【正文】 生產(chǎn)） 除此之外，系統(tǒng)中各個設(shè)備 的啟停 順序 也是根據(jù)實(shí)際工藝進(jìn)行控制并監(jiān)控 ，由于設(shè)備 運(yùn)行與否會影響 整 個制粉 系統(tǒng)的 正常生產(chǎn)，因此設(shè)備的啟停 是否滿足實(shí)際生產(chǎn)要求 是很關(guān)鍵的 ， 譬如系 統(tǒng)中給料部分必須是在 球磨部分運(yùn)行 后 才允許啟動的， 當(dāng)然， 對設(shè)備 的運(yùn)行或故障狀態(tài) 也 要進(jìn)行監(jiān)控 ，這樣以便于現(xiàn)場檢修或者故障處理 。同時，根據(jù)點(diǎn)的個數(shù)，可以進(jìn)行 S7300 的硬件選型。 STEP 7 的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開或選中某一對象，按 F1 鍵可以得到該對象的在線幫助。 （ 1） 建立新項目的名字和存儲路徑 點(diǎn)擊 SIMATIC MANAGER 窗口中 圖標(biāo)或者點(diǎn)擊工具欄上的 文件 — 新建 ，彈出如圖 44 的對話窗口。 （ 2） 建立項目工作站 點(diǎn)擊 插入 站點(diǎn) 2 SIMATIC 300 站點(diǎn) ，建立一個 S7300 的工作站。 CPU 3152DP 具有中、大規(guī)模的程序存儲容量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果需要可以使用 SIMATIC 功能工具； 對二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有較高的處理性能；具有PROFIBUS DP 主 /從接口。 插槽 1 僅適用于電源 (例如， 6ES7 307...)或?yàn)榭?； 槽 2僅適用于 CPU(例如， 6ES7 314...)； 槽 3 接口模塊 (例如， 6ES7 360.../361...)或?yàn)榭?； 槽 4 11：信號或功能模塊、通訊處理器或?yàn)榭铡? 第 25 頁 （ 4） 在右邊的目錄窗口選擇相應(yīng)的模塊插入到（ 0） UR 與（ 1） UR 的槽位中去。槽位 1，插入電源模塊 PS；槽位 2，插入 CPU，槽位 3，空白；槽位 4 及后面的槽位，插入的模塊對應(yīng)實(shí)際 I/O 模塊的安裝 順序。系統(tǒng)提示編譯成功沒有錯誤后，點(diǎn)擊 圖標(biāo)將硬件的組態(tài)下裝到 CPU。 CPU 屬性對系統(tǒng)特性具有特殊意義。通過這些對話框，還可以訪問要與 CPU 連接的相應(yīng)子網(wǎng)的屬性對話框。 （ 2） 選擇菜單命令 視圖 地址總 覽 。檢測元件將被控量實(shí)際值 PV測量轉(zhuǎn)換為 1V～ 5V電壓信號或 4mA～20mA 電流信號，該模擬信號接至 PLC 的 AI 模塊，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，根據(jù)用戶編寫的 PID 控制程序，將測量值與給定值 SP比較，通過二者的偏差 e(t)進(jìn)行 PID 算法的運(yùn)算得到輸出操作信號 u(t)，經(jīng) PLC 的 AO 模塊進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信 第 28 頁 號（ 1V～ 5V 電壓信號或 4mA～ 20mA 電流信號）用于驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。這種方法所得到 的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改；二是工程整定法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。 控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)方法實(shí)質(zhì)上是一種經(jīng)驗(yàn)湊試法，是工程技術(shù)人員在長期生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的。 程序設(shè)計流程見圖 416。程序見附頁。 圖 414 符號表窗口 第 30 頁 圖 415 建立符號 圖 416 程序流程圖 采集煤磨電機(jī)電流 轉(zhuǎn)換為工程量實(shí)際值 PID控制算法運(yùn)算 調(diào)節(jié)圓盤喂料機(jī) 電機(jī)轉(zhuǎn)速 返回 開始 計算電流偏差 第 31 頁 圖 417 仿真器 選中 SIMATIC 后，點(diǎn)擊窗口中的 圖標(biāo)，將寫好的程序下載到 PLC 中，然后打開 OB1 塊中的主程序。