石灰回轉(zhuǎn)窯PLC控制系統(tǒng)

1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

基于“集中管理，分散控制”的模式，數(shù)字化、信息化工程的思想，著眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設(shè)，建立一個(gè)先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴(kuò)充的集過程控制、監(jiān)視、管理于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng)，完成對(duì)整個(gè)工藝過程及全部生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制。

1.2項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目是天鐵石礦回轉(zhuǎn)窯工程，本工程分二期建設(shè)，一期工程建設(shè)1座600t/d回轉(zhuǎn)窯(于2006年11月投產(chǎn))，二期再建設(shè)1座600t /d回轉(zhuǎn)窯(于2008年5月投產(chǎn))，但相應(yīng)的輔助設(shè)施按2座窯規(guī)模一次建成。其工藝是將運(yùn)來的石灰石原料送入貯倉，貯倉中的石灰石經(jīng)倉下的振動(dòng)給料機(jī)給出，經(jīng)帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)后送至篩分樓篩分，>18mm的篩上料經(jīng)帶式輸送機(jī)送入回轉(zhuǎn)窯中煅燒;而<18mm的篩下料進(jìn)入貯槽暫存后再經(jīng)汽車運(yùn)出。

篩上料由帶式輸送機(jī)送入預(yù)熱器頂部料倉，然后由溜料管將石灰石(白云石)分布到豎式預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱，經(jīng)過預(yù)熱的物料由液壓推桿推出，經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)溜槽進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中，物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)過焙燒分解，熱煙氣進(jìn)入預(yù)熱器。煙氣在預(yù)熱石灰石后經(jīng)過帶式除塵器除塵后由除塵風(fēng)機(jī)排入大氣。焙燒好的石灰石進(jìn)入豎式冷卻器，冷卻器的底部送入冷空氣冷卻，通過振動(dòng)給料機(jī)排出至集料斗。冷空氣在冷卻器內(nèi)冷卻物料的同時(shí)被加熱，經(jīng)窯頭罩進(jìn)入窯內(nèi)，作為燃料燃燒的二次空氣，回轉(zhuǎn)窯采用煤氣為燃料。

出窯后的石灰經(jīng)帶式輸送機(jī)送入成品倉上的振動(dòng)篩篩分，<3mm的篩下料進(jìn)入碎石灰料倉裝入汽車后外運(yùn)，而>3mm的篩上料經(jīng)帶式輸送機(jī)分別送入石灰貯倉。

窯體裝置和輔助設(shè)備的運(yùn)行與監(jiān)視將在控制室中實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制，通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的起動(dòng)和停止、儀表參數(shù)監(jiān)測(cè)，被控參數(shù)的閉環(huán)調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)報(bào)警和生產(chǎn)過程報(bào)警以及數(shù)據(jù)歸檔等功能，使整個(gè)回轉(zhuǎn)窯能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的自動(dòng)化，大大減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平，提高了生產(chǎn)率，并合理的節(jié)省了能源。

二.系統(tǒng)組成

2.1PLC控制系統(tǒng)

為了保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，提高自動(dòng)化水平，適應(yīng)回轉(zhuǎn)窯工藝要求，并且從該系統(tǒng)I/O測(cè)點(diǎn)較多等方面考慮到系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的硬件條件要求較高以及以往的使用情況，我們采用以西門子S7-400PLC為核心的集中和分散相結(jié)合的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由中央控制室、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站、遠(yuǎn)程I/O站組成。

☆中央控制室：設(shè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)回轉(zhuǎn)窯工藝參數(shù)、電氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、管理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及報(bào)表打印;另外還設(shè)一臺(tái)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，負(fù)責(zé)工控網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)內(nèi)部管理網(wǎng)絡(luò)之間的訪問控制;

☆現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站：由帶DP接口CPU模塊(CPU414和CPU416)、以太網(wǎng)模塊(CP443-1)和I/O模塊組成，通過高速、實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制室進(jìn)行通訊;

☆遠(yuǎn)程I/O站：由DP從站接口模塊(IM153-1)、I/O模塊、電子皮帶秤和變頻器組成，通過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

該回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)由三套(一期兩套、二期一套)西門子PLC的S7-400系統(tǒng)組成。一套S7-414和ET200M遠(yuǎn)程站用于原料工段、循環(huán)水和空壓機(jī)站的控制，一套S7-416用于1#窯體和成品工段控制，一套S7-414用于2#窯體控制。主站CPU都放置在主場(chǎng)房內(nèi)，三套PLC系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位監(jiān)控系統(tǒng)通訊實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制。

S7-400特點(diǎn)：

? 功能強(qiáng)大的PLC，適用于中高性能控制領(lǐng)域

? 解決方案滿足最復(fù)雜的任務(wù)要求

? 功能分級(jí)的CPU以及種類齊全的模板，總能為其自動(dòng)化任務(wù)找到最佳的解決方案

? 實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴(kuò)展通訊能力都很簡便，組成系統(tǒng)靈活自如

? 用戶友好性強(qiáng)，操作簡單，免風(fēng)扇設(shè)計(jì)

? 隨著應(yīng)用的擴(kuò)大，系統(tǒng)擴(kuò)展無任何問題

ET200M站：

接口模塊IM153用于與PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的連接而組成分布式I/O系統(tǒng)，各種I/O模塊插入有源總線模塊內(nèi),可在線更換模塊，實(shí)現(xiàn)帶電插拔功能。各分站放置在相應(yīng)的配電室內(nèi)，便于以后進(jìn)行擴(kuò)展，并且大大減少電纜和工程施工量。

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線：

用于現(xiàn)場(chǎng)控制主站與現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程ET200M分站之間的數(shù)據(jù)通訊，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線，通訊速率為9.6K -12Mbps。

???用一根串行的數(shù)字總線替代傳統(tǒng)的并行24V 信號(hào)和 4...20 mA 模擬信號(hào);

???通過一根雙芯屏蔽電纜連接中央控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備;

???對(duì)于所有的設(shè)備，只需要一個(gè)通用的組態(tài)和工程工具 ;

???連接不同廠商的設(shè)備 ;

???開放的、不依賴于廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線，并符合IEC 61158國際標(biāo)準(zhǔn)。

2. 2 上位監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)一臺(tái)工程師站和四臺(tái)操作員站，選用原裝研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，每臺(tái)機(jī)器上裝有網(wǎng)絡(luò)通訊卡CP1613，它們各通過工業(yè)以太網(wǎng)與三套S7-400系統(tǒng)的通訊處理器CP443-1通訊口連接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換。

監(jiān)控組態(tài)軟件不僅有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)功能，而且有組態(tài)、開發(fā)和開放功能，是自動(dòng)化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分。我們?cè)诖吮O(jiān)控系統(tǒng)中采用西門子公司的WINCC6.0組態(tài)軟件，WINCC是Windows Control Conter(視窗控制中心)的簡稱，它運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成，用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)控畫面、控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線和打印報(bào)表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。