基于回轉窯項目的PLC控制系統

文/紀玲 孫東豐

1 系統概述

本項目是實現回轉窯自動控制?；剞D窯主要功能為實現料的加熱和冷卻，為了保證加熱效果回轉窯需要按設定轉速轉動。在機械結構設計時采用傾斜設計，窯頭低，窯尾高。上料從窯尾進行。這樣在窯體緩慢旋轉的過程中，料從窯尾慢慢過渡到窯頭，逐步冷卻后出料。

在控制室中，窯體裝置和液壓輔助設備的監控和運行實現自動控制，電氣設備的起、停是通過人機界面來實現的。壓力溫度儀表參數的監測和被檢測參數的閉環控制、調節以及生產過程報警和系統報警以及數據歸檔功能均實現監測和控制。整個回轉窯實現生產的自動化控制，大幅度減低工人的勞動強度，同時提高了生產率，更合理的節省了現有資源。

2 控制系統設計

為了提高自動化水平，同時提升系統的安全可靠和生產運行的連續性，結合回轉窯工藝要求的特點，本系統I/O數字量設計較多，用來監控設備的硬件條件的工作及使用情況。通過對溫度、壓力、位置等相關信息保證生產順利進行。本設計采用以西門子PLC離散式模塊系統，應用西門子S7-400系列模塊為中央處理器。計算機控制系統選用工業上位機通過TCPIP總線連接，實現實時數據交互。該系統分為：主控控制室、現場PLC單元控制站和遠程I/O模塊從站組成。該回轉窯控制系統一套S7-413用于窯體控制。主控上位機都放置在主控控制室內，PLC系統通過工業以太網同上位機監控系統通訊來實現集中管理分散控制。

主控控制室：用來監控和設定整個系統的狀態和工藝參數。主要硬件設備包含主監控工控機、網關服務器、打印機等?？蓪崿F對歷史數據、日志及系統運行的報警信息存儲，還可以進行打印報表。主控室主要職能為對整個PLC系統電氣、工藝參數設定以及設備運行狀態做相關的管理和監控。另設一臺網關服務器，用于整個工控網絡和公司內部網絡之間的數據交換?，F場PLC單元控制站：主要由西門子公司的PLC模塊CPU413和以太網模塊CP443-1及其他西門子400系列的I/O模塊組成，通過工業以太網實時、快速的與中央控制室通訊。遠程I/O模塊站：通過主控CPU模塊的DP接口數據交互連接從站的接口模塊IM153和IM153從屬的I/O模塊。

上位機監控系統上位機選用研祥工業控制計算機，網絡拓撲由TCPIP通訊實施。各個工控機之間通過TCPIP同西門子S7-400PLC的通訊模塊CP443-1進行通訊。上位監控應用西門子的人機界面經設計繪制便于操作的畫面。畫面簡單便捷，各個畫面切換方便。參數設定及運行操作方便快捷。

3 控制系統功能介紹

回轉流程窯調節控制設計。

工藝流程為胚料經加料機向窯尾加料，胚料隨窯體主電機轉動緩慢的向窯頭移動，在從窯尾向窯頭移動的過程中，開始先經過預熱帶預熱，之后在800～1200℃的高溫帶煅燒胚料，煅燒好的胚料從窯頭的下料管轉入下部的冷卻機構內。在回轉窯的工作過程中，溫度是很重要的工藝參數。保證溫度是由混合煤氣量、空氣量的合理配比來保證，在工作過程中要根據檢測的溫度對煤氣量、空氣量的添加進行自動控制，根據胚料量和溫度值等參數進行PID調整。另一個影響溫度的參數是壓力。要保證溫度控制必須控制壓力。實現對窯尾溫度和負壓自動控制。在回轉窯正常的生產中，系統需要窯內始終保持負壓，并且窯頭的負壓要求保持大于2mmH2O柱?；剞D窯內負壓值對窯內溫度控制的影響較大。如負壓過小，又會造成回轉窯內外壓差變小，引起窯頭窯尾冒煙，污染周圍空氣，也會另窯內廢氣流動緩慢，更會造成窯內混濁不清，導制窯內溫度難以控制。負壓過大，窯內真空度高，抽力增大，窯內的細顆粒粉將被抽出，會導致燃燒效率下降。通過設定窯尾的負壓，改變窯體內的顆粒與相關氣體占比。這樣窯尾熱源溫度基本穩定。為了進一步保證窯尾加工胚料的溫度穩定，需要保證胚料給料節拍。通過穩定、連續的胚料給定。通過控制給料量穩定、連續，才能保證各胚料間的溫度控制，能保證焙燒質量穩定。胚料在窯內移動速度是回轉窯的焙燒質量、產能的重要參數。假如回轉窯體移動速度太慢，就會使焙燒耗能增大，降低產能。當胚料在窯內移動速度太快，胚料就會在窯內停留時間短，不能得到充分加熱，胚料焙燒質量差產生次品。從結構上講，窯體的內徑尺寸、窯體設計的傾斜度、窯中心圓心角等因素均會影響胚料移動速度。從控制上講，窯體的轉動速度會影響胚料移動速度。

該系統通過趨勢曲線記錄報警和氣體流量等重要信息，同時會實施用數字量IO實施對報警點的監控。記錄系統的操作日志：操作員或維護工程師何時進行了沈陽樣的操作，用了哪個工藝參數。這樣對工藝完成的產品質量有個良好的記錄和分析。為實現更好的工藝提供分析數據。

回轉窯屬于重負載的生產設備，主電機不能直接啟動帶動回轉窯窯體，那樣會由于大慣量導制機械結構和電機損傷。先啟動慢傳電機盤動窯體，之后才能啟動主電機。為防止主電機軸承的長時間運行效果同時需要液壓站對主電機主軸進行潤滑。

4 結束語

在本系統中西門子PLC控制系統充分發揮了功能強大的優點，其離散式IO方便信號連接和維護。高可靠性提升了整個系統的穩定性。