基于PLC與組態(tài)軟件的水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廖斌　楊書(shū)儀

摘? ?要：為了改善傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)控制方式生產(chǎn)效率低的現(xiàn)狀，提高系統(tǒng)自動(dòng)化程度，本文提出一種基于PLC與組態(tài)軟件的水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。控制系統(tǒng)基本單元主要包括惠普TPN-C116型計(jì)算機(jī)、FX-2N-128MR系列PLC、三菱FX-2N-485-BD、三菱FR-D700變頻器四部分。系統(tǒng)采用組態(tài)技術(shù)的集散控制方式，應(yīng)用組態(tài)王軟件以及PLC與485模塊通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、畫(huà)面監(jiān)控以及報(bào)警等功能。

關(guān)鍵詞：水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)? PLC? 組態(tài)? 485模塊通信? 變頻器

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（c）-0092-03

隨著現(xiàn)代化工業(yè)社會(huì)的快速發(fā)展，國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，全國(guó)各地的土木建筑項(xiàng)目也變得越來(lái)越多[1，2]。一方面，作為現(xiàn)代建筑材料工業(yè)中三大基本材料（鋼筋、木材、水泥）之一，水泥在建材行業(yè)中的地位是極其重要的[3]。另一方面，傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)模式不能滿足生產(chǎn)需求，該生產(chǎn)模式生產(chǎn)環(huán)境惡劣、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化、高效化生產(chǎn)水泥，本設(shè)計(jì)將針對(duì)水泥生產(chǎn)流程提出基于PLC與組態(tài)的水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。

本文將以水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析其生產(chǎn)工藝流程，并根據(jù)其工藝流程運(yùn)用組態(tài)軟件、PLC、變頻器和485通信模塊，設(shè)計(jì)水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，可根據(jù)生產(chǎn)量的供需關(guān)系通過(guò)組態(tài)軟件發(fā)送指令進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)[4]。

1? 水泥生產(chǎn)線工藝流程分析

1.1 總體工藝流程

水泥生產(chǎn)首先將幾種主要的生產(chǎn)原料分別進(jìn)行原料破碎以及粉磨，然后將粉磨后的原料進(jìn)行調(diào)配混合，再進(jìn)行立磨，此時(shí)將立磨料加熱后可放入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行煅燒，煅燒成水泥熟料后，再放入石膏以及其他混合物就可初步形成水泥塊，再將它進(jìn)行粉磨、選粉就可得到細(xì)膩的水泥成品。總體工藝流程圖如圖1所示。

綜上所述，系統(tǒng)將根據(jù)總體工藝流程劃分為六個(gè)子工藝流程，分別為：原料破碎系統(tǒng)，煤粉制備系統(tǒng)、原料配料系統(tǒng)、生料立磨系統(tǒng)、預(yù)分解窯煅燒系統(tǒng)、水泥制成系統(tǒng)，下面對(duì)子工藝流程進(jìn)行相關(guān)分析。

1.2 破碎系統(tǒng)工藝流程

系統(tǒng)首先將儲(chǔ)存在倉(cāng)庫(kù)的原料搬運(yùn)到加工現(xiàn)場(chǎng)，并儲(chǔ)存到到料斗，當(dāng)?shù)沽隙返脑系竭_(dá)該到其上限位時(shí)，打開(kāi)放料閥，從而將原料導(dǎo)入過(guò)濾罐進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾結(jié)束后開(kāi)始喂料給破碎機(jī)，破碎完成開(kāi)始進(jìn)行除塵，最后得到半成品即除塵物料。

1.3 煤粉制備系統(tǒng)工藝流程

系統(tǒng)開(kāi)始搬運(yùn)原煤，放入系統(tǒng)的原煤儲(chǔ)存?zhèn)}，搬運(yùn)完開(kāi)始喂料，喂料給球磨機(jī)，開(kāi)始進(jìn)行煤磨操作，磨細(xì)的煤粉被送入到選粉機(jī)進(jìn)行選粉，選擇合適顆粒的煤粉進(jìn)行相應(yīng)的除塵工序，同時(shí)顆粒大小不合適的煤粉被重新送入到剛球磨機(jī)進(jìn)行煤磨，除塵完成后，除塵物料由輸送機(jī)運(yùn)送到煤粉成品庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存。

1.4 原料配料系統(tǒng)工藝流程

系統(tǒng)控制了四種主要原料的進(jìn)料過(guò)程，其中四種主要原料為：石灰石原料、粉砂巖原料、粉煤灰原料、鐵粉原料等，系統(tǒng)同時(shí)投放四種原料，因進(jìn)料量給定設(shè)置不同，不同原料達(dá)到設(shè)定量的時(shí)間不同，當(dāng)所有原料都達(dá)到原料的設(shè)定量時(shí)，系統(tǒng)才開(kāi)始輸送機(jī)的工作，通過(guò)輸送機(jī)把四種原料分別同時(shí)輸送到傳送帶上進(jìn)行混合。

