西门子S7-200PLC在水泥熟料放散收尘系统中的应用(改)

江苏联合水泥有限公司水泥熟料外运袋集尘控制系统技改项目研究摘要：本文从可编程控制器的应用角度，针对本公司熟料散装袋式除尘器控制系统的技术改革项目，介绍了集尘现状和技术改革背景，并根据集尘过程的要求，重点阐述了可编程控制器的主要功能和应用，介绍了电气设计方案、PLC程序的编制。 通过论文的写作，提高了自己的理论水平，为今后的职场工作奠定了坚实的基础。关键词： PLC (可编程控制器)、S7-200PLC、STEP 7-MicroWIN编程软件、程序。一、引言1 .熟料发尘现状概要熟料批量运输系统设置于2004年运行。 集尘装置采用浙江洁华环境保护科技株式会社产品，运行至今8年，从实际使用情况来看，集尘效果不佳，粉尘超标排放，粉尘飞扬严重污染周边环境和作业场所。二.技术改革背景由于粉尘污染严重，加重现场工作环境，增加岗位劳动力，影响附近农村居民的生活，而且粉尘超标排放不能通过环境部门检测，2011年公司需要组织、准备和粉尘管理ISO14000环境质量认证。2011年5月公司组织人员参观了文容台泥、鹤林水泥、溧阳天山和平阴山水等友厂，分析了粉尘超标排放的原因：熟料输送线转站集尘器配置普遍小，能力不足，共用点多，集尘效果不佳。 制定对策：增加一台气箱式脉冲集尘器，风量为17800 m3/h。3、目前国内袋式除尘器控制系统的主要类型目前袋式除尘器电控系统主要有、晶体管无触点时序逻辑控制系统两种形式。 、PLC控制系统。a .晶体管无触点序列逻辑控制系统袋式除尘器的晶体管无触点顺序逻辑控制装置仅用于脉冲电磁阀、提升电磁阀的循环顺序控制，离心风扇电动机、倾卸阀电动机、空压电动机必须分别进行控制。 该控制装置主要由变压、整流、稳定单元、时间设定、脉冲信号发生单元、微继电器出口单元、LCD显示器等构成(主要要素为微继电器、晶体管、集成电路和微处理器)，能够调整循环周期，能够统一调整各脉冲电磁阀的通电时间。 根据生产工艺的要求控制脉冲电磁阀的回路数，可以通过选择集成阀并调整输出微型继电器的个数来实现。b、PLC控制系统袋式除尘器的离心风扇马达、落灰阀马达、螺杆马达控制以及脉冲电磁阀、提升电磁阀的循环顺序控制通过PLC的软件编程来实现，能够进行“自动模式”控制和“手动模式”控制的控制系统为“Local”(现场模式) 袋式除尘器PLC具有通信接口，可与现场的操作站和上位机进行通信。二、PLC的特点、功能和应用1、PLC的特点可编程控制器(PLC )是专门针对工业环境中的应用而设计的数字运算操作的电子设备。 使用可编程存储装置存储指令，执行数学逻辑运算，通过数字量模拟输入输出实现工业生产过程的控制。 PLC有其独特的特点可靠性高，抗干扰性高：平均无故障时间达到20万小时以上，其强大的实时自诊断功能允许从CPU到模板层的带电插拔和模板更换，因此平均故障修复时间只有几分钟左右。 另外，CPU可以防止故障的扩大，并采取具备冗馀性、容错性、热备盘等性能的措施。坚固、环境适应性好：适应高、低、高粉尘、潮湿、腐蚀性气体等严酷的工业环境。确定性控制、实时性强： PLC设置了输入输出映射区域，因此统一信号的输入输出，确定各信号的1个周期内的唯一状态，避免统一信号的不同状态引起混乱的用户程序中，只对同一参数分配一次。 如果多次分配给相同的参数，则只有最后的分配有效，上次的操作结果不影响输出状态的PLC采用周期扫描机构，通过设置系统监视计时器监视每个扫描周期的时间是否超过规定值，某个任务进入死周期等引起的故障当前可编程控制器CPU的动作速度大幅提高(例如，Siemens公司的下一代S7-400系列的CPU-417、位处理速度达到0.03s )。 对于一些动态响应要求较高的控制系统，可以采用智能输入/输出单元或专用软件指令，并且可以在远离扫描周期的情况下提高其实时控制性能。