基于PLC的氣力輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)

黃展

摘 ?要：為了實(shí)現(xiàn)氣力輸送系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，以可編程程序控制器（PLC）選型及設(shè)計(jì)為核心介紹氣力輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)。該文從氣力輸送方式、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)控制要求等方面做出簡單介紹，分析了可編程程序控制器的具體優(yōu)勢(shì)，從PLC產(chǎn)品的選擇以及其他硬件設(shè)備的選擇上闡述了氣力輸送控制系統(tǒng)在硬件系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)方式以及在軟件上的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：氣力輸送系統(tǒng) ?PLC ?自動(dòng)控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S953 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）05（b）-0012-03

氣力輸送始于1870年左右，在近些年來，氣力輸送已經(jīng)成為生產(chǎn)自動(dòng)化輸送的重要的方式之一，并且被廣泛應(yīng)用在電力、冶金、化工、建材、糧食、食品等行業(yè)。氣力輸送與其他機(jī)械輸送方式對(duì)比具有多種優(yōu)點(diǎn)，例如：生產(chǎn)效率高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、便于管理、機(jī)械化程度高、工作過程連續(xù)化、節(jié)省勞動(dòng)力、裝卸方便等。基于對(duì)氣力輸送自動(dòng)化的高要求，控制系統(tǒng)硬軟件的可靠性要求相應(yīng)提高，自動(dòng)控制系統(tǒng)控制特性的優(yōu)異及控制功能的完善，對(duì)實(shí)現(xiàn)氣力輸送的自動(dòng)化和管理的智能化、提高輸送效率、延長使用壽命及節(jié)約能源等，都有直接影響和現(xiàn)實(shí)意義。該文就電力行業(yè)氣力除灰自動(dòng)控制系統(tǒng)為例進(jìn)行分析研究。

1 ?氣力輸送概述及控制要求

1.1 氣力輸送基本方式及系統(tǒng)組成

電力行業(yè)氣力除灰是一種以空氣為載體，借助于壓力設(shè)備（正壓或負(fù)壓）在管道中運(yùn)輸粉煤灰的方法。整個(gè)氣力輸送具有的系統(tǒng)非常簡單，運(yùn)行時(shí)只需壓縮氣源、投料裝置、運(yùn)輸管道、具有分離氣體與物料作用的受料器，可實(shí)現(xiàn)通過系統(tǒng)來自動(dòng)控制，并且可持續(xù)對(duì)物料輸量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)施監(jiān)控工廠輸入與輸出量。主要部件有料位計(jì)與氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)鎖氣器、物料發(fā)送設(shè)備、干灰集中設(shè)備、收塵設(shè)備、氣源設(shè)備、空氣干燥裝置、除灰管道、庫底設(shè)備等。

1.2 氣力輸送系統(tǒng)的控制要求

該設(shè)計(jì)中除灰系統(tǒng)為一臺(tái)爐的除灰輸送系統(tǒng)，在鍋爐正常運(yùn)行過程中，飛灰沉積在灰斗，灰斗下擬安裝3臺(tái)倉泵，再通過一條輸灰管道輸送到灰?guī)臁?/p>

倉泵初始狀態(tài)各閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。在進(jìn)料過程當(dāng)中，平衡閥先打開，以便空氣能從倉泵內(nèi)排出，與此同時(shí)，管路上的出料閥通過關(guān)閉來阻止空氣吸入灰斗中。進(jìn)料閥后于平衡閥打開，物料受到重力的自然作用，掉落到倉泵中。當(dāng)倉泵中顯示泵內(nèi)物料已滿（料位計(jì)被覆蓋）或者到達(dá)設(shè)計(jì)者設(shè)定的時(shí)間時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料閥與平衡閥，在此過程需要經(jīng)過短暫的時(shí)間延遲，即閥門關(guān)閉動(dòng)作的時(shí)間。在進(jìn)料閥、平衡閥都關(guān)閉之后，此時(shí)進(jìn)氣閥會(huì)打開，給倉泵進(jìn)氣并且加壓，當(dāng)加壓到設(shè)定時(shí)間或值后，打開出料閥，壓縮氣體通過管道把灰運(yùn)送進(jìn)灰?guī)熘?。物料到灰?guī)熘?，倉泵的輸送環(huán)節(jié)結(jié)束，管道中的壓力就降到特定的下限值，進(jìn)氣閥關(guān)閉，經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)，泵內(nèi)剩余壓力排出，將出料閥關(guān)閉，做好準(zhǔn)備等待進(jìn)入下次循環(huán)過程。

2 ?可編程程序控制器（PLC）的優(yōu)勢(shì)

我們先來看看傳統(tǒng)的一些計(jì)算機(jī)，它們?cè)诠I(yè)應(yīng)用上都有一定局限和劣勢(shì)，如：個(gè)人計(jì)算機(jī)抗干擾能力較弱，不能更好地適用于工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場;而單片機(jī)是集成電路，難以直接和其外部的I/O信號(hào)有效連接，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制，對(duì)設(shè)計(jì)者的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)要求較高;工業(yè)控制計(jì)算機(jī)價(jià)格較高，用于開關(guān)量控制以取代繼電器系統(tǒng)有些大材小用，外部接線也不如PLC接線端子方便可靠。以上各種計(jì)算機(jī)用于控制的程序一般都是用匯編語言編寫的，不像可編程序控制器的梯形圖那樣易于被工廠的電氣人員掌握。