1.5 生料立磨系統(tǒng)工藝流程

系統(tǒng)首先啟動(dòng)熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行加熱處理，當(dāng)生產(chǎn)溫度適合時(shí)，系統(tǒng)馬上把閥門打開(kāi)，將高溫?zé)犸L(fēng)送入到立磨機(jī)，同時(shí)系統(tǒng)還將上個(gè)工藝系統(tǒng)得到的混合配合料送入到立磨機(jī)進(jìn)行立磨，后續(xù)系統(tǒng)自動(dòng)將立磨料送入到旋風(fēng)筒，進(jìn)行氣力攪拌，接著通過(guò)循環(huán)冷風(fēng)機(jī)送入到除塵器，除塵后得到的成品送入到成品均化庫(kù)。此外當(dāng)熱風(fēng)機(jī)的溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)冷風(fēng)機(jī)，送入冷風(fēng)進(jìn)行降溫，確保生產(chǎn)溫度合適。

1.6 預(yù)分解煅燒系統(tǒng)工藝流程

系統(tǒng)首先將調(diào)配好的生料送入到四級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)行加熱預(yù)處理，接著將加熱生料導(dǎo)入到分解爐進(jìn)行分解，分解程度滿足要求時(shí)，將分解料送入到回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行反復(fù)煅燒處理，煅燒后將原料排入到冷卻機(jī)進(jìn)行冷卻處理，冷卻后將冷卻料送入到成品熟料庫(kù)。

1.7 水泥制成系統(tǒng)工藝流程

系統(tǒng)將上個(gè)工序得到的水泥熟料并加入石膏以及其他混合材料進(jìn)行運(yùn)輸混合，送入到預(yù)磨機(jī)進(jìn)行預(yù)磨處理，然后再將預(yù)磨料送入到球磨機(jī)進(jìn)行球磨工序處理，再將球磨料送入到選粉機(jī)進(jìn)行選粉，根據(jù)選粉機(jī)的工作原理，顆粒大小不滿足條件的重新送入到球磨機(jī)再次進(jìn)行球磨，顆粒大小合適的原料送入到除塵器，除塵后得到的水泥成品送入到成品庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存。

2? 變頻調(diào)速控制的實(shí)現(xiàn)

2.1 RS485模塊通信控制

該控制方式基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[5，6]，采用PLC與變頻器的通信協(xié)議，從而控制變頻器進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行。連接方式如圖2所示。

2.2 通信步驟

三菱變頻器FR-D700有三種模式設(shè)定，本設(shè)計(jì)采用的是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式。

PLC通信格式的設(shè)定，主要是通過(guò)對(duì)PLC特殊功能寄存器D8120加以設(shè)置，根據(jù)變頻器設(shè)置通信格式，所以寄存器設(shè)置為H0C96。

2.3 硬件電路設(shè)計(jì)

由于各個(gè)系統(tǒng)硬件電路圖大同小異，在這里不再對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的硬件電路逐一介紹，下面將重點(diǎn)介紹帶有變頻調(diào)速的破碎系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，破碎系統(tǒng)的控制電路如圖3所示，破碎系統(tǒng)的主電路圖如圖4所示。

3? 組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面

為了更好地對(duì)下位機(jī)以及流水線進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控，設(shè)計(jì)了各個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)控運(yùn)行畫(huà)面，如圖5所示。

系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)情況，可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中工序設(shè)置報(bào)警，本次設(shè)計(jì)主要對(duì)破碎系統(tǒng)中的破碎工序以及除塵工序進(jìn)行報(bào)警，設(shè)置報(bào)警窗口以及報(bào)警數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，如圖6所示。

報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)可記錄從系統(tǒng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行的那一天起的所有報(bào)警數(shù)據(jù)，并可按日期以及當(dāng)天時(shí)間進(jìn)行保存，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)以及組態(tài)程序，系統(tǒng)設(shè)置了按日期查詢方式以及按變量查詢的方式。

4? 實(shí)物調(diào)試

各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面順利通過(guò)調(diào)試，可以運(yùn)行，因篇幅限制這里不再一一列舉;破碎系統(tǒng)監(jiān)控運(yùn)行畫(huà)面如圖7所示。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于PLC與組態(tài)軟件的水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了組態(tài)控制PLC的網(wǎng)絡(luò)通信控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要由6個(gè)工藝子系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、報(bào)警查詢系統(tǒng)、以及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)等組成，各個(gè)工藝子系統(tǒng)采用了手動(dòng)自動(dòng)兩種控制方式，自動(dòng)方式即按照組態(tài)王的自動(dòng)定時(shí)程序，從而通過(guò)PLC控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化操作;手動(dòng)方式即通過(guò)控制PLC或組態(tài)單獨(dú)控制某一個(gè)工位運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的操作。本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)潔明了、方便實(shí)用，為水泥生產(chǎn)線自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化以及信息化控制提供了參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 何家成.PLC技術(shù)在水泥廠生產(chǎn)的配料系統(tǒng)中應(yīng)用研究[Z].蘇州中材建設(shè)有限公司，2016（18）.

[2] 吳帆.基于PLC的水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].南京理工大學(xué)，2012.

[3] 吳斯文.蘭豐水泥生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)與界面組態(tài)研究[D].南昌大學(xué)，2005.

[4] 袁秀英，余群威，等.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[5] 李金城.PLC模擬量與通信控制應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[6] 王阿銀.PLC控制程序精編108例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.