PLC在碳酸鈣生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

姚明華　任維

摘要：PLC綜合了自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案。文章對(duì)PLC進(jìn)行了介紹，闡述了西門子PLC在碳酸鈣生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：碳酸鈣生產(chǎn)線；工業(yè)控制系統(tǒng)；西門子PLC；自動(dòng)控制技術(shù)；通信技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP278 文章編號(hào)：1009-2374（2015）32-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.020

PLC即可編程控制器，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中的核心。PLC通過可編程存儲(chǔ)器，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制以及定時(shí)、計(jì)數(shù)等操作指令，然后以數(shù)字量和模擬量輸入輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備等的控制。

1 PLC在碳酸鈣生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

該碳酸鈣生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用西門子300PLC，控制系統(tǒng)的硬件包括CPU 315-2DP/PN、通訊模塊CP343-1、擴(kuò)展模塊ET200M、S7-300的功能模塊和西門子無線觸摸屏等。西門子無線觸摸屏通過西門子無線發(fā)射器、全向天線與PLC進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。碳酸鈣生產(chǎn)線所有設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)監(jiān)控，主要實(shí)現(xiàn)了碳酸鈣生產(chǎn)線設(shè)備的自動(dòng)/手動(dòng)啟停、控制畫面動(dòng)態(tài)顯示等功能。

碳酸鈣生產(chǎn)線分為兩個(gè)系統(tǒng)：Ⅰ系統(tǒng)為破碎；Ⅱ系統(tǒng)為微磨，循環(huán)水補(bǔ)水等部分?，F(xiàn)只就Ⅰ系統(tǒng)破碎加以說明。

Ⅰ系統(tǒng)包括的設(shè)備有：（1）往復(fù)給料機(jī)、鄂破機(jī)、皮帶輸送機(jī)、收塵風(fēng)機(jī)、錘式破碎機(jī)；（2）鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)、小收塵等。

具體控制大致分為：

1.1 現(xiàn)場(chǎng)控制

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有控制箱，在現(xiàn)場(chǎng)控制箱上安裝有轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到遠(yuǎn)程控制，可送遠(yuǎn)方控制信號(hào)到PLC系統(tǒng)。在就地控制狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)全部設(shè)備在控制箱上進(jìn)行啟動(dòng)、停止操作控制，聯(lián)鎖保護(hù)仍在PLC系統(tǒng)內(nèi)完成，此時(shí)在PLC上位機(jī)和觸摸屏中都無法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)、停止控制。

1.2 觸摸屏控制

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有西門子無線觸摸屏，現(xiàn)場(chǎng)控制箱上安裝有轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到HMI控制，可送HMI控制信號(hào)到PLC系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)控制箱上的轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至HMI控制，觸摸屏在手動(dòng)狀態(tài)下，觸摸屏可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)任一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止，可以對(duì)任一臺(tái)氣動(dòng)閥或脈沖閥進(jìn)行打開、關(guān)閉。在自動(dòng)狀態(tài)下，觸摸屏可以自動(dòng)開機(jī)、自動(dòng)停機(jī)。此時(shí)PLC上位機(jī)無法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)、停止操作控制。

觸摸屏采用西門子WinCC flexible 2008 SP4進(jìn)行組態(tài)編程。HMI運(yùn)行界面顯示了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際的各種動(dòng)作和運(yùn)行狀態(tài)。在HMI畫面中雙擊設(shè)備按鈕時(shí)可以顯示該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、自動(dòng)或手動(dòng)、HMI或就地遠(yuǎn)程等。在HMI界面中顯示現(xiàn)場(chǎng)各直啟電機(jī)的運(yùn)行電流以及各變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行頻率、運(yùn)行電流等，HMI界面能夠快速實(shí)時(shí)的更新。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或達(dá)到某些需要報(bào)警的條件時(shí)，在HMI報(bào)警界面上有顯示，并且在HMI報(bào)警記錄中可以快速查到故障設(shè)備及發(fā)生故障的時(shí)間，報(bào)警復(fù)位后故障信息仍然保留在報(bào)警記錄中。

1.3 遠(yuǎn)程控制

現(xiàn)場(chǎng)控制箱上的轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至遠(yuǎn)程控制，在手動(dòng)狀態(tài)下，PLC上位機(jī)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)任一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止，可以對(duì)任一臺(tái)氣動(dòng)閥或脈沖閥進(jìn)行打開、關(guān)閉。在自動(dòng)狀態(tài)下，PLC上位機(jī)可以自動(dòng)開機(jī)、自動(dòng)停機(jī)。

遠(yuǎn)程自動(dòng)開機(jī)邏輯控制：（1）啟動(dòng)收塵風(fēng)機(jī)，收塵上的脈沖電磁閥按照預(yù)定程序開始噴吹循環(huán)；（2）啟動(dòng)原料桶進(jìn)料鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)，鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)上的兩臺(tái)小收塵同時(shí)啟動(dòng)；（3）鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)運(yùn)行15秒后，啟動(dòng)錘式破碎機(jī)；（4）錘式破碎機(jī)完全運(yùn)轉(zhuǎn)（運(yùn)行信號(hào)到PLC）15秒后，啟動(dòng)皮帶輸送機(jī)；（5）皮帶輸送機(jī)運(yùn)行15秒鐘后，啟動(dòng)鄂破機(jī)；（6）鄂破機(jī)完全運(yùn)轉(zhuǎn)（運(yùn)行信號(hào)到PLC）15秒后，啟動(dòng)往復(fù)給料機(jī)。