點(diǎn)擊程序窗口中的 圖標(biāo)，可以監(jiān)視程序的運(yùn)行狀態(tài)。 由于 FC105 模塊的 IN 端輸入值為零，所以它 的 OUT 端也為零，沒有輸出值 ，見圖 422。 第 35 頁 5 上位 WinCC 監(jiān)控站 設(shè)計 人機(jī)界面（ HMI）設(shè)計 上位系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容是人機(jī)監(jiān)控畫面的設(shè)計、變量的建立以及 畫面的組態(tài)。 圖 51 WinCC 新建項目窗口 項目新建成功后， 在 WinCC 資源管理器中，右擊項目名稱并在下拉菜單中選擇 “ 屬性 ” ，可以更改項目的屬性，也可以選擇計算機(jī)，更改計算機(jī)的屬性。 在這個監(jiān)控畫面中 ，要添加的對象有 風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)、選粉機(jī)、收塵器、風(fēng)閥、輸送器等 。在組態(tài)時，對象的大小要適中，合理布局，保證畫面的美觀。在組態(tài)畫面中相應(yīng)的。 圖 52 WinCC 標(biāo)準(zhǔn)對象庫 工作過程中需要監(jiān)控的參數(shù)有 系統(tǒng)運(yùn)行時，各設(shè)備的溫度、壓力、電流等 。 在“對象選項板中”中選擇需要的輸入輸出域、靜態(tài)文本等，顯示 煤磨段設(shè)備 在運(yùn)行時的參數(shù)，如溫度、壓力 、電流等 。在該界面中添加全部欲在運(yùn)行狀態(tài)下顯示的內(nèi)容。 項目 在 WinCC資源管理器中，單擊菜單上 “ 文件 ” 按鈕并在下拉菜單中選擇 “ 新建 ” 按鈕（或在工具欄上單擊 “ 新建 ” 按鈕），出現(xiàn) “ WinCC Explorer” 對話框，我們一般采用 “ 單用戶項目 ” ，單擊 “ 確定 ” 按鈕關(guān)閉該對話框 。此時在IN 端有了輸入，在輸出端也會有相應(yīng)的輸出值， 如圖 424 所示。 第 32 頁 如圖 419 OB1 主程序運(yùn)行 在仿真窗口中將地址 置 1，如圖 420 所示。 圖 418 OB1 主程序 此時可以將 CPU 置于運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行仿真。利用 Step7提供的仿真器來仿真。這里主要有三個模塊， OB OB3 OB100。本次設(shè)計就是使用的是經(jīng)驗(yàn)法，根據(jù)工藝和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)獲取 PID 參數(shù)。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 PLC 控制器的設(shè)計 基于 PLC 的閉環(huán)控制系統(tǒng) PID 算法 以 PLC 作為控制器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)， 如圖 413 所示。這意味著每個模塊都有一個起始地址 (第一個通道的地址 )；剩余通道的地址以這個起始地址為基礎(chǔ)。 STEP 7“了 解”可以設(shè)置的內(nèi)容以及設(shè)置范圍。 在窗口中排列了組件后，對于缺省屬性的組件，要打開屬性對話框來改變其屬性。 圖 48 S7300 的 CPU 圖 49 S7300 的安裝 圖 410 硬件 窗口 第 26 頁 圖 411 Configuration 窗口 圖 412 硬件配置 結(jié)果 第 27 頁 （ 5） 編譯硬件組態(tài)，并下裝到 CPU。各模塊的訂貨號可查看硬件實(shí)物的下方標(biāo)識。 （ 2） 雙擊 硬件 圖標(biāo)，打開 Hw configuration，如 圖 411。 CPU運(yùn)行時需要微存儲卡 MMC。 圖 46 新建工作站 第 24 頁 圖 47 工作站建立完成 PLC 型號的選擇 在確定了系統(tǒng)的輸入輸出 變量 后，就可以進(jìn)行硬件選型，即模擬 S7300PLC實(shí)物，來進(jìn)行程序的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的處理。最后，點(diǎn)擊 OK 按鈕關(guān)閉改窗口。 圖 42 STEP 7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包 SIMATIC STEP7 軟件。 