【正文】 器 KM 的常開節(jié)點返回給 PLC的 DI 模塊一個開關(guān)量信號，這樣上位機就能看到設備啟動了。 現(xiàn)場的模擬量 (如溫度、流量等 )信號通過相應的轉(zhuǎn)換，經(jīng)信號變送 器接入 PLC 的模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊用來控制變頻器的頻率輸出信號，以控制電機的轉(zhuǎn)速。 上位機的任務是：對現(xiàn)場設備的操作、管理和監(jiān)控，其中包括對每臺設備的啟動和停止操作；重要參數(shù)在工藝流程圖中的位置顯示；對工藝參數(shù)的調(diào)整；各種故障信號的顯示和打印；故障和重要參數(shù)的歷史記錄；報表打印。下位機的任務是：接受上位機發(fā)出的各種指令，控制現(xiàn)場設備；對設備的各種狀態(tài)進行循環(huán)掃描及處理，然后傳給上位機；采集工藝參數(shù)供上位機使用。 關(guān)鍵技術(shù)路線 建立集散式計算機控制系統(tǒng) 水泥磨生產(chǎn)線采用以西門子 PLC、工業(yè)控制計算機等為主 ,構(gòu)成具有高可靠性、當今較先進的集散式計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制。整條生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)具有較高安全性和可靠性，同時具有先進性、完整性、高效性、易操作、可擴充南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 性等主要特征。生產(chǎn)線的主要流程操作如：逆流程起車、順流程停車、緊急情況下的急停、設備就地控制、設備集中邏輯閉鎖控制、單臺設備起停控制、水泥磨配料閉環(huán)控制參數(shù)監(jiān)測與調(diào)整等，由一名操作員在集中控制室上位機的屏幕（觸摸屏）上即可完成。 生產(chǎn)流程啟動、停止及預警 啟動時先按起車鍵，再按執(zhí)行鍵，流程方可啟動。流程中設 備的啟動順序按逆物流方向進行，即：處于下游的設備最先啟動，之后依次向上順序啟動。設備間啟動間隔應略大于設備單機啟動時間，避免因兩臺大功率設備同時啟動，對電網(wǎng)產(chǎn)生過大沖擊。在啟動過程中設備產(chǎn)生故障時，故障設備上游已啟動的設備停止運行，故障設備下游的設備在系統(tǒng)未發(fā)出停止命令的情況下繼續(xù)運行，待設備故障排除后可繼續(xù)啟動流程。若故障無法在短時間內(nèi)排除，則由操作員發(fā)出流程停止命令，對已啟動的設備全部停止，流程需要重新設定后才能啟動。流程結(jié)束發(fā)出停止命令后，設備按順物流方向停機。即：上游設備最先停機，依次向下停止各設備 ，設備間停止間隔時間必須按工藝要求及設備運行特性調(diào)整，既可保證設備中的物料走空，又能及時停機，減少能源消耗。若在流程運行過程中，某設備產(chǎn)生故障停機，按設備聯(lián)鎖關(guān)系，故障設備下游的輸送設備，按設定延時依次停止，上游設備應根據(jù)邏輯閉鎖關(guān)系立即停機。 流程在運行過程中，當系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時，操作員按下南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 上位機顯示屏上的急停按鈕后，正在運行的所有設備立即停止，故障情況立即顯示在上位機上。自動控制系統(tǒng)采用集中聯(lián)鎖控制與現(xiàn)場就地手動控制相結(jié)合的控制方式。集中聯(lián)鎖邏輯控制為主要控制方式，現(xiàn)場就地手動控制為輔助控制方式。 流 程啟動過程前，現(xiàn)場設有聲音、燈光預警，預警時間可調(diào)。報警裝置設置在車間內(nèi)。預警后方可執(zhí)行起車、停車等工藝流程操作。 水泥磨負荷智能控制與狀態(tài)監(jiān)測 水泥廠水泥磨負荷控制采用檢測磨尾提升機的功率、磨機磨音，以及粗粉回料量這三個重要參數(shù)，應用模糊控制算法實現(xiàn)多變量模糊控制。以提升機的功率為主要控制信號，電耳檢測的磨音信號為輔助控制信號，并結(jié)合粗粉回料量，通過模糊控制器控制磨機總給料量，使提升機功率保持設定值；依靠電耳檢測的磨音信號，由多變量模糊控制系統(tǒng)修正提升機功率設定值，去控制各給料控制裝置，并維持 石膏 (5%)、混合材 (10%)、 熟料 (85%)配比不變，使磨機在最佳負荷狀態(tài)下工作。計算機系統(tǒng)在線監(jiān)測磨頭、磨尾軸瓦溫度（設上下限報警）。 整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程控制如：逆流程起車、順流程停車、緊急情況下設備急停、設備就地控制、設備集中邏輯閉鎖控制、單臺設備起停控制、水泥磨配料閉環(huán)控制參數(shù)監(jiān)測與調(diào)整等操作與控制，均由集中控制室內(nèi)的上位機完成?？紤]到生產(chǎn)管理的要求，上位機控制系統(tǒng)可通過以太網(wǎng) (TCP/IP 協(xié)議 )向上傳送南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 7 生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括設備運行情況、故障情況、水泥儲存庫情況、產(chǎn)品產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。 