S7-400 PLC在聯(lián)堿粉體輸送控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

周 峰

(西安航天自動化股份有限公司)

S7-400PLC在聯(lián)堿粉體輸送控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

周 峰

(西安航天自動化股份有限公司)

介紹在延長集團(tuán)興平化肥廠技改工程中，S7-400 PLC在聯(lián)堿粉體輸送控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，著重對S7-400 PLC的硬件配置、軟件配置做了說明。整套系統(tǒng)投入使用以后，運行良好。

聯(lián)堿粉體輸送 S7-400 PLC 控制系統(tǒng)

聯(lián)堿粉體輸送控制系統(tǒng)是通過控制不同種類輸送機(jī)將原鹽作為生產(chǎn)原料從原鹽存儲區(qū)輸送到工藝反應(yīng)爐，再將生產(chǎn)的產(chǎn)品由生產(chǎn)車間輸送到存儲設(shè)備中保存。筆者所介紹的工程為延長集團(tuán)興平化肥廠聯(lián)堿粉體輸送控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)技術(shù)，分為控制層和操作管理層，控制層由中心控制室可編程控制器PLC和布置在3個遠(yuǎn)程站的可編程控制器PLC組成，管理層由設(shè)置在中心控制室的一臺操作員站和一臺工程師站組成，兩個層之間通過帶光纖口的工業(yè)交換機(jī)和以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)連為一體，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程的計算機(jī)管理控制。

1 聯(lián)堿粉體輸送工藝

本系統(tǒng)按工藝分，有3個區(qū)域的完整流程：

a. 原鹽儲運。將原鹽從存儲區(qū)輸送至原鹽筒倉，由振動給料機(jī)、斗式提升機(jī)、埋刮板輸送機(jī)和帶式輸送機(jī)組成。

b. 純堿輸送。將煅燒工藝生產(chǎn)的輕灰、重灰輸送至輕灰倉和重灰倉，由埋刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)和電動三通組成。

c. 氯化銨輸送。將干銨、濕銨輸送至包裝機(jī)系統(tǒng)，由帶式輸送機(jī)和螺旋輸送機(jī)組成。

3個工序輸送控制設(shè)備的DI點為494個，DO點為280個，AI點為23個，AO點為2個。輸送設(shè)備之間采用聯(lián)鎖控制，控制室集中操作，但現(xiàn)場設(shè)置單機(jī)試車開、停開關(guān)，連續(xù)輸送設(shè)備均接入PLC系統(tǒng)。所有聯(lián)鎖設(shè)備均能在設(shè)備近旁就地操作，并能解除聯(lián)鎖。

考慮到設(shè)備帶負(fù)載停機(jī)等因素，工藝流程啟動時，只按逆料流輸送方向逐臺啟動，工藝流程停機(jī)時，工藝流程按順料流輸送方向逐臺停機(jī)。當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時，它前面(逆物料輸送方向為前)所有輸送設(shè)備應(yīng)立刻停止運行，同時發(fā)出故障報警聲光信號，之后的設(shè)備延遲停機(jī)，直到物料卸空。故障解除后，按正常順序運作。

筒倉、灰倉設(shè)置高、低料位計。料倉料位計發(fā)出高料位報警時，中心控制室通知操作人員進(jìn)行包裝純堿；低料位報警時，中心控制室通知操作人員輸送純堿。

2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由PLC和監(jiān)控系統(tǒng)組成。PLC(可編程邏輯控制器)是現(xiàn)代工業(yè)控制的核心部分[1]。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式進(jìn)行，其工作過程包括4個階段：輸入信號采集、通信處理、內(nèi)部執(zhí)行用戶程序和指令輸出。監(jiān)控系統(tǒng)(上位機(jī))通過以太網(wǎng)與PLC完成數(shù)據(jù)信息交換，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視和控制。

本系統(tǒng)PLC采用S7-400系列CPU414-4H型控制主機(jī)，CPU處理每條二進(jìn)制指令時間最快為45ns，具有2.8MB RAM，最大支持64K數(shù)字量，4K模擬量I/O，完全可以滿足聯(lián)堿粉體輸送整個設(shè)備的控制。PLC系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備方式，互為熱備的兩個CPU通過同步光纖，實現(xiàn)兩個CPU程序的同步和熱備之間的互相切換。CPU與ET 200M分布式I/O之間采用冗余的Profibus-DP總線電纜通信，提高了系統(tǒng)通信的可靠性。CPU414-4H型控制主機(jī)可以連接多個ET 200M分布式I/O。PLC配置如圖1所示。

圖1 S7-400配置示意圖

PLC系統(tǒng)設(shè)一個主控室、3個遠(yuǎn)程站，共9面柜體。主控制室內(nèi)設(shè)置控制臺1套、控制柜2個、電源柜1個，1#～3#遠(yuǎn)程站各設(shè)置控制柜1個、電源柜1個。

電源柜中上部配有一臺220V交流雙路電源自動切換器，可保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，下部裝有一臺UPS不間斷電源，可給控制系統(tǒng)備用供電，還安裝有兩臺24V(DC)電源，直流穩(wěn)壓電源均有指示燈，并配有熔斷器保護(hù)。直流電源主要供現(xiàn)場設(shè)備、模塊、隔離繼電器的工作。

控制柜中配有一套S7-400H熱備系統(tǒng)，包括一個安裝底板、兩個電源模塊(PS407)、兩個PLC主機(jī)(CPU414-4H)、兩個以太網(wǎng)通信模塊(CP443-1)和ET 200M分布式I/O模塊。