操作维护简单易学： PLC的操作包括程序的输入和程序的修改，现在PLC采用电脑作为编程盒，提供画面显示功能，因此可以直接显示程序的输入，程序的修改可以在线、在线进行变更在PLC中，梯形图语言LAD、句子表编程语言STL、功能框图编程语言FBD、结构化文本编程语言(c语言、VB语言等)、状态流程图编程语言等编程语言的多样性使编程变得容易，用户不能把握其中之一PLC所具有的自诊断功能对维护人员的技能要求降低，系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维护人员可以通过故障代码相关的显示和故障指示灯的提示，或者编程盒和CRT显示直接找到故障部位。 缩短了维护时间(例如Siemens公司的S7-300、S7-400系列PLC其CPU设置有存储启动停止故障信息的诊断缓冲器，即使CPU停电，这些信息也不会丢失，维护人员可以通过个人计算机读取故障信息，迅速发现故障原因。扩展、通信灵活性： PLC可根据应用规模扩展，扩展容量、扩展功能、扩展应用和控制范围。 通过增加输入输出模块，不仅可以增加点数，还可以通过扩展单元扩大容量和功能，通过多台PLC的通信扩大容量和功能，通过与分散控制系统(DCS )和其他上位机的通信扩展功能，与外部设备交换数据。应对机电一体化的要求：为了使工业生产过程的控制更平稳、更可靠，需要优质的高产低消耗，对过程控制设备和装置提出了机电一体化的要求，PLC是该要求的产物，是为工业过程控制而设计的控制设备，具有体积小、重量轻、功能强、抗干扰性好等优点2.plc的主要功能开关和序列控制： PLC应用最广泛的是开关和序列控制领域，其主要功能是完成开关逻辑运算，进行序列逻辑控制。模拟控制：过程控制点数少、开闭量控制多时，可编程控制器也可作为模拟控制的控制设备使用，采用模拟输入输出、PID等模块，可实现PID等反馈控制运算和其他模拟的控制运算。信号报警和联锁控制：信号报警和联锁控制是安全生产所必需的，采用可靠的可编程控制器是安全生产所必需的，要求高生产过程控制，可以采用多个检测元件和联锁系统，其逻辑运算可以通过可编程控制器的冗馀方式实现。 信号警报通过PLC软件进行编程，通过信息构成，可以实现开闭量、模拟信号警报和记录、打印的联锁控制也可以通过软件进行编程，实现过程控制设备之间的顺序联锁控制。通信： PLC作为下位机，与上位机和级别的PLC进行通信，完成数据的收集、处理和信息交换，实现整个生产过程的信息控制和管理。3.PLC的应用目前，PLC在功能、运行速度等方面大幅度提高，特别是系列化进展，有微型、小型、中型、大型PLC，微型PLC中只有信用卡尺寸，性能/价格比极高，在低端应用方面具有显着优势。 丰富多样的模块品种可以广泛组合扩展，通信网络能力大幅提高，采用国际标准的编程语言、工业以太网、电缆总线、OPC标准等开放措施，扩大PLC应用领域，钢铁、石油、化工、建材、机械制造、食品、环境保护、楼宇自动化等广泛应用如水泥生产线：中央控制室，设置5个PLC现场控制站。 根据生产工艺，5个现场控制站设在原料粉磨电室、窑尾电室、窑头电室、煤磨电室、总减压站内。 他们各自的控制和检测范围是：1#现场控制站(S7-400、CPU-417H):原料站、原料粉研磨及废气处理。2#现场控制站(S7-400，CPU-417H):坯料均匀化库，坯料放入窑中，烧窑尾，烧窑尾。3#现场控制台(S7-400、CPU-417H):为窑头、冷却机、熟料的出库。4#现场控制站(S7-400，CPU-417H):原煤的预备化场所，煤粉的制造和运输，原料的预备化场所。5#现场控制台(S7-300、CPU-315-2DP ) :生产总减压站、水处理、生活水塔。中央控制室与5个PLC现场控制站之间采用冗馀光纤双环工业以太网进行过程数据和信息传输，PLC现场控制站接收来自中央控制室的各种控制命令，完成检测命令要求，具有在线、离线配置功能和自诊断功能。 PLC现场控制站与子系统和分布式I/O站之间通过Profibus现场总线实现数据采集、数据处理、存储、报警等功能，有效控制生产过程，对生产过程设备实施逻辑联锁、序列控制、组停止。三、熟料外运增加袋式除尘器控制系统的研究一、总体方案离心鼓风机马达、减震阀马达、1#螺旋马达、2#螺旋马达控制以及脉冲电磁阀、提升电磁阀的循环顺序控制通过软件编程实现，电子控制设计为自动控制模式。 系统在现场的控制盘1台、保护等级IP42、盘面上各设置1个“自动启动”、“正常停止”、“复位/紧急停止”的各按钮，各电机按照工艺要求顺序启动停止。