基于西門(mén)子S7-200的空氣炮電磁閥組控制箱的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

陳 剛 張意舒（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，安徽合肥 230051）

基于西門(mén)子S7-200的空氣炮電磁閥組控制箱的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

陳 剛 張意舒
（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，安徽合肥 230051）

如今窯尾循環(huán)吹堵，窯尾空氣炮，窯頭空氣炮組，生料庫(kù)、水泥庫(kù)均化，已經(jīng)成為確保大規(guī)模水泥生產(chǎn)線必不可少的重要組成部分，但控制吹堵、均化和空氣炮的電磁閥，數(shù)量眾多，如果所有控制點(diǎn)全部進(jìn)入生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)勢(shì)必浪費(fèi)大量I/O點(diǎn)數(shù)，并增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本和故障率，針對(duì)于此，本文將介紹如何利用西門(mén)子S7-200控制器，開(kāi)發(fā)一種低成本，高效率的，高可靠性，高通用性的電磁閥組控制箱，以解決以上問(wèn)題。

S7-200；空氣炮；電磁閥組

1.電磁閥組說(shuō)明

窯尾循環(huán)吹堵，窯尾空氣炮，窯頭空氣炮組，生料庫(kù)、水泥庫(kù)均化這些工藝設(shè)備，看似各不相同，但最終控制其的電氣設(shè)備，卻是一樣——電磁閥。電磁閥一般來(lái)說(shuō)分為380V和220V供電的兩種，其送入DCS的點(diǎn)一般為1個(gè)DO點(diǎn)，或1個(gè)DO+2個(gè)DI，但一般國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)線的窯尾循環(huán)吹堵，窯尾空氣炮，窯頭空氣炮組，生料庫(kù)、水泥庫(kù)均化這些子項(xiàng)，使用一個(gè)DO點(diǎn)控制即可。

而把功能相近，進(jìn)行類(lèi)似規(guī)律的動(dòng)作（如定時(shí)開(kāi)關(guān)、循環(huán)開(kāi)關(guān)等）的電磁閥分成一個(gè)個(gè)組，稱(chēng)之為電磁閥組。

2.電氣部分的設(shè)計(jì)

確定了電磁閥組，我們便可以開(kāi)始電氣部分設(shè)計(jì)，暫定電磁閥為220V供電，加上PLC所需要的備妥信號(hào)，已經(jīng)要求DCS系統(tǒng)也能夠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)電磁閥，我們?cè)O(shè)計(jì)的控制箱主要部分電氣原理圖如圖1。

圖1 電氣原理圖主要部分

3. PLC程序的開(kāi)發(fā)

3.1 控制要求

窯尾空氣炮根據(jù)工藝流程，主要要求每隔一段時(shí)間，自動(dòng)由預(yù)熱器從下而上，定時(shí)循環(huán)釋放。整個(gè)釋放一次的時(shí)間，要能設(shè)定，每個(gè)空氣炮之間釋放的間隔時(shí)間需要能夠設(shè)定。單個(gè)空氣炮也要求能夠單獨(dú)釋放。

3.2 計(jì)算點(diǎn)數(shù)和優(yōu)化

以5000噸熟料生產(chǎn)線窯尾空氣炮電磁閥為例，我們則可以將窯尾空氣炮電磁閥，分為左列預(yù)熱器10只空氣炮電磁閥一組，右列預(yù)熱器10只空氣炮電磁閥一組，煙室和其他部分8只空氣炮電磁閥一組，共三組。

三組28只電磁閥，我們都按只有DO點(diǎn)的計(jì)算，加上總的備妥點(diǎn)，每一個(gè)組的運(yùn)行、故障、啟停點(diǎn)，以及備用的點(diǎn)數(shù)，我們可以得出如下點(diǎn)數(shù)：

備妥（來(lái)自繼電器）：1個(gè)DI點(diǎn)

啟動(dòng)1組（來(lái)自DCS）：1個(gè)DI點(diǎn)啟動(dòng)2組（來(lái)自DCS）：1個(gè)DI點(diǎn)啟動(dòng)3組（來(lái)自DCS）：1個(gè)DI點(diǎn)

備妥（送中控和箱體顯示）1個(gè)DO點(diǎn)

運(yùn)行（送中控和箱體顯示）：3個(gè) DO點(diǎn)

單個(gè)電磁閥驅(qū)動(dòng)（發(fā)向電磁閥）：28個(gè)DO點(diǎn)

單個(gè)電磁閥驅(qū)動(dòng)（來(lái)自DCS）：28個(gè)DI點(diǎn)

