【正文】 ），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。 系統(tǒng)參數(shù)的估算輸入輸出I/O點(diǎn)數(shù)的估算:I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。該系列有兩種硬件結(jié)構(gòu)：固定式控制器與模塊式控制器。在進(jìn)行PLC的設(shè)計(jì)選型時(shí)，必須對應(yīng)用對象的工作過程進(jìn)行深入調(diào)查和分析，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中提出來的具體要求，確定整個(gè)系統(tǒng)要完成的任務(wù)。在進(jìn)行PLC的設(shè)計(jì)選型時(shí)，必須對應(yīng)用對象的工作過程進(jìn)行深入調(diào)查和分析，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中提出來的具體要求，確定整個(gè)系統(tǒng)要完成的任務(wù)。機(jī)架選用具有13槽的基本單元和13槽的擴(kuò)展單元一個(gè)。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等。本系統(tǒng)中的存儲器模塊選用1747L532一個(gè)。2000T上層料倉是為了輸送過程中氧化鋁粉的緩沖。壓力罐體通過進(jìn)料管道與貯料倉相聯(lián)，其出料口與濃相輸送管道相接。在中大型模塊化的PLC產(chǎn)品中，CPU模塊（中央處理器）是PLC的中心。軟件冗余，是將兩個(gè)CPU模塊插在同一個(gè)框架上，利用背板通訊，進(jìn)行冗余控制。而軟件冗余中兩個(gè)CPU模塊的狀態(tài)監(jiān)視和控制權(quán)的轉(zhuǎn)移是通過軟件編程解決的。現(xiàn)分別敘述如下：提升機(jī)裝置測控電路在氧化鋁輸送過程中的第一個(gè)環(huán)節(jié)就是卸庫到2000T上層緩沖料倉的輸送。測控電路結(jié)構(gòu)簡圖如下圖36所示：圖36 濃相輸送測控電路 除塵系統(tǒng)控制電路除塵系統(tǒng)是用來收集轉(zhuǎn)接輸送氧化鋁粉原料時(shí)帶來的粉塵。在下料斗到2000T上層緩沖料倉輸送過程控制系統(tǒng)中PLC的I/O電路外部接線如下圖39所示：圖39 PLC的I/O電路及外部接線 控制系統(tǒng)接觸器控制回路在PLC控制系統(tǒng)中，控制電路首先是根據(jù)接觸器接線變換來的。F～140176。I/O模塊可以有16和32點(diǎn)各種密度，并可連接到交流、直流和TTL電平。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言。它是近年來發(fā)展起來的一種程序設(shè)計(jì)語言。它也被用于集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)。另外借助DDE、ActiveX和ODBC兼容技術(shù)等，使現(xiàn)場數(shù)據(jù)能容易地同其他應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)集成。它是一種類似于高級語言的程序設(shè)計(jì)語言。SFC(Seqnential Function Chart)順序功能圖。每個(gè)梯級是一個(gè)因果關(guān)系。也可以用兩個(gè)框架內(nèi)連一根電纜將框架連接在一起成為一個(gè)系統(tǒng)。電源選件：AB公司提供了四種不同的電源，分別是1747P1，1747P2，1747P3，1747P4，三種交流的和一種24V直流的電源。運(yùn)行指示燈及時(shí)提示操作人員設(shè)備運(yùn)行是否正常，有無報(bào)警指示等狀態(tài)。由壓力罐的下料閥、鐘罩閥、排氣閥、出料閥、助吹閥、噴吹閥、加壓閥以及壓縮空氣管上的壓力繼電器組成濃相輸送PLC控制系統(tǒng)的控制回路。兩塊CPU模塊的同步控制由于熱備CPU隨時(shí)準(zhǔn)備著，一旦主CPU故障，就立即獲取主控制權(quán)而成為主控CPU，因此，主CPU必須將自己的信息隨時(shí)傳遞給熱備CPU，而熱備CPU必須跟蹤主CPU的變化，與主CPU保持同步，這樣，在兩塊CPU模塊進(jìn)行控制權(quán)的轉(zhuǎn)移時(shí)，實(shí)現(xiàn)無擾動切換。而軟件冗余，只增加了一塊CPU模塊，而兩個(gè)CPU模塊的同時(shí)故障率幾乎為零。