遠(yuǎn)程自動(dòng)停機(jī)邏輯控制：（1）停止往復(fù)給料機(jī)；（2）往復(fù)給料機(jī)的運(yùn)行信號(hào)消失，延時(shí)40秒后停止鄂破機(jī)；（3）鄂破機(jī)的運(yùn)行信號(hào)消失，延時(shí)40秒后停止皮帶輸送機(jī)；（4）皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行信號(hào)消失，延時(shí)40秒后停止錘式破碎機(jī)；（5）錘式破碎機(jī)的運(yùn)行信號(hào)消失，延時(shí)90秒后停止鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)，同時(shí)停止兩個(gè)小收塵；（6）鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)的運(yùn)行信號(hào)消失，延時(shí)5秒后停止收塵風(fēng)機(jī)，同時(shí)除塵器脈沖電磁閥噴吹循環(huán)停止。

控制要求：原料桶設(shè)上限位、下限位物位計(jì)各一個(gè)，料位到達(dá)上限或下限時(shí)在PLC上位監(jiān)控機(jī)上要有紅色報(bào)警顯示；在自動(dòng)狀態(tài)下達(dá)到原料桶上限位置時(shí)，按自動(dòng)停機(jī)順序停機(jī)；在任何狀態(tài)下達(dá)到原料桶下限位置時(shí)，不可以自動(dòng)開機(jī)，但必須有聲光報(bào)警；當(dāng)原料桶料位到達(dá)上限時(shí)，無論是在就地控制或遠(yuǎn)方控制狀態(tài)下，均不能啟動(dòng)鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)。

鄂破機(jī)的附近安裝一個(gè)急停按鈕，當(dāng)此急停按鈕按下后，原料系統(tǒng)設(shè)備禁止啟動(dòng)。在PLC上位機(jī)和觸摸屏中要有急停顯示。

本上位機(jī)控制界面的具體要求：在顯示畫面中，設(shè)備停止的顏色為設(shè)備本色；合閘信號(hào)為綠色顯示；設(shè)備運(yùn)行信號(hào)為綠色顯示；故障設(shè)備為紅、黃色交替閃爍，并有聲光報(bào)警，在報(bào)警記錄中可以快速有效地查到故障設(shè)備及發(fā)生故障的時(shí)間。排除故障后，在PLC上位機(jī)運(yùn)行界面中按下復(fù)位按鈕，使系統(tǒng)復(fù)位。在顯示畫面中雙擊設(shè)備時(shí)可以顯示該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、自動(dòng)或手動(dòng)、遠(yuǎn)程或就地以及電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流等，變頻器控制的電機(jī)有實(shí)際頻率、運(yùn)行電流等顯示并可設(shè)定頻率。在控制畫面中能夠監(jiān)控所有設(shè)備的狀態(tài)及有電流測(cè)試設(shè)備的運(yùn)行電流。

遠(yuǎn)程控制硬性聯(lián)鎖：鄂破機(jī)沒有運(yùn)行信號(hào)，往復(fù)給料機(jī)禁止啟動(dòng)；皮帶輸送機(jī)沒有運(yùn)行信號(hào)，鄂破機(jī)禁止啟動(dòng)；錘式破碎機(jī)沒有運(yùn)行信號(hào)，皮帶輸送機(jī)禁止啟動(dòng)；鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)沒有運(yùn)行信號(hào)，錘式破碎機(jī)禁止啟動(dòng)；原料桶高料位信號(hào)時(shí)，按自動(dòng)停機(jī)順序進(jìn)行停機(jī)；原料桶高料位信號(hào)時(shí)，鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)禁止啟動(dòng)。

遠(yuǎn)程控制故障聯(lián)鎖：鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)故障：錘式破碎機(jī)、皮帶輸送機(jī)、鄂破機(jī)、往復(fù)給料機(jī)同時(shí)停止；錘式破碎機(jī)故障：皮帶輸送機(jī)、鄂破機(jī)、往復(fù)給料機(jī)同時(shí)停止；皮帶輸送機(jī)故障：鄂破機(jī)、往復(fù)給料機(jī)同時(shí)停止；鄂破機(jī)故障：往復(fù)給料機(jī)停止。

上位機(jī)控制界面的設(shè)計(jì)：碳酸鈣生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的控制界面使用WINCC 6.2 SP3來組態(tài)編程，上位機(jī)的運(yùn)行界面以動(dòng)畫和圖像的方式顯示了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際的各種動(dòng)作和運(yùn)行狀態(tài)。通過WINCC中豐富的動(dòng)畫功能，依據(jù)I/O變量采集來的數(shù)據(jù)和AI采集來的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程對(duì)碳酸鈣生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

上位機(jī)控制界面提供了碳酸鈣生產(chǎn)線的歷史趨勢(shì)圖、變量歸檔以及報(bào)表等功能。報(bào)表可實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)打印、求平均值等。在運(yùn)行界面中能夠快速切換到各控制系統(tǒng)畫面，且運(yùn)行界面能夠?qū)崟r(shí)的更新。

2 結(jié)語

PLC不但使工業(yè)控制變得快捷方便，而且有助于降低企業(yè)的成本，提升企業(yè)的生產(chǎn)能力。本控制系統(tǒng)已在實(shí)際中得到應(yīng)用，自投運(yùn)以來，碳酸鈣生產(chǎn)線控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，達(dá)到了生產(chǎn)工藝的要求，為企業(yè)節(jié)省了大量人力，并產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：姚明華（1984-），男，中航（沈陽(yáng)）高新科技有限公司助理工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：陳 潔）