STEP 7 是 SIMATIC PLC 組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，如圖 42所示，該軟件包提供一系列的應(yīng)用程序（工具），它們支持自動化項目創(chuàng)建過程的各個階段。如圖所示。 譬如 電流 ，如果 設(shè)備電機(jī)出現(xiàn)過載現(xiàn)象 ， 長期 超出設(shè)計 任務(wù)解決方 案 創(chuàng)建一個項目 硬件組態(tài) 創(chuàng)建程序 下載程序到 PLC 調(diào)試 第 1 步 第 2 步 第 3 步 第 4 步 第 5 步 選取控制量與控制點(diǎn) 明確系統(tǒng)控制要求 繪制程序流程圖 第 15 頁 所規(guī)定的 電流上限值 ， 會使 設(shè)備壽命減短甚至損壞； 如果 電流 過小，則導(dǎo)致 設(shè)備難 以經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行 ，影響生產(chǎn)效率 。 水泥生產(chǎn)煤磨段主要 的 控制對象是球磨機(jī)的負(fù)荷。 當(dāng)現(xiàn)場控制柜的模式選擇開關(guān)選到“手動 ”時，在上位機(jī)監(jiān)控畫面中可以選擇設(shè)備為“手動”運(yùn)行狀態(tài)，然后手動控制設(shè)備的運(yùn)行。 當(dāng)控制系統(tǒng)運(yùn)行模式選 擇開關(guān)選擇到“手動模式”時，操作人員可以使用現(xiàn)場 的啟停按鈕來控制設(shè)備的運(yùn)行。 控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖 33 所示。 煤磨段自動 控制 系統(tǒng)的總體設(shè)計 根據(jù)工藝流程，結(jié)合 控制要求，針 對煤粉制備設(shè)備類型多樣、點(diǎn)數(shù)多且分布極為分散等 特點(diǎn)，提出了 現(xiàn)場 PLC 控制站 + 上位 WinCC 組態(tài)監(jiān)控 架構(gòu)的總體設(shè)計方案。中間有一個電流峰值。 17. 所有設(shè) 備的故障信號在中控有顯示。 14. 轉(zhuǎn)子秤輸送值的實(shí)時顯示、報警，以及單機(jī)下的啟?？刂?。 10. 煤粉收塵器的壓力、溫度實(shí)時顯示、報警， 以及 啟停控制。 6. 煤磨入口、出口、定子 3 處溫度的讀取顯示、報警。 2. 斗式提機(jī)的啟?？刂?。 窯頭喂煤采用煤粉計量稱，本稱集喂煤、計量、調(diào)節(jié)、輸送于一體，操作非常方便，本稱的輸送氣源來自 2臺羅茨風(fēng)機(jī)。出磨煤粉由廢氣帶入動態(tài)選粉機(jī)，分離了的粗粉經(jīng)錐形鎖風(fēng)閥 摻入螺旋輸送機(jī)，通過電動翻板閥回磨進(jìn)行再粉磨。倉下設(shè)有棒閥、圓盤喂料機(jī)，通過調(diào)節(jié)圓盤喂料機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速可控制入磨喂煤量。 第 9 頁 3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計 水泥生產(chǎn)過程中，煤粉的制備 具有現(xiàn)場工藝復(fù)雜、設(shè)備類型多樣、 I/O 點(diǎn)數(shù)多 等特點(diǎn) ， 為保證生產(chǎn)的可靠連續(xù)性，要求煤粉制備過 程能夠安全、 連續(xù)的 提供 煤粉，其制備系統(tǒng)所研磨的煤粉不但要滿足燃燒工藝的要求，還要進(jìn)行防燃、防爆和回收，同時要求系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好以及完善的故障診斷功能，合理的選擇控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)并設(shè)計性價比高的設(shè)計方案具有十分重要的意義。對象的屬性可以進(jìn)行設(shè) 定或編程以實(shí)現(xiàn)對該對象的動畫及事件的觸發(fā)，內(nèi)嵌的 MSC 減少了開發(fā)者的學(xué)習(xí)時間，并增加了靈活性。 WinCC 集生產(chǎn)過程和自動化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互間的集成 [9]。用戶也可將 WinCC 作為系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ) ，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)用系統(tǒng)。 