嵌入式PLC在隧道窯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、引言
　　隧道窯是一種連續(xù)式窯爐，由預(yù)熱區(qū)、高溫區(qū)、急冷區(qū)和緩冷區(qū)組成，主要用于建筑陶瓷、日用陶瓷等燒制。隧道窯的控制涉及傳動控制，溫度、壓力的檢測、控制以及其它控制。我們采用科威EASY系列PLC開發(fā)出的高可靠性、高性價比的隧道窯控制系統(tǒng)，已于2005年7月成功應(yīng)用在湖北華窯集團中亞窯爐公司承建的越南某隧道窯中。下面介紹此窯的控制方案。
　　二、用戶要求
　　1、溫度控制區(qū)8組。
　　2、溫度顯示區(qū)10組。
　　3、熱電偶：18支。 其中： K分度11支 S分度7支
　　4、風(fēng)機選型
　　排煙風(fēng)機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。
　　助燃風(fēng)機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。
　　急冷風(fēng)機： 11kw 一開一備 （變頻）
　　抽熱風(fēng)機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。
　　快冷風(fēng)機： 7.5kw 一開一備 直接啟動。
　　 軸流風(fēng)機： 0.18kw 8臺 直接啟動
　　5、安全連鎖。
　　 　　開關(guān)量互鎖：必須是硬件互鎖和軟件互鎖。在設(shè)計時進一步落實工藝互鎖要求。
　　6、使用人機界面控制
　　現(xiàn)場設(shè)人機界面，所有操作均可在人機界面上完成；面板按鈕與人機界面按鈕互為備份。（集中分散型控制）
　　7、關(guān)控制信息能傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。
　　計算機畫面應(yīng)含有：現(xiàn)場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設(shè)定
　　曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報表打印功能。
　　三、解決方案
　　1、系統(tǒng)分析
　　1）溫度采集部分
　　10支熱電偶，K、S兩種分度號。
　　2）溫度控制部分
　　18點溫度中，其中8點（設(shè)計時需指定）用來作溫度控制用。
　　在這8點溫度控制中，其中7點是控制執(zhí)行器閥位值，改變?nèi)剂献⑷肓?，從而使溫度穩(wěn)定。另外一點是控制急冷變頻器輸出頻率，改變急冷風(fēng)機運行速度，從而調(diào)節(jié)急冷區(qū)溫度。其它因素由人工調(diào)整（如助燃風(fēng)、燃氣壓力等）。
　　每個控溫點占用一路模擬量輸出，急冷變頻器占用一路模擬量
　　輸出，執(zhí)行器采取開度定位方式。
　　因此溫度控制占用：
　　8路模擬量（輸入、輸出）。
　　3）相關(guān)風(fēng)機部分
　　a、排煙風(fēng)機控制
　　排煙風(fēng)機一用一備，二者邏輯上互鎖，電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關(guān)輸出點（主、星、三角），占三個開關(guān)輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風(fēng)機控制占用：
　　6點開關(guān)輸入：（啟動、停止、故障）*2。
　　6點開關(guān)輸出：（主、星、三角）*2。
　　b、助燃風(fēng)機控制
　　助燃風(fēng)機一用一備，二者邏輯上互鎖，電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關(guān)輸出點（主、星、三角），占三個開關(guān)輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風(fēng)機控制占用：
　　6點開關(guān)輸入：（啟動、停止、故障）*2。
　　6點開關(guān)輸出：（主、星、三角）*2。
　　c、急冷風(fēng)機控制
　　急冷風(fēng)機快慢由變頻器調(diào)整，通過PLC內(nèi)部PID運算輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，來控制變頻器的輸出頻率。同時在人機界面上也可以實行手自動切換進行控制。因此急冷風(fēng)機占用：
　　5點開關(guān)輸入：急冷A啟動、急冷B啟動、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
　　2點開關(guān)輸出：（運行控制）*2。
　　1點模擬輸出：頻率調(diào)節(jié)（手自動調(diào)節(jié)）。
　　d、抽熱風(fēng)機控制
　　抽熱風(fēng)機一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關(guān)輸出點（主、星、三角），占三個開關(guān)輸入點（啟動、停止、故障），因此抽熱風(fēng)機控制占用：
　　6點開關(guān)輸入：（啟動、停止、故障）*2。
　　 6點開關(guān)輸出：（主、星、三角）*2。
　　e、快冷風(fēng)機控制
　　 　快冷風(fēng)機一開一備，直接輸出控制，因此占用：
　　 6點開關(guān)量輸入：（啟動、停止、故障）*2。
　　 　2點開關(guān)量輸出：（運行控制）*2。
　　f、軸流風(fēng)機控制
　　 　軸流風(fēng)機：0.18kw 8臺，直接輸出控制，因此占用：
　　 3點開關(guān)量輸入：啟動、停止、故障。
　　 1點開關(guān)量輸出：運行控制。
　　g、安全連鎖
　　 開關(guān)量互鎖：必須的硬件互鎖和軟件互鎖。在設(shè)計時進一步落實工藝互鎖要求。
　　2、控制器件選型
　　據(jù)以上統(tǒng)計，有溫度采集8點；開關(guān)量輸入：49點； 模擬量輸入：8點；開關(guān)量輸出：34點； 模擬量輸出：8點
　　故需選用：溫度采集模塊：CAN—AD1216 　 1臺
　　溫度控制：EASY—M0808R—A0404NB 　 2臺
　　風(fēng)機控制部分采用：Easy-M1608R 　 2臺
　　 另需做主站的PLC（Easy-M1608R）1臺，用于控制拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4臺，顯示控制的人機界面一臺（10.4英寸，真彩色），用于監(jiān)控的普通計算機一臺。其他電器部分：變頻器，開關(guān)電源，空氣開關(guān)，接觸器，繼電器，按鈕，指示燈，報警器，柜體等。
　　CAN-AD1216：
　　有16路溫度輸入有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，可與各采集模塊、Easy系列的PLC互連組成網(wǎng)絡(luò)。
