陳湘輝，任曉珠

1  引言
回轉窯是應用于建材、冶金等行業(yè)的重要設備，主要起煅燒熟料的作用。2000年9月，我廠(chǎng)對始建于1958年的特水1#窯進(jìn)行了技術(shù)改造。
2  工藝流程
1#窯經(jīng)技改后的工藝流程是：生料儲存庫出庫生料與電收塵窯灰按比例配合后入成球盤(pán)，加水成球后入振動(dòng)烘干機，失去表面水分后逐庫分布在五個(gè)料球庫內，儲存一定時(shí)間后入振動(dòng)篩，中間粒度球入預熱器，被高溫窯尾廢氣加熱后入窯煅燒，大球破碎后和小球一起直接入窯煅燒；成球盤(pán)和振動(dòng)篩產(chǎn)生的粉塵由袋收塵器收集后入成球盤(pán)；窯尾廢氣出預熱器后，經(jīng)電收塵器凈化入煙囪排出；出窯熟料經(jīng)急冷（專(zhuān)利技術(shù)）入單筒冷卻機，由拉鏈機送入熟料地坑；大塊熟料經(jīng)人工入鄂式破碎機后進(jìn)入拉鏈機。
窯頭采用三風(fēng)道燃燒器，用羅茨風(fēng)機供風(fēng)，螺旋泵混煤，向窯內噴送煤粉煅燒熟料。
煤磨技改后流程為：出磨煤粉經(jīng)高效超細選粉機選粉后，由高濃度袋收塵器收集后入煤粉倉，凈化后經(jīng)排風(fēng)機排出。
3  系統設計
3.1  系統組成
特水窯控制系統的設計采用基于PLC的控制系統，它由兩個(gè)中控室（窯尾控制室、窯頭控制室），3個(gè)現場(chǎng)站（生料自動(dòng)配料、加水成球、高溫下料）及兩個(gè)電視監控（預熱器進(jìn)口監控和窯頭電視看火）組成。其中3個(gè)現場(chǎng)站是獨立的微機自動(dòng)控制系統，它與主站只進(jìn)行模擬量的通訊和開(kāi)關(guān)量的連鎖。主站與從站間采用幀同步全雙工通訊方式，系統結構如圖1所示。

圖1  系統配置框圖

3.2  硬件配置
(1)  上位機配置
上位機采用美國DELL公司配置為Penten III級的PC機進(jìn)行系統的監控和管理，它與下位機之間采用RS-232C異步半雙工通訊。其具體配置為：Intel PIII 800CPU、64M內存、20G硬盤(pán)、21＂顯示器
(2)  下位機設計
由于系統主要實(shí)現電氣設備的自動(dòng)控制與數據采集，沒(méi)有復雜的運算操作，因而下位機采用了日本三菱的Ans系列機架式PLC，完成窯系統的邏輯控制和過(guò)程控制。
①  CPU的選擇：用戶(hù)控制程序所需內存容量受內存利用率、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數、模擬量輸入/輸出點(diǎn)數、用戶(hù)的程序編寫(xiě)水平等因素的影響。表1列出了計算機控制系統I/O點(diǎn)數的分布。