改造實施方 案 總體實施方案 對水泥磨的自動控制主要進行以下五個方面： 1) 入磨物料倉位控制：計算機根據(jù)雷達料位計檢測倉位的高低，并通過設定的料位上下限指示發(fā)出警告。原控制熟料、石膏、混合材入倉用的機械閘門改為電動／手動閘門，根據(jù)不同的進倉物料，實現(xiàn)閘門的關(guān)閉／打開自動控制。 2) 配料稱重系統(tǒng)：將現(xiàn)有斗式配料稱重系統(tǒng)更換為高性能、靜音式變頻調(diào)速皮帶秤，以實現(xiàn)給料的精確計量，為磨機負荷最優(yōu)控制提供可信度較高的數(shù)據(jù)，又可實現(xiàn)工人勞動環(huán)境的改善。 3) 磨機負荷控制：由磨音檢測器（電耳）、提升機功率檢測裝置、回粉計量裝置（沖板 流量計）送出 420mA 電流信號，接入 PLC， PLC 根據(jù)這些信號通過模糊控制算法控制入磨總量，使磨機處于最佳負荷狀態(tài)，達到節(jié)電、提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。同時對磨頭、磨尾軸溫等進行檢測，以確保磨機的安全運行。 4) 水泥磨流程操作：實現(xiàn)水泥磨的整個流程操作，如機電設備的啟停、設備就地控制、設備邏輯閉鎖控制、單臺設備啟停控制、緊急情況下的急停、水泥磨配料閉環(huán)南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 控制參數(shù)監(jiān)測與調(diào)整等 ,整個過程控制可由 12 個操作人員通過上位計算機發(fā)出操作指令，也可在觸摸屏上觸摸相應軟鍵實現(xiàn)。 系統(tǒng)改造設計 水泥磨采用計算機自動化 控制系統(tǒng)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)機電設備順序啟停、儲庫料位信息采集顯示、磨機負荷自動控制與狀態(tài)監(jiān)測、水泥磨配料閉環(huán)控制參數(shù)監(jiān)測與調(diào)整等操作與控制，同時包括監(jiān)測設備運行情況、故障情況以及產(chǎn)品產(chǎn)量等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計輸出功能。 自動化控制系統(tǒng)組成 該系統(tǒng)硬件由上位機、控制柜、配電柜、檢測傳感器、現(xiàn)場操作開關(guān)等構(gòu)成分布式計算機控制系統(tǒng) (稱為 DCS 系統(tǒng) )。上位機及 PLC 均有 1 小時在線 UPS，以保證計算機設備在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時能正常運行。 1） PLC 選用德國西門子公司（ SIEMENS）的 S7200 系列 ，其具有較高的性能價格比，可擴充性好。選用的模塊有： SM321 DI 32*DC24V， SM322 DI 16*DC24V， SM332 AO 4*12BIT， SM331 AI 8*12BIT ， SM314 CPU。 上位機選用臺灣研華公司生產(chǎn)的工業(yè)控制計算機（具有多媒體語音功能），其配置為： 南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 CPU:PⅢ 650MHZ/15G/:128M 顯示器 View Sonic19 HPLaser6L 激光打印機。 2）配電柜分為高壓柜一個和低壓柜兩個。高壓柜內(nèi)有三個變壓器，一只是 35KV 變 6KV 的，用來給磨機供電并手動控制磨機的起停；另外兩只是 6KV 變 380V 的，用來給兩個低壓柜供電。低壓柜用來給所有的參與控制的設備供電。 現(xiàn)場控制柜室內(nèi)放置了 4 個機柜，兩個低壓柜和 PLC 柜、變頻柜。 PLC 柜內(nèi)從上到下放置有三只皮帶秤的二次儀表、S7300PLC、開關(guān)電源、 6 個轉(zhuǎn)換開關(guān)、端子排、 UPS 及電池；變頻柜內(nèi)放置有三只變頻器、電耳及沖板流量計的二次儀表、皮帶秤電機的空氣開關(guān)和接觸器、端子排、溫度傳感器的變送器。由于現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，因此，上位機與現(xiàn)場控制柜室的距離有 80 米左右 ，以保證計算機的壽命。 3）傳感器和信號配電器 本系統(tǒng)所使用的傳感器不多，有溫度傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、音量傳感器。所有傳感器最后輸入到 PLC 的信號都必須是 420mA。 下位機軟件用 SIEMENS 開發(fā)的與 S7200 配套的 STEP7。STEP7 軟件與硬件同樣出色， 它 與硬件一樣簡潔、方便、易用。這種編程軟件基于用標準工具 STEP 7 軟件實現(xiàn) SIMATIC 工業(yè)軟件功能，并能應用所有新的 S7 硬件的優(yōu)勢。 [1] 系統(tǒng)主要功能 南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 機電設備啟停、儲庫料位信息采集顯示 機電 設備啟停均通過計算機，由 PLC 控制實現(xiàn)；儲庫料位使用雷達料位計，輸出 420mA 電流信號 ,并通過 PLC 接入計算機動態(tài)顯示其料位信息。入磨物料倉（石膏、熟料、混合材）采用 115m 雷達料位計。 水泥配料秤的荷重傳感器，經(jīng)過變送器送出 420mA 電流信號，接入 PLC， PLC 根據(jù)計算機送來的設定流量來控制變頻器，調(diào)節(jié)配料秤的速度，使配料秤物料流量符合設定要求，且具有去皮及重量參數(shù)校正等各種功能?？