ControlLogix提供有兩種CPU冗余解決方法，一種為純硬件冗余，另一種為軟件冗余。下位機(jī)采用美國AB公司的SLC500系列構(gòu)成。壓力罐是濃相輸送氧化鋁系統(tǒng)中必不可少的設(shè)備之一。羅茨風(fēng)機(jī)給空氣提升機(jī)提供氣源，以便空氣提升機(jī)將氧化鋁粉提升到2000T上層緩沖料倉。本系統(tǒng)屬于中型PLC控制系統(tǒng)，系統(tǒng)要求可靠性比較高，并且考慮系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)，因此本系統(tǒng)電源選擇西門子產(chǎn)品的6EP13361SH01的開關(guān)電源一個(gè)，電源模塊也選擇西門子產(chǎn)品的1746P2。對輸入模塊，考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。此外，CPU板不同，控制功能也不同，如德國西門子SS135U型，CPU有人機(jī)對話，高速數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程控制，通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。此外，CPU板不同，控制功能也不同，如德國西門子SS135U型，CPU920R作溫度PID調(diào)節(jié)控制最佳，CPU921S作邏輯控制最佳，CPU920作統(tǒng)計(jì)管理控制最佳。PLC硬件應(yīng)用的要求：要應(yīng)用好PLC，防止產(chǎn)生不應(yīng)有的損壞，其硬件必須符合和滿足如下應(yīng)用的要求：(1)物理環(huán)境： ①使用環(huán)境溫度：0～60℃，最好40℃，在PLC安裝處，要安裝一個(gè)通風(fēng)排氣扇散熱；②使用環(huán)境濕度：一般在35 %～85%以下并無凝結(jié)現(xiàn)象；③防止空氣中含有金屬粉塵或腐蝕性氣體以及太陽紫外線直射，將控制柜進(jìn)行封閉；④避免PLC主機(jī)直接受到震動或撞擊，遠(yuǎn)離震動、沖擊源。PLC還具根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程和控制方案，可編程控制器采用美國AB公司SLC500系列模塊式控制器。本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況選用離線編程方式。（二）控制功能控制功能包括PID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算、順序控制等，根據(jù)控制要求，本系統(tǒng)控制功能是選用順序控制。提供CPU熱備能力。SLC5/。SLC5/03處理器能讓您組成模塊化控制器，其I/O數(shù)高達(dá)1024個(gè)輸入和1024個(gè)輸出、存儲器容量為8K或16K。 SLC500的性能介紹SLC500系列為存儲器、I/O容量、指令組和通信接口提供多種選擇，使您組成控制系統(tǒng)以滿足其嚴(yán)格的應(yīng)用要求。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型。當(dāng)某一個(gè)壓力罐出現(xiàn)故障時(shí)，控制各管道上的閥門，可以關(guān)閉出故障的壓力罐，而其它壓力罐可以不受影響的繼續(xù)打料。關(guān)閉2000T下層倉的出料閥門，停止震動篩電機(jī)和離心風(fēng)機(jī)，關(guān)閉閥36和閥11，待壓力罐的料位下降到低料位時(shí)再繼續(xù)啟動以上向壓力罐的打料過程。除塵系統(tǒng)在提升機(jī)停止后，開始啟動除塵器的排灰風(fēng)機(jī)，向2000T上層緩沖料倉排出收集的氧化鋁粉。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述二個(gè)階段。我們要抓住這個(gè)科技發(fā)展、世界和平的有利時(shí)期，積極發(fā)展我國的工業(yè)(包括本課題涉及到的控制領(lǐng)域)，把PLC控制系統(tǒng)技術(shù)真正的靈活應(yīng)用到我國的各行各業(yè)中去。由于采用PLC生產(chǎn)過程控制技術(shù)，生產(chǎn)的自動化程度大大提高，從而提高了工作效率，節(jié)約了產(chǎn)品成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)生，PC的功能越來越強(qiáng)大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴(kuò)展。