表1
 

最終我們選三菱A系列的CPU為A2ASCPU-S1。
②  基板的選擇：根據上面的I/O點(diǎn)數，PLC主基板選AIS38B，擴展基板選AIS68B-S1，它們最大均有8個(gè)插槽。每個(gè)基板可裝電源組件。主基板與擴展板之間通過(guò)擴展電纜（AISC07B）相連。
③  輸入/輸出模塊的選擇：考慮到有的設備距控制室較遠，控制設備較多，所以輸入采用AC220V類(lèi)型模塊；又因啟動(dòng)不很頻繁，響應精度也不是很?chē)栏?，因此選擇繼電器輸出形式的模塊，其中開(kāi)關(guān)量輸出模塊為AY10，模擬量輸出模塊為AIS68DAI。該類(lèi)型模塊使用電壓范圍較寬，導通壓降損失小。
④  通訊模塊的選擇：通訊模塊的功能主要實(shí)現上位機與下位機間的通訊。由于上下位機同在一個(gè)控制室，最遠沒(méi)超過(guò)15m，所以選擇AJ71C24通訊模塊，采用半雙工異步通訊方式，通信速度為9600bps.
⑤  網(wǎng)絡(luò )模塊的選擇：網(wǎng)絡(luò )模塊的功能是將主PLC CPU掛接在三菱網(wǎng)絡(luò )MELSECNT 數據線(xiàn)上。用模塊上的開(kāi)關(guān)設置該CPU是作為主站還是就地站。因為窯頭、窯尾兩PLC站間距離大約200m，所以選用AISJ71AR2類(lèi)型模塊。它采用幀同步、全雙工、位串行的通訊方法，通訊速度為1.25Mbps。
3.3  軟件設計
(1)  上位機軟件主要實(shí)現系統的監控、管理、打印和產(chǎn)生報警等功能。其工作平臺為WIN98系統，組態(tài)軟件為FIX7.0，能夠顯示各工藝流程畫(huà)面和各熱工參數，在計算機上實(shí)現對主要電機的變頻控制和冷風(fēng)閥門(mén)的伺服控制。
(2)  下位機程序主要采用梯形圖編制。其編程軟件為三菱的GPPW，該軟件裝在上位機上，程序在上位機上編好后寫(xiě)進(jìn)下位機。
①  I/O地址分配：輸入輸出地址以3位十六進(jìn)制數表示，程序編址時(shí)，必須遵循以下原則：
?  I/O地址的賦值由主基板的第0槽（CPU組件的右側）開(kāi)始，向右展開(kāi)，地址連續賦值；
?  對擴展基板，第一塊擴展基板的首地址順接主基板的末地址。其余擴展基板的賦值依據擴展電纜的連接順序依次編址；
?  各組件所用的I/O點(diǎn)數等于該組件自身的I/O點(diǎn)數；
?  對沒(méi)有插裝I/O組件或特殊功能組件的空槽，所占I/O地址作16點(diǎn)處理。
②  初始化程序：對三菱AnS系列的PLC,其所用的模擬量模塊均需初始化。
?  D/A初始化：模擬量輸出主要是變頻器、勵磁裝置的電流給定及風(fēng)門(mén)的開(kāi)度給定。其初始化主要包括平均次數、通道的啟用/禁用等。
?  A/D初始化：對模擬量輸入模塊初始化主要包括采樣時(shí)間、平均次數、通道的啟用/禁用及上下位機的數值轉換（因為上位機數字量為0～4095，下位機數字量為0～4000）。
③  主程序主要包括電機啟停、連鎖、報警、下料量累計及站間通信等。
④  下料累計量程序主要實(shí)現對窯尾高溫下料量的累計與顯示。
3.4  系統通信設計
(1)  系統網(wǎng)絡(luò )構成：系統包括主站（窯頭）、從站（窯尾）及三個(gè)現場(chǎng)站。窯頭、窯尾兩站通過(guò)通訊模塊（AISJ71AR2）與同軸電纜組成了簡(jiǎn)單的三菱MELSEC NET系統，該網(wǎng)絡(luò )為三菱MELSEC可編程控制器開(kāi)發(fā)配備的數據通信網(wǎng)絡(luò )，能執行工廠(chǎng)自動(dòng)化所需的全部功能，既能進(jìn)行數據控制，又能進(jìn)行數據管理。其傳輸速度為1.25Mbps。
(2)  通信軟硬件設計：數據通信有兩個(gè)環(huán)路，主環(huán)路和副環(huán)路。兩個(gè)環(huán)路均可做主環(huán)路，但正在工作的系統僅允許有一個(gè)主環(huán)路，若該環(huán)路發(fā)生電纜斷路和從站故障，回送功能將通信從主環(huán)路切換到副環(huán)路并將從站故障斷開(kāi)，以保證整個(gè)通信系統繼續進(jìn)行；如主回路和副回路電纜均發(fā)生斷路故障，系統即執行回送功能。此外，兩個(gè)數據通信回路具有電源瞬間斷路校正功能，保證通信可靠。
4  結語(yǔ)
特水1#窯采用基于PLC的控制系統，取代了傳統繼電器控制系統；所有參數的計算機顯示，替代了傳統的二次儀表柜顯示，降低了維護費用與車(chē)間生產(chǎn)成本。該系統的應用提高了產(chǎn)品的質(zhì)量與市場(chǎng)競爭力，經(jīng)濟效益顯著(zhù)提高。