2、气箱脉冲袋式除尘器的工艺流程和集尘原理(工艺流程图如下图所示)。压力继电器1# 1#上脉升冲阀门压缩空气油罐2# 2#上脉升冲阀门3# 3#上脉升冲阀门4# 4#上脉升冲阀门克林巴鲁克飞机离心风扇及其电动机袋式除尘器2#螺旋输送机及电动机分级车及电动机1#螺旋输送机及电机熟料仓库克林巴鲁克飞机袋式除尘器主要由外壳、滤袋、灰斗、排灰装置、支架和脉冲清灰系统等部分组成。含尘气体从吸气口进入集尘器时，首先碰到吸气口中间的斜板，气流流入灰斗，同时气流速度变慢，在重力沉降作用下气体中的粗粒子粉尘直接落入灰斗，起到集尘前的作用。 进入灰斗的气流，然后被折起，通过内部装有金属骨架的过滤袋，粉尘被过滤袋的外表面捕集，净化后的气体进入过滤袋室上部的洁净室，从管道排出。 外壳板用隔板分成几个独立的集尘室，以规定的时间间隔依次清除各集尘室的灰。 各集尘室设置提升阀，除去灰后关闭提升阀，切断通过该集尘室的过滤气流，然后打开脉冲阀，向过滤袋内喷出高压清洁空气，除去过滤袋外表面的粉尘。 该袋的集尘，首先接通提升阀的电源，切断气流，停止过滤，然后接通脉冲阀的电源，用压缩空气吹清灰，清灰完成后，切断提升阀的电源，重新开始过滤，采用同样的清灰方式采用计时器方式。3 .控制方案的选择前面提到的目前袋式除尘器控制系统主要有、晶体管无触点时序逻辑控制系统。 、PLC控制系统。PLC控制系统与晶体管无触点时序逻辑控制装置的比较：a、投资相对较高：需要改造的袋式除尘器结构简单，需要的继电器接触等部件少，而且PLC的价格比晶体管无触点序列的逻辑控制器高，因此即使应用于简单的袋式除尘器，价格也没有优势。b、可靠、抗干扰性强： PLC是专为在工业环境中应用而设计的数字运算操作的电子装置，能适应严峻的工业环境，如高、低温、高粉尘、湿气、腐蚀性气体等。 其平均无故障时间现已达20万小时以上，其强大的实时自诊断功能从CPU到模板层，均允许带电插拔和模板更换，因此平均故障修复时间只有几分钟左右。c、确定性控制：由于PLC设有输入输出映射区域，因此在统一信号的输入输出，确定各信号的1个周期内的唯一状态，避免因统一信号的不同状态引起的混乱的用户程序中，仅对相同的参数分配一次。 若多次被分配给相同的参数，则只有最后的分配有效，上次的操作结果采用了不影响输出状态的PLC或周期扫描机构，通过设置系统监视计时器监视每个扫描周期的时间是否超过规定值，避免某个任务进入死循环等故障d、编程简单、灵活：采用简单梯形图、逻辑图、句表等编程语言，缺乏计算机知识，系统开发周期短，现场调试方便。 此外，还可以在线修改程序，在不卸下硬件的情况下变更控制计划。 在本发明中，1#螺杆、分级轮、2#螺杆、鼓风机、脉冲提升电磁阀容易按工艺要求顺序起动停止，但晶体管无触点顺序逻辑控制装置只能进行脉冲、提升电磁阀的顺序动作。e、兼容性、可扩展性更强： PLC功能多，编程灵活性大，模块结构使PLC能够根据应用规模进行扩展，扩展容量、功能、应用和控制范围。 不仅通过增加输入输出模块来增加点数，还能够通过扩展单元扩展容量和功能，通过多台PLC的通信来扩展容量和功能，并且还能够通过集散控制系统(DCS )和其他上位机的通信来扩展功能。f .具有通信功能：通过通信接口，实现与现场站点和上位机的通信，能够嵌入工厂整体的DCS系统。g、操作维护简单： PLC的操作包括程序的输入和程序的修正，现在PLC采用电脑作为编程盒，提供画面显示功能，因此程序的输入可以直接显示，程序的修正可以脱机、在线变更，变更后的信息可以显示在画面上袋式除尘器的小型PLC有梯形图语言LAD、句子表编程语言STL、编程语言简单易懂的2种编程语言。 PLC的自我诊断功能对维护人员技能的要求下降，系统发生故障时，通过硬件和软件的自我诊断，维护人员可以通过故障代码的显示和故障指示灯的提示，或者编程盒和CRT显示直接找到故障部位，从而缩短了维护时间。 采用PLC控制，进一步简化了系统电路，相应地减少了维护量。根据整体方案、生产工艺流程和全厂自动控制要求，综合PLC控制系统的性能特点，袋式除尘器的控制采用PLC控制装置。4.PLC控制系统的设计研究、控制系统要求