刂茀?shù)可由計算機設定，也可由系統(tǒng)自動校正。 石膏倉、熟料倉、混合材倉倉位由雷達 料位計檢測，并傳入上位機，上位機根據(jù)其倉位設定值發(fā)出信號，由操作工根據(jù)需要控制相對應的閘門的打開或關(guān)閉自動控制。 磨機負荷由磨音檢測器（電耳）和提升機功率檢測裝置送出的 420mA 電流信號接入 PLC ，并上傳計算機，通過模糊控制方法來修正提升機功率設定值，并根據(jù)沖板流量計測得的粗粉回量來控制給料設備，調(diào)節(jié)總的給料量，并維持石膏（ 5%）、混合材（ 10% ）、熟料（ 85%）的配比不變，保證磨機在最佳負荷狀態(tài)下工作。 南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 磨機主要檢測參數(shù)及控制回路 水泥磨機磨頭、磨尾的軸溫度檢測、 報警回路。由鉑熱電阻檢測到的軸瓦溫度信號（電阻阻值的變化）送入變送器，轉(zhuǎn)變?yōu)?420mA 標準信號送入 PLC，并由計算機動態(tài)顯示和高低位報警。 料位檢測、指示、報警回路。 6 個水泥庫、石膏倉、混合材料倉、熟料倉位分別由雷達料位計信號，在上位機顯示屏上動態(tài)顯示其倉位和高低位報警。 由磨音、提升機功率、粗粉入磨量控制磨機負荷。智能電耳傳感器檢測的磨音信號、提升機智能功率變送器檢測的電機功率信號以及沖板沖量計檢測粗粉的回流量，送入 PLC ，并上傳到計算機，由計算機調(diào)節(jié)總喂料量，使提升機功率保持設定值；電耳信號作為監(jiān)控 輔助信號，修正提升機功率的設定值，并控制各喂料控制裝置，用以保證總喂料量在一定范圍內(nèi)變化時，使喂料比率不變。 混合材、石膏、熟料喂料量累計回路。變頻式調(diào)速皮帶秤送出的喂料量，由傳感器變送信號（ 420mA）送入計算機，動態(tài)顯示各喂料累計量。 南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 第二章 PLC 介紹 可編程序控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)出來的并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。目前已被廣泛地應用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程 的自動控制中。 PLC 的功能和應用 PLC 功能介紹 PLC 可用于單臺機電設備的控制，也可用于生產(chǎn)流水線的控制。使用者可以根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求設計控制程序，然后將程序通過編程器送入 PLC。程序投入運行后， PLC 就在現(xiàn)場輸入信號（按鈕、行程開關(guān)、光電開關(guān)或其它傳感器）的作用下，按照預先送入的程序控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)（電機、電磁閥等）按一定規(guī)律動作。 近年來， PLC 把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體。它能完成以下功能 ： 1. 條件控制（邏輯控制） PLC 設置了與（ AND）、或（ OR）、非 （ NOT）等邏輯指令，能處理繼電器接點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此，它可以代替繼電器進行開關(guān)控制。 2. 定時控制 PLC 為用戶提供了若干個計時器（定時器），并設置了計時南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 14 指令。計時器的計時值可以由用戶在編程時設定，也可以用撥盤開關(guān)來設定。計時器的計時值可以在運行中被讀出，也可以在運行中被修改，使用靈活，操作方便。程序投入運行后， PLC將根據(jù)用戶設定的計時值對某個操作進行限時控制和延時控制，以滿足生產(chǎn)工藝要求。 3. 計數(shù)控制 PLC 為用戶提供了若干個計數(shù)器，并設置了計數(shù)指令。計數(shù)器的計數(shù)值可以由用戶在編 程時設定，也可以用撥盤開關(guān)來設定。計數(shù)器的計數(shù)值可以在運行中被讀出，也可以在運行中被修改，使用靈活，操作方便。程序投入運行后， PLC 將根據(jù)用戶設定的計數(shù)值對某個輸入信號計數(shù)，并對某個操作進行計數(shù)控制，以滿足生產(chǎn)工藝要求。 4. 步進控制 PLC 為用戶提供了若干個移位寄存器，可以用于步進控制，即在一道工序完成以后，再進行下一步工序。有些型號的 PLC，還專門設置了用于步進控制的步進指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用極為方便，因此更容易實現(xiàn)步進控制的要求。 5. A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 有些 PLC 還具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換功能， 完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。 6. 數(shù)據(jù)處理 有些 PLC 還具有數(shù)據(jù)處理功能，它具有并行運算指令，能南京工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 15