早期的可編程序控制器在功能上只能進(jìn)行邏輯控制，因而稱為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC?？删幊坛绦蚩刂破魇且晕⑻幚砥髯鳛楹诵模瑢⒆詣?dòng)化、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)互相融合，形成的新型自動(dòng)化的控制裝置。可編程程序控制器在結(jié)構(gòu)方面使用插件組合以及整體密封類型，能使用各種嚴(yán)密措施將印刷板、插座與電源以及機(jī)架等進(jìn)行安裝。其編程方法簡單易學(xué)，硬件配套齊全，通用性強(qiáng)，適用性強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝過程、調(diào)試方式等工作量較小，同時(shí)便于維修，并且具有低耗能和體積小等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有不可比擬的競爭力，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有工業(yè)部門，其使用范圍還在不斷擴(kuò)大。

3 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程

3.1 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1.1 PLC的選型

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：（1）選用的PLC必須確保被控對(duì)象的控制要求;（2）使用PLC不但要從當(dāng)前情況考慮，而且應(yīng)立足長遠(yuǎn)的發(fā)展需求，同時(shí)滿足這兩個(gè)前提下，積極提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比。

面對(duì)各種品牌不同系列和功能的PLC產(chǎn)品，選型要綜合權(quán)衡利弊，合理選擇，確保機(jī)型功能達(dá)到系統(tǒng)要求，切勿貪大求全，防止增加成本投資浪費(fèi)資源。一般在選擇機(jī)型時(shí)應(yīng)要考慮到輸入/輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)容量、I/O響應(yīng)時(shí)間，以及輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型，和對(duì)在線、離線編程的選擇。

根據(jù)該設(shè)計(jì)的控制要求以及實(shí)際情況，選擇的可編程序控制器屬于小型機(jī)。小型的可編程控制器造價(jià)低，并且性能好，同時(shí)程序容量較大、易于編程、具有速度快等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)氣力輸送系統(tǒng)對(duì)控制方面的要求，PLC需要在環(huán)境較為惡劣的情況下連續(xù)運(yùn)行，具有可靠性?？紤]到該設(shè)計(jì)的控制要求和實(shí)際情況，筆者選用的是日本三菱公司的FX1型號(hào)的可編程序控制器產(chǎn)品。

FX系列PLC為單元型，內(nèi)含CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。輸入出點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)以內(nèi)可使用FX1N系列。目前FX1N系列PLC主要有FX1N-24MR、FX1N-40MR和FX1N-60MR三種CPU。檔次最低的是FX1N-24MR，其數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)有14點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)有10點(diǎn)，是控制規(guī)模最小的PLC。而FX1N-24MR數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)有24點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)有60點(diǎn);檔次最高的應(yīng)屬FX1N-60MR，F(xiàn)X1N-60MR集成了36點(diǎn)輸入/24點(diǎn)輸出，共有54點(diǎn)數(shù)字量I/O。根據(jù)本次控制要求，系統(tǒng)涉及的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)為，22/20點(diǎn)，故在此選用FX1N-60MR。

3.1.2 其他硬件設(shè)備的選擇

（1）蜂鳴器的選擇。

SFM系列壓電式蜂鳴器為有源式蜂鳴器，經(jīng)相應(yīng)的振蕩電路驅(qū)動(dòng)可發(fā)出各種聲響，具有重量輕、壽命長、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。

（2）繼電器的選擇。

根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，在此選擇JZ7系列中間繼電器，它用于交流50Hz或60Hz、電壓500V以下及直流200V以下的控制電路中，參考它的技術(shù)參數(shù)，各項(xiàng)均符合設(shè)計(jì)要求，故選擇了JZ7-44型號(hào)的中間繼電器（其技術(shù)參數(shù)如下所示）。

線圈參數(shù)：額定電壓（V） 交流12、24、36、48、110、127、220、380、420等。

消耗功率：12VA。

觸點(diǎn)參數(shù)：觸點(diǎn)數(shù)4開4閉。

最大斷開容量感性負(fù)載：cosφ=0.4L/R=5ms交流380V5A。

阻性負(fù)載交流380V5A。

操作頻率：1200次/h。

（3）壓力開關(guān)的選擇。

壓力開關(guān)選擇的是YZX-150型號(hào)的電接點(diǎn)式壓力真空表，精度等級(jí)為1.5，最大工作電壓直流220V，交流380V，接點(diǎn)功率為10VA，天津儀表廠制造。

（4）接觸器的選擇。

接觸器選擇的是CJ10系列交流接觸器，適用于啟動(dòng)及控制交流電動(dòng)機(jī)。

3.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

平常我們有很多方法來編制PLC的控制程序，下面給大家介紹幾種典型的編程方法。

（1）圖解法編程：顧名思義是依靠繪制圖形來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順控法。

（2）經(jīng)驗(yàn)法編程：運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，需要選擇工藝要求相近的程序，再結(jié)合自己的工程情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行相應(yīng)修改，使它適合自己的工作要求。

（3）計(jì)算機(jī)編程：使用PLC編程軟件通過計(jì)算機(jī)技術(shù)展開設(shè)計(jì)，如離線形式、在線形式編程，或者進(jìn)行在線調(diào)試、離線仿真等。例如：三菱軟件是基于Windows平臺(tái)的應(yīng)用軟件。此軟件在使用過程中，能以便捷的方式可實(shí)現(xiàn)存取或加密，最終形成EXE格式的運(yùn)行文件。

圖1是氣力輸送控制流程圖。

4 ?結(jié)語

用PLC作為該系統(tǒng)的核心控制器，使輸送效率大大提高，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，在可監(jiān)控系統(tǒng)中，還可以通過PLC通信接口，向控制系統(tǒng)傳遞信息，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化，使維護(hù)和檢修方便，在實(shí)際運(yùn)行中受到用戶的歡迎。

參考文獻(xiàn)

[1] 原永濤.火力發(fā)電廠氣力除灰技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] 崔功龍.燃煤發(fā)電廠粉煤灰氣力輸送系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3] 謝克明，夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.