IM 153-2用作ET 200M的接口模塊，最多可將12個I/O系列的模塊連接到接口模塊。接口模塊和所需的I/O模塊都安裝在導(dǎo)軌上。I/O模塊彼此連接并經(jīng)過總線連接器連接到IM 153-2接口摸塊，開關(guān)量輸入模塊采用32點數(shù)字量輸入模塊，主要用來連接系統(tǒng)輸送設(shè)備電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)視繼電器；開關(guān)量輸出模塊采用32點數(shù)字量輸出模塊，主要用來連接系統(tǒng)輸送設(shè)備電機(jī)的控制繼電器；模擬量輸入模塊采用8通道輸入模塊，主要用來連接系統(tǒng)輸送設(shè)備電機(jī)的電流信號；模擬量輸出模塊采用8通道輸出模塊，主要用來控制振動給料機(jī)的速度。

3 組態(tài)

編程軟件采用STEP7 5.5SP2。STEP 7應(yīng)用在SIMATIC S7-300/S7-400、SIMATIC M7-300/M7-400和SIMATIC C7上?？梢酝ㄟ^Windows用戶接口啟動STEP 7。啟動后創(chuàng)建項目結(jié)構(gòu)，項目類似一個文件夾，所有的數(shù)據(jù)均可按照一種體系化的結(jié)構(gòu)存儲在其中，并可供隨時使用。在項目創(chuàng)建完畢后，所有其他的任務(wù)均將在該項目中執(zhí)行。組態(tài)站在對站進(jìn)行組態(tài)時，可指定希望使用的可編程控制器，例如SIMATIC 300、SIMATIC 400、SIMATIC S5。

在對硬件進(jìn)行配置時，可在組態(tài)表中指定自動化解決方案要使用的模塊以及用戶程序中對模塊進(jìn)行訪問的地址，也可使用參數(shù)對模塊的屬性進(jìn)行設(shè)置。

通信的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，為此，需要創(chuàng)建自動化網(wǎng)絡(luò)所需要的子網(wǎng)、設(shè)置子網(wǎng)屬性、設(shè)置已聯(lián)網(wǎng)工作站的網(wǎng)絡(luò)連接屬性和某些通信連接。

定義符號變量?？稍诜柋碇卸x局部符號或具有更多描述性名稱的共享符號，以便代替用戶程序中的絕對地址進(jìn)行使用。

創(chuàng)建程序。STEP 7是一種基于Microsoft Windows環(huán)境的編程工具，提供包括FBD、LAD及STL等多種編程語言的單一開發(fā)環(huán)境，用于生成控制系統(tǒng)程序[2]。本項目中主要采用的是LAD梯形圖進(jìn)行編程。梯形圖邏輯和參數(shù)號注解的編程可以更清楚地理解程序，以符號編程可使編程人員能比記數(shù)碼更為直觀地記住特殊含義的符號。在編程過程中，對同一類設(shè)備進(jìn)行子程序編程，每一個設(shè)備調(diào)用同一個子程序功能塊就能很簡單地完成對同一類設(shè)備的控制。電機(jī)類的子程序控制和功能塊控制如圖2所示。

4 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)采用IFix組態(tài)軟件，即通過IFix組態(tài)畫面和鍵盤對整個工藝系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，控制室不再設(shè)常規(guī)控制儀表盤和模擬屏。LCD屏幕能顯示工藝流程和所有測量參數(shù)，控制對象狀態(tài)，也能顯示成組參數(shù)。當(dāng)參數(shù)越限報警或控制對象故障或狀態(tài)變化時以不同顏色進(jìn)行顯示，并有聲音提示。

圖2 電機(jī)類設(shè)備控制子程序

按照工藝系統(tǒng)PID設(shè)計了多幅LCD畫面，供隨時調(diào)出監(jiān)控，并且對所有被監(jiān)控的信號均能打印記錄。通過PLC對整個工藝系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制、步操或遠(yuǎn)方手操，在PLC內(nèi)設(shè)有必要的保護(hù)和聯(lián)鎖功能。

5 程序控制

聯(lián)堿粉體輸送系統(tǒng)有自動控制、聯(lián)鎖手動和試機(jī)3種運行方式，在現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)正常的情況下，自動控制為系統(tǒng)的最佳運行方式，在此方式下，設(shè)備的空載運行時間最短，操作員的操作步序最少。聯(lián)鎖手動方式是對要啟動的流程中設(shè)備按逆料流輸送方向一對一的啟動，按順料流輸送方向一對一停車，要求設(shè)備啟動前須先將電動三通擋板啟動到位，設(shè)備的保護(hù)動作處理均同自動控制方式。試機(jī)是在設(shè)備間解除了聯(lián)鎖關(guān)系的情況下，一對一啟動設(shè)備，此方式絕不可帶負(fù)載運行，原因是設(shè)備間已經(jīng)不存在聯(lián)鎖停機(jī)功能。

6 結(jié)束語

應(yīng)用PLC實現(xiàn)了聯(lián)堿工藝系統(tǒng)粉體輸送的全自動化控制，系統(tǒng)操作簡單、運行穩(wěn)定、安全可靠。改造后，設(shè)備簡化，易于維修，并降低了運行成本，減少了粉體對人體的危害。PLC具有自診斷功能，能夠使系統(tǒng)更加智能化，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

[1] 丁煒，魏孔平.可編程控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2] 李若谷，韓敏.西門子PLC編程指令與梯形圖快速入門[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

周峰(1982-)，工程師，從事PLC系統(tǒng)的集成工作，zfpangdo@163.com。

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1000-3932(2017)11-1085-03

2017-07-04，

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