S7-200型PLC在煤粉氣力輸送中的應(yīng)用

劉鴻兵，邱文美，牛永勝

(中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善 750336)

1 前言

傳統(tǒng)碳材干燥系統(tǒng)熱風(fēng)爐煤粉輸送系統(tǒng)，通過人工上料至地坑，由提升機將煤粉送儲料倉，至再由圓盤給料機定量給熱風(fēng)爐。輸送過程中需要人工操作，現(xiàn)場粉塵大、噪音大、設(shè)備多、環(huán)境惡劣。2019年，中鹽吉蘭泰電石廠通過實施煤粉氣力輸送技改項目，通過低壓方式實現(xiàn)了煤粉在密封管道內(nèi)傳輸。筆者通過使用西門子S7-200PLC實現(xiàn)閥門、變頻器及電機的設(shè)備控制。

2 控制功能

控制設(shè)備。該技改項目自控系統(tǒng)采用西門子PLC控制系統(tǒng)，上位機采用MCGS軟件組態(tài)?，F(xiàn)場設(shè)備主要有煤粉倉高低限料位開關(guān)、RTD熱電阻、氣動蝶閥、插板閥、變頻器、電機、卸料器、稱重儀等。

控制原理。PLC通過Modbus協(xié)議(是主從通訊協(xié)議，采用半雙工輪詢方式通訊)控制ABB變頻器，調(diào)節(jié)羅茨風(fēng)機的送風(fēng)量，進行管道吹掃和物料輸送；同時控制三臺調(diào)速卸料電機，卸料器具備防止壓縮空氣反吹進入料倉功能。通過開關(guān)閥控制煤粉按照規(guī)定管道輸送物料至收塵倉，進行除塵后，分配至三個給料倉，然后作為燃料供給加熱爐。除塵器采用西門子PLC 224控制器，控制提升閥、噴吹閥，布袋除塵器進行收塵。

為防止堵塞管路，系統(tǒng)只能有一條線路投入運行，線路切換時必須停止卸料電機，羅茨風(fēng)機反吹清理管路。系統(tǒng)流程圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart of the system

3 控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)硬件應(yīng)用

系統(tǒng)硬件配置采用西門子PLC-CPU226CN(216-2AD23-0XB8)為主控制器[1]，現(xiàn)場配置MCGS操作屏，并通過操作屏將數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)街锌仉娔X。

利用西門子Modbus-RTU通訊協(xié)議與4臺ABB變頻器進行通訊[2]，控制羅茨風(fēng)機送風(fēng)，卸料電機給料。

3.2 系統(tǒng)軟件應(yīng)用

3.2.1 變頻器設(shè)置

ABB-ACS510變頻器的應(yīng)用宏程序設(shè)置為標準宏，傳動控制功能為傳動簡裝版，激活串行通訊設(shè)置，設(shè)置通訊參數(shù)和通訊控制。ABB變頻器地址如表1。

表1 寄存器映射地址Tab.1 Register mapping address

3.2.2 西門子S7-200 PLC程序

技改中，S7-200PLC為主站，變頻器為從站，通訊方式為Modbus-RTU[3]調(diào)用Modbus庫指令，分配庫存儲區(qū)。該區(qū)間在程序中不可與其他的數(shù)據(jù)區(qū)相沖突。

調(diào)用初始化程序MBUS_CTRL，每次掃描都執(zhí)行該指令。監(jiān)控所有待處理信息進程、配置傳輸速率、奇偶校驗、超時時間。指令完成時Done位為1，如有信號丟失則Done位為0，終止程序，同時輸出錯誤代碼。

調(diào)用讀寫程序MBUS_MSG，配置從站地址、讀寫方式、Modbus地址、讀取個數(shù)、讀寫存放的指針地址。指令通過上升沿檢測激發(fā)，一次只能有一個MBUS_MSG指令在活動狀態(tài)，該指令完成后，Done 位M0.0為1，執(zhí)行下一條MBUS_MSG指令。如果出現(xiàn)通訊錯誤，則Done位為0，輸出錯誤代碼。在實際使用中，當通訊偶然中斷后，Error地址不為0，則重新初始化所有條件。

ABB變頻器初始化指令為將16#0476發(fā)送到協(xié)議地址40001，啟動運行指令為16#047F，停止運行指令為16#0477。調(diào)速數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)議地址40002。

4 MCGS系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 MCGS (Monitor and Control Generated System)系統(tǒng)

MCGS系統(tǒng)監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)基于Windows平臺，可以快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)，可以完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)。

4.2 自控系統(tǒng)軟件組態(tài)應(yīng)用

技改自控系統(tǒng)軟件組態(tài)如圖2。

圖2 自控系統(tǒng)組態(tài)圖Fig.2 Configuration diagram of automatic control system

(1)現(xiàn)場流程狀態(tài)畫面設(shè)置。畫面提供完整的現(xiàn)場工藝模擬圖形，形象、直觀地查看現(xiàn)場設(shè)備運行狀況。遠程操作各個執(zhí)行機構(gòu)，設(shè)備運行狀態(tài)改變時，設(shè)備顏色動態(tài)變更。

(2)設(shè)備工藝參數(shù)畫面設(shè)置。畫面顯示現(xiàn)場工藝流程的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、電流等狀態(tài)參數(shù)，當數(shù)據(jù)超過正常范圍時，相應(yīng)的數(shù)值或設(shè)備圖顏色變化，語音報警提示，提高系統(tǒng)安全保護和運行效率。

(3)各種參數(shù)報警和確認圖。畫面顯示參數(shù)報警時間，報警設(shè)定值，控制人員可確認和故障查詢。

(4)各種參數(shù)的實時和歷史數(shù)據(jù)曲線圖。畫面顯示設(shè)備運行參數(shù)狀態(tài)，積累數(shù)據(jù)，為維修提供依據(jù)，提高預(yù)測預(yù)報分析能力，進行劣化管理。

(5)運行管理報表。統(tǒng)計和打印各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報表、統(tǒng)計報表。

5 結(jié)束語

通過技改項目的應(yīng)用，印證了西門子PLC系統(tǒng)功能強大、組態(tài)便捷、在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛；Modbus協(xié)議具有標準性、簡單高效，開放友好的特點、應(yīng)用廣泛的現(xiàn)場總線協(xié)議；MCGS組態(tài)軟件組態(tài)方便、人機界面友好、直觀、組態(tài)靈活。通過技改項目的實施，使得監(jiān)控自動化程度大大提高，電石廠碳材干燥熱風(fēng)爐煤粉輸送實現(xiàn)高性能的過程控制，具有良好的性價比。