一種基于PLC 的物料冷卻裝置自動控制系統(tǒng)

邊宏波 魏佳佳 九江心連心化肥有限公司

關(guān)鍵字：物料冷卻；PLC；自動控制

1、 系統(tǒng)簡介

物料冷卻裝置應(yīng)用于冷卻粉體或顆粒體，采用雙塔冷卻，一開一備，采用分料器將高溫物料自輸送皮帶上將物料刮下進入冷卻塔之中，物料以密相輸送的方式垂直自上而下通過不銹鋼傳熱板之間的間隙通道。在冷卻應(yīng)用過程中，冷卻水是循環(huán)通過傳熱板內(nèi)，物料與冷卻介質(zhì)的流向采取逆流能夠獲得較大的傳熱效率，從而降低物料溫度。降溫后的物料通過斗提機進行提升重新輸送至物料輸送皮帶上，送往后工段。

考慮對整個控制系統(tǒng)影響最小的原則，物料冷卻裝置控制系統(tǒng)選用S7-300PLC 系統(tǒng)，設(shè)獨立控制柜放置現(xiàn)場，并采用西門子TP1200 觸摸屏實現(xiàn)現(xiàn)場人機操作，能實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)的顯示，聯(lián)鎖投切，控制回路調(diào)節(jié)的功能，同時S7-300 PLC 通過CP341 通訊卡利用MODBUS 協(xié)議與DCS 系統(tǒng)進行通訊，在DCS 監(jiān)控畫面上組建流程圖，用于對工藝參數(shù)監(jiān)視與控制，操作人員在其他工段進行操作。現(xiàn)場觸摸屏上設(shè)有緊急按鈕，并且通過硬接線連接至DCS 系統(tǒng)DO 卡件，用于緊急情況下的遠程停止。開車期間可以在現(xiàn)場觸摸屏直接進行操作，開車后在遠程控制室進行監(jiān)控。PLC 控制柜電源取自大顆粒UPS 電源，單路供電。

遠程監(jiān)控具備的功能、及控制室可以進行的操作有：1）對溫度、壓力、液位、流量等工藝信號的監(jiān)視；2）對冷卻水出水溫度調(diào)節(jié)、料倉料位調(diào)節(jié)的閥位值、設(shè)定值進行控制；3）對提升機、風機、循環(huán)水泵狀態(tài)的監(jiān)控。鑒于安全考慮，不建議動力設(shè)備遠程啟動，DCS 系統(tǒng)只做狀態(tài)監(jiān)控與報警。

2、 現(xiàn)場設(shè)備配置情況

物料冷卻裝置現(xiàn)場動靜設(shè)備配置包括：分料器1臺、循環(huán)水泵2臺、風機2 臺、斗提機1 臺，氣動振打裝置2 套、電機振打裝置1 套、冷卻塔兩套、管道若干。

儀表設(shè)備配置包括：鎧裝熱電阻4 支、溫度變送器4 支、雷達料位計2 臺，壓力變送器2 臺，渦街流量計2 臺、電磁流量計2 臺、薄膜調(diào)節(jié)閥2 臺、料位控制閥2 臺。

控制系統(tǒng)配置包括：觸摸屏：TP1200 系列，用于在操作現(xiàn)場對數(shù)據(jù)的監(jiān)控和操作；西門子S7-300PLC 一套（CPU 卡：CPU314 系列；DI 卡；DO 卡；AI 卡；AI RTD 卡；AO 卡；CP341 卡）；其他配套電子元器件。

3、 現(xiàn)場控制方案

每套冷卻塔配置2 個單回路調(diào)節(jié)，分別是冷卻水出水溫度調(diào)節(jié)參和冷卻器料位調(diào)節(jié)，及兩套循環(huán)振打時序控制，均在現(xiàn)場PLC 編程實現(xiàn)，PID 控制參數(shù)在觸摸屏設(shè)置。通過CP341 卡與DCS 系統(tǒng)進行組態(tài)通訊，將需要在DCS 系統(tǒng)監(jiān)控的信號和操作的參數(shù)進行通訊。當現(xiàn)場觸摸屏切遠程時，可在DCS 系統(tǒng)輸入單回路設(shè)定值SV、MV。設(shè)置自動時，單回路自動調(diào)節(jié)，設(shè)置手動時，手動進行調(diào)節(jié)。

3.1 冷卻水出水溫度控制

根據(jù)出水溫度控制進水調(diào)節(jié)閥閥門開度，以穩(wěn)定出水溫度為調(diào)節(jié)目標，構(gòu)成單回路調(diào)節(jié)。根據(jù)設(shè)計冷卻器出料溫度設(shè)置高限報警和高高限報警。

3.2 料位控制

根據(jù)雷達料位計測量的料位控制下料閥的開度，以穩(wěn)定料位為調(diào)節(jié)目標，構(gòu)成單回路調(diào)節(jié)。由于下料蝶閥的流量特性問題，自動模式下設(shè)定閥門的高低限位，初始的最低開度30%，最大開度60%，可根據(jù)后期調(diào)試進行適當修改，同時設(shè)置高料位報警值。

3.3 氣動振打器控制

為防止物料粘連，下料口安裝有氣動振打器，預設(shè)有兩種循環(huán)振打模式，分別為：裝填料模式，停 120s 開 2s；運行模式，停 600s 開 10s；在現(xiàn)場觸摸屏可實現(xiàn)兩種模式的切換，根據(jù)當前工作模式，控制振打時間。

3.4 冷卻裝置出料管振打電機控制

現(xiàn)場觸摸屏設(shè)置振打控制手自動切換，操作人員巡檢根據(jù)現(xiàn)場需要，手動開停振打電機；自動振打模式，振打周期可在觸摸屏上修改，根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)。

4、 相關(guān)聯(lián)鎖保護

當料倉內(nèi)的料位高于設(shè)定值料位時，分料器切除。（設(shè)定值可根據(jù)實際生產(chǎn)情況手動修改）；當斗提機故障時，分料器切除；當按下現(xiàn)場觸摸屏上急停按鈕時，分料器切除；當按下DCS 控制室降溫裝置操作畫面上的急停按鈕時，分料器切除。

5、 小結(jié)

該套物料冷卻裝置，可用于新裝置上線也可用于老裝置改造，可安裝于輸送皮帶廊下方，因為其裝置的獨立性，可提前安裝和獨立調(diào)試，在利用停車機會即可完成與老系統(tǒng)的對接，且其聯(lián)鎖保護比較齊全，一旦發(fā)生問題，可以單獨將本裝置進行切除，但需要提前根據(jù)該物料冷卻裝置的影響因素，提前做好預防工作，以免高溫物料影響后工段的生產(chǎn)。