嵌入式PLC在梭式窑控制系统中的应用.doc

嵌入式PLC在梭式窑控制系统中的应用 摘要：采用CAN总线技术组建以嵌入式PLC为主站的CAN网络运用PID算法结合工业级人机界面实现梭式窑的逻辑控制和过程控制关键词：嵌入式PLC；人机界面；CAN总线；梭式窑；控制1引言20多年来窑炉控制系统的发展经历从人工看火手动调节到单显表显示手动调节；到智能调节仪表自动调节到计算机自动控制到计算机+智能调节仪表双重控制等多个阶段我们在黄冈市华泰窑炉公司承建的河南郑州上街铝厂80立方燃气梭式窑上采用了全新的窑炉控制方案PLC+人机界面控制方案该窑已于年6月投产温度控制精度达到3深受用户好评2用户需求2、1梭式窑控制要求梭式窑是一种间歇窑炉主要用于日用陶瓷、卫生洁具、艺术陶瓷、微晶玻璃和电瓷等烧结工程以及钢铁热处理等行业就陶瓷的烧结工程而言对梭式窑控制提出了以下要求:（1）由于陶瓷是一种硅酸盐材料特别是在晶型转换剧烈的阶段要求温度的升降应该是渐进的一般不允许突升猛降（2）由于不同的气氛会影响陶瓷产品的色泽所以对气氛的控制要求比较严格（3）陶瓷产品烧成依据配方要求在不同温度段升温速率也不尽相同可见梭式窑的控制主要是气氛和温度的控制在实际应用中温度的控制主要通过调节烧嘴的燃烧和助燃风的流量或压力气氛的控制主要通过调节火焰性质和窑内压力梭式窑控制系统涉及温度和压力的采集、控制、风机动作和变频调节2、2用户资料该梭式窑是80立方米的燃气梭式窑有18个烧嘴分6组温度控制区采用脉冲信号（占空比）控制助燃风电磁阀燃气阀则依靠比例阀控制以此实现烧嘴的控制2个压力控制点分别控制窑压和助燃风压力以达到调节窑内气氛的目的另外还有排烟风机2台（1排烟风机作正常使用2排烟风机作补给使用）助燃风机1台1排烟风机和助燃风机采用变频器控制2排烟风机采用星三角控制整个系统有温度检测点7个（6点S分度用于控制1点K分度用于显示）压力检测点2个18个烧嘴火焰检测3系统方案3.1系统组成鉴于用户以上要求选用一台嵌入式PLC（EASYM2416R）作为主结点实现整个系统的逻辑控制和过程控制并通过CAN总线连接温度采集模块（CANAD1216）和压力采集模块（CANAD1208A）及模拟量输出模块（CANDA1208）整个系统的运行状态通过人机界面（10.4寸真彩色）显示、控制通过互连的计算机监控、记录控制系统框图如下： 3.2系统组成控件介绍EASYM2416R是一款嵌入式PLC有24点开关量输入、16点开关量输出其编程环境与三菱FX2n兼容除具有通用PLC功能之外还可与多家HMI相连方便地实现CAN、485通信可多组成多层网络CANAD1216是温度采集模块CAN总线产品16个通道它将热电偶毫伏信号转化为数值信号通过CAN现场总线网络将数字信号送到PLCCANAD1208A是压力采集模块CAN总线产品有8个通道接受420mA的模拟信号转化为01000的数字信号CANDA1208是010V的模拟量输出模块CAN总线产品有8个通道它接收CAN总线的数字信号转化为010V的模拟信号人机界面能与EASYM2416R连接的人机界面很多如三菱、台达、HITECH、Eview等这里选用HITECH的PWS3216它是一款256色10.4”的人机界面4、工艺要求的实现4.1进程工艺实现根据产品及工艺的多样性要求提供了三条工艺曲线以供选择每条曲线都由20个温度段组成在每个温度段中可以设置所需的温度要求及所需要的时间按下图画面左下脚“工艺选择”设值按钮填入所需的工艺曲线及起始段号后再返回主画面按下“进程启动”按钮这时PLC就调入这条曲线参数进行处理运算同时进程指示灯会点亮以指示当前所调入的参数段并且随着进程段数的增加而改变“当前给定”显示框显示的是PLC根据所选段号参数计算出来的当前给定温度值PLC把此值同时赋给六个脉冲阀当成其PID运算的目标值并且在PLC开机初始化或进程启动时所显示的是从1加热区所采样到的当前炉温进程是在这个温度基础上开始运行的当“当前段号”数值框中的数值大于“终止段号”中的数值时就表示进程结束这时要想重新启动就需要重新设置起始段号并返回主画面按下“进程启动”按钮“给定周期”设值框是用来改变“当前给定”数值框数字跳动的频率周期给定周期小数值显示的跳动频率就快数值变化的幅度就小反之亦然此值已被限制在120秒之内画面下方的“温度曲线”按钮是一个子画面打开按钮实现该温度进程工艺的人机界面画面如下：其相应部分梯形图程序如下： 4.2烧嘴的控制该梭式窑烧嘴的控制方式是：脉冲信号控制助燃风电磁阀燃气阀依靠比例阀控制要求脉冲周期可调同时可设置最小开启时间和最小关闭时间画面显示的是PLC8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“脉冲周期”是一个设值按钮其值控制六个脉冲阀的输出周期即多长时间阀动作一次此值已被限制在320秒“最小开启时间”和“最小关闭时间”分别对应脉冲阀的两个参数程序处理时当阀的理论开启时间小于阀的“最小开启时间”时阀全关当阀的理论关闭时间小于阀的“最小关闭时间”时阀全闭实现该过程的人机界面画面如下： 对应的梯形图程序如下： 4.3人机界面画面功能该窑控制系统的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,操作时可无扰切换除上述两个设置画面外还展示了梭式窑的现场模拟图、风机和烧嘴状态指示、温度压力显示、设定温度曲线、实时温度曲线及故障信息下面是该系统的主画面 5结语应用嵌入式PLC、CAN总线技术加工业级人机界面的梭式窑控制系统与传统的梭式窑计算机控制系统相比有以下优势：（1）组成了一个局域网实现了“集中分散型控制”在人机界面上控制属于集中控制在各个柜子面板按钮属于分散控制两者处于同一个优先级（2）克服了工业计算机在使用过程中存在的三大问题：计算机可靠性难以保证（如：风扇、硬盘、键盘、鼠标等部件容易损坏）很难标准化（硬件不断升级、软件不断更新、编程语言众多、很难规范化等）维护麻烦 （3）可通过485网络接口外接计算机（传输距离可达1000米）可在办公室里实现远程监控计算机只作信息管理用不参与控制计算机中包括现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图并可设隔2分钟自动保存一次（保存时间