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 陳湘輝，任曉珠

1  引言
回轉窯是應用于建材、冶金等行業的重要設備，主要起煅燒熟料的作用。2000年9月，我廠對始建于1958年的特水1#窯進行了技術改造。
2  工藝流程
1#窯經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，加水成球后入振動烘干機，失去表面水分后逐庫分布在五個料球庫內，儲存一定時間后入振動篩，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；成球盤和振動篩產生的粉塵由袋收塵器收集后入成球盤；窯尾廢氣出預熱器后，經電收塵器凈化入煙囪排出；出窯熟料經急冷（專利技術）入單筒冷卻機，由拉鏈機送入熟料地坑；大塊熟料經人工入鄂式破碎機后進入拉鏈機。
窯頭采用三風道燃燒器，用羅茨風機供風，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，凈化后經排風機排出。
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，它由兩個中控室（窯尾控制室、窯頭控制室），3個現場站（生料自動配料、加水成球、高溫下料）及兩個電視監控（預熱器進口監控和窯頭電視看火）組成。其中3個現場站是獨立的微機自動控制系統，它與主站只進行模擬量的通訊和開關量的連鎖。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、21＂顯示器
(2)  下位機設計
由于系統主要實現電氣設備的自動控制與數據采集，沒有復雜的運算操作，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程控制。
①  CPU的選擇：用戶控制程序所需內存容量受內存利用率、開關量輸入/輸出點數、模擬量輸入/輸出點數、用戶的程序編寫水平等因素的影響。表1列出了計算機控制系統I/O點數的分布。

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點數，PLC主基板選AIS38B，擴展基板選AIS68B-S1，它們最大均有8個插槽。每個基板可裝電源組件。主基板與擴展板之間通過擴展電纜（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類型模塊；又因啟動不很頻繁，響應精度也不是很嚴格，因此選擇繼電器輸出形式的模塊，其中開關量輸出模塊為AY10，模擬量輸出模塊為AIS68DAI。該類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現上位機與下位機間的通訊。由于上下位機同在一個控制室，最遠沒超過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  網絡模塊的選擇：網絡模塊的功能是將主PLC CPU掛接在三菱網絡MELSECNT 數據線上。用模塊上的開關設置該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)  上位機軟件主要實現系統的監控、管理、打印和產生報警等功能。其工作平臺為WIN98系統，組態軟件為FIX7.0，能夠顯示各工藝流程畫面和各熱工參數，在計算機上實現對主要電機的變頻控制和冷風閥門的伺服控制。
(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進下位機。
①  I/O地址分配：輸入輸出地址以3位十六進制數表示，程序編址時，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）開始，向右展開，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點數等于該組件自身的I/O點數；
?  對沒有插裝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門的開度給定。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)  系統網絡構成：系統包括主站（窯頭）、從站（窯尾）及三個現場站。窯頭、窯尾兩站通過通訊模塊（AISJ71AR2）與同軸電纜組成了簡單的三菱MELSEC NET系統，該網絡為三菱MELSEC可編程控制器開發配備的數據通信網絡，能執行工廠自動化所需的全部功能，既能進行數據控制，又能進行數據管理。其傳輸速度為1.25Mbps。
(2)  通信軟硬件設計：數據通信有兩個環路，主環路和副環路。兩個環路均可做主環路，但正在工作的系統僅允許有一個主環路，若該環路發生電纜斷路和從站故障，回送功能將通信從主環路切換到副環路并將從站故障斷開，以保證整個通信系統繼續進行；如主回路和副回路電纜均發生斷路故障，系統即執行回送功能。此外，兩個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
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間生產成本。該系統的應用提高了產品的質量與市場競爭力，經濟效益顯著提高。