隧道窑是一种连续式窑炉,主要用于陶瓷建材、日用陶瓷等烧制,就其结构而言主要由预热区、高温区、急冷区和缓冷区组成,隧道窑的控制涉及风机的控制、温度的检测、压力的检测,温度的控制、压力的控制以及其它控制。将 CAN总线技术应用在隧道窑控制系统,可以很好地满足温度和压力实时控制的要求,系统通信速率高、稳定性强,而工业级人机界面的参与,使得控制系统更加直观化,易于用户使用和操作。下面以河北唐山某陶瓷厂的一条隧道窑为案例,介绍其控制系统的实现过程。
下面以是EASY系列的PLC以及AD模块成功应用于湖北黄冈“华窑集团中亚窑炉公司”隧道窑的控制系统为例,介绍其控制系统的实现过程。
二>、用户资料
1、温度控制区8组。
2、温度显示区10组。
3、热电偶:18支。
其中: K分度11支
S分度7支
4、风机选型
排烟风机: 15kw 一开一备 要星-三角启动。
助燃风机: 15kw 一开一备 要星-三角启动。
急冷风机: 11kw 一开一备 (变频)
抽热风机: 15kw 一开一备 要星-三角启动。
快冷风机: 7.5kw 一开一备 直接启动。
轴流风机: 0.18kw 8台 直接启动
5、安全连锁。
开关量互锁:必须是硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。
6、使用人机界面控制
现场设人机界面,所有操作均可在人机界面上完成;
面板按钮与人机界面按钮互为备份。(集中分散型控制)
7.关控制信息能传到计算机,计算机只作信息管理用,不参与控制。
计算机画面应含有:现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。
三>、解决方案
1.温度采集部分
10支热电偶,K、S两种分度号。选用每路每路分度号均可设的CAN—1216温度采集模块。
2.温度控制部分
18 点温度中,其中8点(设计时需指定)用来作温度控制用。在这8点温度控制中,其中7点是控制执行器阀位值,改变燃料注入量,从而使温度稳定。另外一点是控制急冷变频器输出频率,改变急冷风机运行速度,从而使急冷区温度变化。其它因素由人工调整(如助燃风、燃气压力等)。
每个控温度点占用一路模拟量输出,急冷变频器占用一路模拟量输出,执行器采取开度定位方式。
因此温度控制占用:
8路模拟量(输入、输出)。
3.相关风机部分
①、排烟风机控制。
排烟风机一用一备,二者逻辑上互锁,但电气控制采用两套独立的星-三角控制,每套占三个开关输出点(主、星、三角),占三个开关输入点(启动、停止、故障),因此排烟风机控制占用:
6点开关输入:(启动、停止、故障)*2。
6点开关输出:(主、星、三角)*2。
②助燃风机控制。
助燃风机一用一备,二者逻辑上互锁,但电气控制采用两套独立的星-三角控制,每套占三个开关输出点(主、星、三角),占三个开关输入点(启动、停止、故障),因此排烟风机控制占用:
6点开关输入:(启动、停止、故障)*2。
6点开关输出:(主、星、三角)*2。
③、急冷风机控制。
急冷风机快慢由变频器调整,通过PLC内部PID运算输出4-20mA标准信号,来控制变频器的输出频率。同时在人机界面也可以实行手自动切换进行控制。因此急冷风机占用:
5点开关输入:急冷A启动、急冷B启动、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
2点开关输出:(运行控制)*2。
1点模拟输出:频率调节(手自动调节)。
④、抽热风机控制。[page]
抽热风机一用一备,二者逻辑上互锁,但电气控制采用两套独立的星-三角控制,每套占三个开关输出点(主、星、三角),占三个开关输入点(启动、停止、故障),因此抽热风机控制占用:
6点开关输入:(启动、停止、故障)*2。
6点开关输出:(主、星、三角)*2。
⑤、快冷风机控制。
快冷风机一开一备,直接输出控制,因此占用:
6点开关量输入:(启动、停止、故障)*2。
2点开关量输出:(运行控制)*2。
⑥、轴流风机控制。
轴流风机:0.18kw 8台,直接输出控制,因此占用:
3点开关量输入:启动、停止、故障。
1点开关量输出:运行控制。
⑦、安全连锁。
开关量互锁:必须的硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。
4、系统构架
据以上统计,有温度采集8点;
开关量输入:49点模拟量输入:8点
开关量输出;34点模拟量输出;8点
故需选用:温度采集模块:CAN—AD1216 1台
温度控制:EASY—M0808R—A0404NB 2台
风机控制部分采用:Easy-M1608R 2台
另外做主站的PLC(Easy-M1608R)1台,用于拖车部分的PLC(Easy-M1608R)4台
每块CAN-AD1216:
有16路温度输入
有与CAN网连接的现场总线接口,以便于各采集模块相连以及Easy系列的PLC相连组成网络。
每台Easy-M0808R-A0404NB:
有8点开关量输入、8点开关量输出。有4路模拟量输入、4路模拟量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口,以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口,便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口,便于计算机记录管理。
每台块Easy-M2416R:
有24点开关量输入、16点开关量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口,以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口,便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口,便于计算机记录管理。
每台块Easy-M1608R:
有16点开关量输入、8点开关量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口,以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口,便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口,便于计算机记录管理。
另外做主站的PLC(Easy-M1608R)1台,用于拖车部分的PLC(Easy-M1608R)4台
显示控制的人机界面一台(10.4英寸,真彩色),用于监控的普通计算机一台。
其他电器部分:
变频器,开关电源,空气开关,接触器,继电器,按钮,指示灯,报警器,柜体。
其中控制部分的硬件价格为:
CAN-AD1216A一台价格为1680元
Easy-M2416R两台价格为1680×2=3360元
Easy-M0808R-A0404NB两台价格为1680×2=3360元
Easy-M1608R五台价格为1280×5=6400元
人机界面一台价格为12000元
总计价格为:26800元
四>、控制结构图
控制结构图[page]
五>、PLC接线示意图
1#从站接线示意图
2#从站接线示意图
3#从站接线示意图
4#从站接线示意图
注:其中主站与拖车部分(6#从站-9#从站)的PLC接线示意图略
六>、系统功能的实现
1.所有的风机控制和电磁阀以及拖车都是由PLC的开关量控制。
下面是排烟风机A的星--三角控制程序的梯形图程序:
2.模拟量温度采集由一台AD1216采集。
3.所有的模拟量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成,温度由Easy-M0808R-A0404NB经过PID调节输出(4-20mA给执行器和变频器),控制执行器与变频器从而控制窑炉的温度;[page]
下面是其中一路PID输出控制执行器的梯形图程序:
4.所有的控制设备组成了一个网络,整个CAN总线网络互联由CANSET软件来实现,它是图形化界面的软件,设置起来十分简便,并且在PLC的梯形图中除了地址和主从站外无须再对其他相关内容进行设置,在一定程度上简化程序设计的工作量。CANSET软件能很轻松方便的完成通讯设置。设置内容包括:网络设备总数、网络设备地址、网络通讯数据的内容、网络数据通讯速度等。它还能根据用户的需要,灵活设置每个设备的任务级别,以保证网络资源的合理分配。处于下层网络的AD,以及从站PLC设备,遵循CANBUS协议的接口,能很方便的联入CAN总线网络中,构成系统的主体。(CAN网络的数据线在300米以内都为最佳传输距离)
5.相关信息通过RS485网络传到计算机,计算机只作信息管理用,不参与控制。
在计算机中包含有:现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。其中在计算机中的各个曲线图每隔2分钟自动保存一次。
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