　　Easy-M0808R-A0404NB：
　　有8點開關(guān)量輸入、8點開關(guān)量輸出。有4路模擬量輸入、4路模擬量輸出。
　　有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，可與各采集模塊、PLC互連。
　　有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)視和操作。
　　有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
　　Easy-M2416R：
　　有24點開關(guān)量輸入、16點開關(guān)量輸出。
　　有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，可與各采集模塊、PLC互連。
　　有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)視和操作。
　　有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
　　每臺塊Easy-M1608R：
　　有16點開關(guān)量輸入、8點開關(guān)量輸出。
　　有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，以便于各采集模塊相連。
　　有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)示和操作。
　　有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
　　3、控制結(jié)構(gòu)圖
　　
　　
　　
　　 4、PLC接線示意圖
　　
　　1#從站接線示意圖
　　
　　2#從站接線示意圖
　　
　　
　　
　　3#從站接線示意圖
　　
　　注：其中主站與拖車部分（6#從站-9#從站）的PLC接線示意圖略
　　四、系統(tǒng)控制的實現(xiàn)
　　1）所有的風(fēng)機控制和電磁閥以及拖車都是由PLC的開關(guān)量控制。
　　下面是排煙風(fēng)機A的星--三角控制程序的梯形圖程序：
　　
　　2）模擬量溫度采集由一臺AD1216采集。
　　3）所有的模擬量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，溫度由Easy-M0808R-A0404NB經(jīng)過PID調(diào)節(jié)輸出（4-20mA給執(zhí)行器和變頻器），控制執(zhí)行器與變頻器，從而控制窯爐的溫度。
　　4）所有的控制設(shè)備組成一個網(wǎng)絡(luò)，整個CAN總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)由CANSET軟件來實現(xiàn),它是圖形化界面的軟件,設(shè)置起來十分簡便。設(shè)置內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備總數(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址、網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)的內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊速度等。它還能根據(jù)用戶的需要，靈活設(shè)置每個設(shè)備的任務(wù)級別，以保證網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配。
　　下圖是在CANSET下設(shè)置的本系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)配置：
　　
　　5）相關(guān)信息通過RS485網(wǎng)絡(luò)傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。
　　在計算機中包含有：現(xiàn)場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設(shè)定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報表打印功能。計算機中的各個曲線圖每隔2分鐘自動保存一次。
　　6）人機界面操作說明
　　
　　上圖是主畫面，由四部份組成。最上面是日期時間顯示與警報走馬燈及中英文切換按鈕。其中時間日期可以在“畫面四”中進行設(shè)置（一般情況下無須設(shè)置）。警報走馬燈顯示11臺風(fēng)機的運行故障與燃氣超限（上下限）以及9個從站掉線顯示。當(dāng)系統(tǒng)無故障時，報警走馬燈顯示設(shè)備運行正常。
　　中間上半部分是現(xiàn)場模擬圖， 從中可以觀測到現(xiàn)場設(shè)備及工藝運行的一些情況，如11臺風(fēng)機的運行指示燈，在風(fēng)機運行時，相應(yīng)的指示燈會變成綠色；主電磁閥以及各支電磁閥開啟時其對應(yīng)的指示燈會變成綠色。
　　中間下半部分是11臺風(fēng)機的啟動、停止按鈕以及主電磁閥的開、關(guān)按鈕，根據(jù)工藝及安全連鎖要求，只有排煙風(fēng)機（A或B）啟動后才能啟動助燃風(fēng)機（A或B），助燃風(fēng)機啟動后（A或B）才能開啟總閥，總閥開啟后才能開啟各支電磁閥。以上各設(shè)備的連鎖要求依次是排煙風(fēng)機——助燃風(fēng)機——總閥——各支電磁閥。在沒有啟動前級設(shè)備的情況下，是不會啟動后級設(shè)備的，反之如果停止了前級設(shè)備，后級設(shè)備也相應(yīng)的自動停止。上述各設(shè)備之間的啟動順序在程序上進行了連鎖，同時在硬件配線上也進行了連鎖。
　　最底部是四個換面按鈕與警報解除按鈕以及按鍵鎖按鈕，按壓各個換畫面按鈕可以進入其對應(yīng)的子畫面?！熬瘓蠼獬卑粹o是一個交替型按鈕，按壓“警報解除”按鈕可以解除發(fā)生故障時的聲光報警輸出，它只能暫時解除當(dāng)前的聲光報警，報警走馬燈上還會顯示相應(yīng)的故障，如果故障沒有排除，在下次PLC啟動運行時還會發(fā)出聲光報警?！鞍存I有效”按鈕是一個交替型按鈕，“按鈕無效”鍵是為了保護界面按鈕不被誤按而設(shè)置的，當(dāng)“按鈕無效”時，按壓風(fēng)機啟停按鍵及總閥按鈕是不會產(chǎn)生動作的。
　　五、總結(jié)
　　本控制系統(tǒng)采用EASY系列PLC，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，響應(yīng)速度快，性價比高，還可以根據(jù)實際需要很方便地進行擴展，有極強的靈活性和適應(yīng)性?，F(xiàn)場使用表明，其性能穩(wěn)定，運行可靠。