WinCC 運(yùn)行于個人計算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。 西門子公司的 WinCC 是 Windows Control Center(視窗控制中心 )的簡稱。隨著個人計算機(jī) (PC)的普及和開放系統(tǒng)的推廣，基于 PC 的監(jiān)控組態(tài)軟件在工業(yè)控制領(lǐng)域不斷發(fā)展壯大。 PLC 系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：工作可靠，運(yùn)行速度快；積木式結(jié)構(gòu)，組合靈活；良好的兼容性；程序編制及生成簡單、豐富；網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)。 PLC 與傳統(tǒng)的集散型控制系統(tǒng) (DCS)之間的界限已不太明顯，從其設(shè)計思想的初衷 —— 繼電器邏輯控制概念上有了非常大的飛躍，已跨越初衷。其特點(diǎn)是可對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時控制。 S7300 能滿足中等性能要求的應(yīng)用，是 S7 系列 PLC 中應(yīng)用最廣的產(chǎn)品，它已成功地用于范圍廣泛的自動化領(lǐng)域。SIMATIC 人機(jī)界面（ HMI）從 S7300 中取得數(shù)據(jù)， S7300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。它的主要組成部分有導(dǎo)軌（ RACK）、電源模塊（ PS）、中央處理單元 CPU 模塊、接口模塊（ IM）、信號模塊（ SM）、功能模塊（ FM）等。 PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 ： 圖 21 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖 — S7300 PLC 德國西門子公司是世界上較早研制和生產(chǎn) PLC 的主要廠家之一，其產(chǎn)品具有各種尺寸以適應(yīng)各種不同的應(yīng)用場合。它具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、使用方便以及體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。 總體上包括的技術(shù)路線： 系統(tǒng)總體 設(shè)計， PLC選型與硬件配置， PLC軟件編程， WinCC組態(tài)畫面，系統(tǒng)通訊， 參數(shù)整定等。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動化的三大支柱 (PLC、工業(yè)機(jī)器人、 CAD/CAM)之一。采用磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng) 。進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國水泥工業(yè)的自動化水平進(jìn)一步提高，生產(chǎn)全過程的控制和信息采集系統(tǒng)更加優(yōu)化，我國自主設(shè)計的自動化控制系統(tǒng)不斷完善，相當(dāng)一部分生產(chǎn)線已具備國際先進(jìn)水平 [3]。 煤粉制備 控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 我國水 泥工業(yè)自動化的發(fā)展大致經(jīng)過了這樣幾個階段 :上世紀(jì) 70年代以前，以人工作業(yè)為主，只有簡單的生產(chǎn)過程控制，如常規(guī)的一次儀表、二次儀表以及各種繼電器、保護(hù)裝置等。但全國現(xiàn)有的 8000 多家水泥企業(yè)，大中型企業(yè)不足 400 家，立窯水泥產(chǎn)量占 81％，優(yōu)質(zhì)回轉(zhuǎn)窯水泥產(chǎn)量不足 19％，大部分水泥企業(yè)，特別是小立窯廠生產(chǎn)設(shè)備落后，自動化控制水平低， 能源消耗高 [2]。 關(guān)鍵詞： 煤磨 段 ； PLC；自動控制； WinCC； 監(jiān)控 第 1 頁 Design of Cement Process Coal Mill Period Automatic Control System Based on PLC Design Description Coal preparation in indus