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 陳湘輝，任曉珠

1  引言
回轉(zhuǎn)窯是應(yīng)用于建材、冶金等行業(yè)的重要設(shè)備，主要起煅燒熟料的作用。2000年9月，我廠對(duì)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(chǔ)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(dòng)烘干機(jī)，失去表面水分后逐庫分布在五個(gè)料球庫內(nèi)，儲(chǔ)存一定時(shí)間后入振動(dòng)篩，中間粒度球入預(yù)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(dòng)篩產(chǎn)生的粉塵由袋收塵器收集后入成球盤；窯尾廢氣出預(yù)熱器后，經(jīng)電收塵器凈化入煙囪排出；出窯熟料經(jīng)急冷（專利技術(shù)）入單筒冷卻機(jī)，由拉鏈機(jī)送入熟料地坑；大塊熟料經(jīng)人工入鄂式破碎機(jī)后進(jìn)入拉鏈機(jī)。
窯頭采用三風(fēng)道燃燒器，用羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)，螺旋泵混煤，向窯內(nèi)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(xì)選粉機(jī)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(jī)排出。
3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1  系統(tǒng)組成
特水窯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用基于PLC的控制系統(tǒng)，它由兩個(gè)中控室（窯尾控制室、窯頭控制室），3個(gè)現(xiàn)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(jiān)控（預(yù)熱器進(jìn)口監(jiān)控和窯頭電視看火）組成。其中3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站是獨(dú)立的微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它與主站只進(jìn)行模擬量的通訊和開關(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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)配置框圖

3.2  硬件配置
(1)  上位機(jī)配置
上位機(jī)采用美國(guó)DELL公司配置為Penten III級(jí)的PC機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，它與下位機(jī)之間采用RS-232C異步半雙工通訊。其具體配置為：Intel PIII 800CPU、64M內(nèi)存、20G硬盤、21＂顯示器
(2)  下位機(jī)設(shè)計(jì)
由于系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自動(dòng)控制與數(shù)據(jù)采集，沒有復(fù)雜的運(yùn)算操作，因而下位機(jī)采用了日本三菱的Ans系列機(jī)架式PLC，完成窯系統(tǒng)的邏輯控制和過程控制。
①  CPU的選擇：用戶控制程序所需內(nèi)存容量受內(nèi)存利用率、開關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、模擬量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素的影響。表1列出了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)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(jù)上面的I/O點(diǎn)數(shù)，PLC主基板選AIS38B，擴(kuò)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(kuò)展板之間通過擴(kuò)展電纜（AISC07B）相連。
③  輸入/輸出模塊的選擇：考慮到有的設(shè)備距控制室較遠(yuǎn)，控制設(shè)備較多，所以輸入采用AC220V類型模塊；又因啟動(dòng)不很頻繁，響應(yīng)精度也不是很嚴(yán)格，因此選擇繼電器輸出形式的模塊，其中開關(guān)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(dǎo)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(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)間的通訊。由于上下位機(jī)同在一個(gè)控制室，最遠(yuǎn)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(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(shù)據(jù)線上。用模塊上的開關(guān)設(shè)置該CPU是作為主站還是就地站。因?yàn)楦G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(shè)計(jì)
(1)  上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控、管理、打印和產(chǎn)生報(bào)警等功能。其工作平臺(tái)為WIN98系統(tǒng)，組態(tài)軟件為FIX7.0，能夠顯示各工藝流程畫面和各熱工參數(shù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)主要電機(jī)的變頻控制和冷風(fēng)閥門的伺服控制。
(2)  下位機(jī)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(jī)上，程序在上位機(jī)上編好后寫進(jìn)下位機(jī)。
①  I/O地址分配：輸入輸出地址以3位十六進(jìn)制數(shù)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(cè)）開始，向右展開，地址連續(xù)賦值；
?  對(duì)擴(kuò)展基板，第一塊擴(kuò)展基板的首地址順接主基板的末地址。其余擴(kuò)展基板的賦值依據(jù)擴(kuò)展電纜的連接順序依次編址；
?  各組件所用的I/O點(diǎn)數(shù)等于該組件自身的I/O點(diǎn)數(shù)；
?  對(duì)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(diǎn)處理。
②  初始化程序：對(duì)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(lì)磁裝置的電流給定及風(fēng)門的開度給定。其初始化主要包括平均次數(shù)、通道的啟用/禁用等。
?  A/D初始化：對(duì)模擬量輸入模塊初始化主要包括采樣時(shí)間、平均次數(shù)、通道的啟用/禁用及上下位機(jī)的數(shù)值轉(zhuǎn)換（因?yàn)樯衔粰C(jī)數(shù)字量為0～4095，下位機(jī)數(shù)字量為0～4000）。
③  主程序主要包括電機(jī)啟停、連鎖、報(bào)警、下料量累計(jì)及站間通信等。
④  下料累計(jì)量程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì)窯尾高溫下料量的累計(jì)與顯示。
3.4  系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)
(1)  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：系統(tǒng)包括主站（窯頭）、從站（窯尾）及三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站。窯頭、窯尾兩站通過通訊模塊（AISJ71AR2）與同軸電纜組成了簡(jiǎn)單的三菱MELSEC NET系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)為三菱MELSEC可編程控制器開發(fā)配備的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，能執(zhí)行工廠自動(dòng)化所需的全部功能，既能進(jìn)行數(shù)據(jù)控制，又能進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。其傳輸速度為1.25Mbps。
(2)  通信軟硬件設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)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(tǒng)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，以保證整個(gè)通信系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行；如主回路和副回路電纜均發(fā)生斷路故障，系統(tǒng)即執(zhí)行回送功能。此外，兩個(gè)數(shù)據(jù)通信回路具有電源瞬間斷路校正功能，保證通信可靠。
4  結(jié)語
特水1#窯采用基于PLC的控制系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)；所有參數(shù)的計(jì)算機(jī)顯示，替代了傳統(tǒng)的二次儀表柜顯示，降低了維護(hù)費(fèi)用與車間生產(chǎn)成本。該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了產(chǎn)品的質(zhì)量與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。