注：來(lái)自DCS的單個(gè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)，考慮到節(jié)約DCS成本，我們一般建議取消，如果業(yè)主堅(jiān)持要求，我們?cè)匐姎饣芈吩O(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)考慮到，和S7-200的驅(qū)動(dòng)成“或”的關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)。故此28個(gè)DI點(diǎn)可以取消，如果取消，電氣原理圖中的“遠(yuǎn)程模式”按鈕、DCS驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)也應(yīng)相應(yīng)取消。

綜上所述，本系統(tǒng)共有DI點(diǎn)4個(gè)，DO點(diǎn)32個(gè)。

再考慮到備用的點(diǎn)數(shù)，和S7-200CPU自帶點(diǎn)數(shù)和模塊點(diǎn)數(shù)的配合，最終我們確定DO34點(diǎn)（其中CPU自帶10點(diǎn)+3塊8點(diǎn)DO模塊[1]），DI14點(diǎn)（CPU自帶的14點(diǎn)）。

硬件配置中只得注意的，考慮到以后維護(hù)更換方便，建議使用晶體管輸出的CPU和模塊，但相應(yīng)會(huì)增加一些繼電器成本。

3.3 程序的編制

S7-200程序編制使用西門(mén)子編程軟件STEP7MICRWIN

1）定義如下變量

變量名稱(chēng)：T1 變量類(lèi)型：time 說(shuō)明：一次大循環(huán)間隔時(shí)間

變量名稱(chēng)：T2 變量類(lèi)型：time 說(shuō)明：每個(gè)開(kāi)啟間隔時(shí)間

變量名稱(chēng)：D1～D30 變量類(lèi)型：bool 說(shuō)明：?jiǎn)蝹€(gè)電磁閥驅(qū)動(dòng)（其中D29，D30為備用）

變量名稱(chēng)：R 變量類(lèi)型：bool 說(shuō)明：備妥

變量名稱(chēng)：S1～S3 變量類(lèi)型：bool 說(shuō)明：1～3組運(yùn)行信號(hào)

變量名稱(chēng)：DCS1～DCS3 變量類(lèi)型：bool 說(shuō)明：來(lái)自DCS的組起驅(qū)動(dòng)信號(hào)2）自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行的程序：

程序說(shuō)明：首先要求有備妥R(shí)的情況下，才能啟動(dòng)，啟動(dòng)分為兩種方式，組啟和單啟。

組起方式，空氣炮電磁閥按順序，間隔T2時(shí)間依次開(kāi)啟；所有電磁閥完全開(kāi)啟一遍算一次大循環(huán)，大循環(huán)間隔T1時(shí)間再次循環(huán)。

單啟方式，只要命令發(fā)出，立刻開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的電磁閥。

注意：兩種啟動(dòng)方式并不沖突，不需要切換。也就是說(shuō)組起方式時(shí)，也可以隨時(shí)單啟某一電磁閥。

啟動(dòng)方式，控制原理弄清楚，相信程序編制是很簡(jiǎn)單的事情了，西門(mén)子S7-200使用的基本梯形圖編程，相信有編程基礎(chǔ)的人都能夠完成，在此，作者在此不再詳細(xì)記錄程序。

4. 實(shí)際使用效果

根據(jù)我院最近設(shè)計(jì)的5000噸生產(chǎn)線和幾條粉磨站的使用情況，效果非常好，整個(gè)子系統(tǒng)在中控發(fā)出啟動(dòng)命令后，自動(dòng)運(yùn)行良好，根本不需要操作員人工干涉，得到了業(yè)主電氣DCS維護(hù)人員的一致好評(píng)。

5. 總結(jié)電磁閥組控制箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣泛，對(duì)于水泥行業(yè)，在窯尾吹堵，窯尾噴水，窯頭噴水，生料庫(kù)均化，水泥庫(kù)均化等，電磁閥組控制箱都可以廣泛應(yīng)用。本文僅以窯尾空氣炮為例，介紹了一種電磁閥組控制箱的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，希望給廣大產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員和水泥生產(chǎn)線維護(hù)調(diào)試人員以啟示和幫助。

[1]《SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)》 03/2000 版本 02 作者：SIEMENS公司

[2]尹維生,汪濤,李巖. 西門(mén)子S7-200系列PLC在碎礦系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào). 2010(04)

[3]史映紅,周志海. 西門(mén)子S7-200PLC在機(jī)械手中控制的應(yīng)用研究[J]. 煤礦機(jī)械. 2010(12)

[4]周斌.PLC在X62W臥式萬(wàn)能銑床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J]. 機(jī)電工程技術(shù). 2009(01)

TQ172

B

1007-6344（2016）04-0007-02

陳剛，男，本科，高級(jí)工程師