瘫痪而不能继续工作，因此根据现有工艺进行技术改造，应用西门子系列S7-200 PLC进行自动联锁顺序控制。1、系统工艺原理图1.1系统参数:引风电机为11KW，鼓风2.2KW，炉排为1.5KW设计采用EV2000-4T0110P（通用型）系列变频器，鼓风采用SK-4T0022G（矢量型，因为考虑到变频器体积较小，价格相差不多的情况下选择），炉排SK-4T0015G。具体系统主电路结构图及原理图如下：控制原理：将现场热电偶信号（E型）送至温度变送仪表，除显示温度外，还将温度信号转换成4-20MA，送入EC20 PLC（EC20-4AD）模拟量输入端，经过PLC进行处理。EC20PLC模拟量输出端将PID计算出的给定信号分三路模拟量输出到三台变频器的给定。为保证鼓风、引风保证炉膛基本 负压的前提，因此具体变频器参数设置：引风：F0.00=4 CCI模拟给定 F0.03=1 端子运行命令通道 F0.04=4 运转方向设定 F0.05=4 最大输出频率50HZF0.07=4 最大输出电压380V F0.08=1 机型选择P（风机专用）F0.14=1 V/F曲线设定 F2.01=30 启动频率30HZF2.08=0 停机方式（减速停机） FH.00=4 电机极数4鼓风：01=20最低转速 02=50HZ最高转速 03=5 04=10（加减速） 05=AIAU给定设置 06=5A 电机电流 16=4-20 电流输入（Ma） 41=FD 线性U/F控制 炉排：01=5.0最低转速 02=40HZ最高转速 03=5 04=5（加减速） 05=AIAU给定设置 06=3A 电机电流 16=4-20 电流输入（Ma） 41=FD 线性U/F控制 1.2变频器的设置基本遵循如下原则：鼓引风变频器控制风机，其机械特性属于平方转矩负载，因此其V/F曲线采用2次方曲线。同时，引风机的惯性比较大,因此其降速时间要求比较大，这是由于降速过程中变频器处于回馈制动状态 ，回馈能量将会造成直流侧母线电压过高而停机，因此，必须增长降速时间。同时，停机也要求软停车，能够延长风机的机械寿命。鼓风设置同引风差别不大，除了功率外几乎一致。但考虑为保持炉膛基本负压，必须将鼓风的升速时间要低于引风，而降速时间要快于引风。炉排传动属于机械负载，因此炉排的控制方式为V/F基本控制或采用开环矢量控制，其低速时提供的转矩比较大，能够满足重载启动的要求，另外，系统要求的加减速时间都比较短，在5秒以内。当检测点温度到达设定温度后，为保证温度稳定时间比较长，且要节约能源、降低损耗，因此引风、鼓风、炉排的最低运转速度分别设置为：30HZ、20HZ、5HZ。2.1:硬件配置由主机EC20-1410BRA、模拟量输入EC20-4AD、模拟量输出EC20-4DA组成。其中给定采用一块百特公司的数字给定表，可以人为设置给定值（4-20MA信号，在表上以百分数表示），给定信号送入EC20-4AD模拟量输入模块中，作为PID给定信号。另外安装一块温度数显表，该表除显示温度外，还将E型热电偶检测温度信号变送输出4-20MA信号，送入EC20-4AD输入模块作为PID反馈信号。PID控制程序是通过EC20编程软件CONTROLSTAR中调用固有PID控制子程序来实现出口温度PID恒定控制的。2.2:连锁控制连锁控制主要实现如下功能：一、 启动先启动引风、后启动鼓风，一般引风启动后3秒左右鼓风才能启动。二、 停车先停鼓风，鼓风不停，引风认为不能停车；引风发生变频故障，则鼓风立即停止。三、 故障报警、运行、停止指示通过PLC实现。四、 炉排不参与引风及鼓风连锁。2.3:变频控制及温度PID程序一、变频器接触器得、失电由PLC控制二、变频器的启动、停止信号由PLC连锁控制。三、变频器的给定信号，由PID计算出的输出信号通过模拟量输出EC20-4DA，以电流信号（4-20MA）的方式输出到变频器的电流给定端（CCI、GND）四、PID控制由PLC应用软件通过编程的方式实现。具体过程比较简单，在CONTROLSTAR软件中的PID命令向导一步步完成，主要设置个别参数即可。具体PID编程语言如下：LD SM0PID D20 D21 D0 D22（PID调用）LD SM0MOV D50 D20 /设定目标值MOV 10 D0 /采样时间(Ts) 范围为132767(ms)但比运算周 期短的时间数值无法执行MOV 33 D1 /动作方向MOV 0 D2 /输入滤波常数()范围099，为0没有输入滤波MOV 2000 D3 /比例增益(Kp)范围132767MOV 10 D4 /积分时间(TI)范围032767(100ms),为0时作为处理(无积分)MOV 0 D5 /微分增益(KD)范围0100，为0时无微分增益MOV 0 D6 /微分时间(TD)范围032767(10ms),为0时无微分处理MOV 0 D15 /输入变化量(增侧)报警设定值032767MOV 0 D16 /输入变化量(减侧)报警设定值032767MOV 2000 D17 /输出上限设定值-3276832767MOV 0 D18 /输出下限设定值-3276832767主程序给定部分如下：LD SM0CALL PID_EXE（调用PID）LD SM0CALL PID_SET(PID参数设定)LD X14 （系统自动运行）TO 0 1 D22 1 （将D22 中内容写入模块0中的第一个单元中，即模拟量输出值，引风给定）TO 0 2 D22 1TO 0 3 D22 1TO 0 0 16#0 1LD SM1TO 1 0 16#1313 1（设置模拟量输入信号方式，即1、3通道关闭，2、4为电流信号）LD SM0FROM 1 10 D21 1LD SM1TO 1 36 16#1111 1LD SM1TO 1 14 16#1111 1LD SM0FROM 1 12 D50 1其中特别需要说明的是FROM和TO指令。这两条指令主要用于模拟量处理，它的使用不同于西门子公司的直接寻址方式（PIW或PQW），而是用TO（写入）和FROM（读出）指令。对于模拟量模块，通过这两条指令来进行设置和参数的读出。比如TO 1 14 16#1111 1 。 其中第一个1是指和CPU连接的第二个模块（第一个是0）； 14是指其信息存储器中的第14个存储单元；16#1111是指16进制1111；最后的1是指写入的单元数为1（只占用14单元一个，后面的单元不再写）2.4:实际参数设置最后经多次修改和调试，确定比例系数为20，积分时间为1-3秒，微分时间为零。经过运行发现能够满足现场的生产工艺，达到炉膛温度（实际为出口管道采集温度）恒定控制的要求。3、实际运行情况：经过2个月左右的运行发现，系统能够运行非常稳定，能够维持出口风道温度在286-288摄氏度左右，满足了现场生产的要求。经过基本测算，节电率能够达到25%-35%左右；而节煤量几乎达到了35%以上，得到了客户非常高的评价。经过节约资金量估算，经过半年左右即可收回全部设备投入资金。这对这次改造，我们认为在锅炉燃烧系统中的变频及PLC改造前景非常大，特别是艾默生公司变频器及PLC产品优异的性能、坚实耐用和高可靠性、高精度的新技术核心，会为我们的节能技术改造提供最坚实的后盾！参考文献艾默生公司EV2000系列通用变频器 艾默生网络能源有限公司新型PID控制及其应用 机械工业出版社