氧化鋁是電解鋁生產(chǎn)的基本原料。目前鋁電解自動控制系統(tǒng)的研究工作以達(dá)到了一個(gè)相對成熟階段，從早期的槽電壓或槽表觀電阻的恒區(qū)域調(diào)節(jié)、定時(shí)下料控制，到引進(jìn)日本160KA的自適應(yīng)控制技術(shù)，以及國際國內(nèi)的氧化鋁濃度模糊控制等等，都在控制理論及實(shí)際應(yīng)用中取得了比較滿意的效果。但是記錄儀作為一個(gè)成品，穩(wěn)定性顯得的比較的好。如有可能，應(yīng)盡量用《漢語主題詞表》等詞表提供的規(guī)范詞。本論文中論述的一個(gè)以可編程序控制器(PLC)為自動控制設(shè)備的核心，設(shè)計(jì)出一個(gè)電解鋁生產(chǎn)過程中氧化鋁粉輸送的自動控制系統(tǒng)?？删幊炭仄骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：可編程序邏輯控制器；濃相輸送；壓力罐系統(tǒng)關(guān)鍵詞是為了文獻(xiàn)標(biāo)引工作從論文中選取出來用以表示全文主題內(nèi)容信息款目的單詞或術(shù)語。PLC在功能上比記錄儀強(qiáng)上很多，但是在簡單的控制和記錄上面，可能記錄儀顯得的簡單和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠型，而且PLC又需要編程，需要電腦或者觸摸屏等等。經(jīng)過工業(yè)應(yīng)用表明，以PLC為主要控制器的該系統(tǒng)可靠性能高、控制功能全，便于維護(hù)，完全滿足鋁電解控制要求，具有較高的推廣價(jià)值。專家預(yù)測到2005年中國電解鋁生產(chǎn)能力將達(dá)到650萬噸，國內(nèi)市場對氧化鋁的需求量在1300萬噸以上。后來采用引進(jìn)日本七十年代的自動控制技術(shù)即集中控制、集中管理的方式，此控制技術(shù)的控制周期長，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，系統(tǒng)故障率高，勞動生產(chǎn)效率低。PLC需要解決的問題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開放性和價(jià)格。同時(shí)，隨著PLC供應(yīng)商的不斷努力，并進(jìn)一步在制造和控制技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)新的突破，所推出的新一代PLC將能夠更加滿足各種工業(yè)自動化控制應(yīng)用的需要。完成上述二個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。 PLC的構(gòu)成PLC的硬件組成與微型計(jì)算機(jī)相似，其主機(jī)由CPU板、存儲器、輸入/輸出（I/O）模塊、電源等幾大部分組成；可配備如編程器、圖形顯示器、通信接口等外部設(shè)備。上層緩沖料倉的氧化鋁粉到達(dá)高料位時(shí)停止提升機(jī)的輸送過程，同時(shí)停止相應(yīng)的羅茨風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)等控制設(shè)備，待上層緩沖料倉的料位下降到低料位時(shí)再繼續(xù)啟動提升機(jī)的輸料過程。在壓力罐中的氧化鋁粉到達(dá)高料位時(shí)停止向壓力罐的打料。該系統(tǒng)選用四個(gè)壓力罐，在正常情況下要能達(dá)到可以啟動任意一個(gè)或幾個(gè)壓力罐進(jìn)行打料，當(dāng)電解槽需料多時(shí)，可以啟動所有的壓力罐進(jìn)行打料。工藝過程的特點(diǎn)和控制要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。并且，您可以注意到SLC平臺上不斷增強(qiáng)的功能和模塊，將為您的應(yīng)用帶來更多的好處。它們提供19條附加指令，包括PID、可選定時(shí)中斷和起動對等通信的信息指令。DH+網(wǎng)絡(luò)的通信速度比DH485網(wǎng)絡(luò)快3倍。增加帶1747BSN掃描器模塊的通用遠(yuǎn)程I/O。本系統(tǒng)中的定時(shí)器(計(jì)時(shí)器)，計(jì)數(shù)器(CNT)選用普通的減1計(jì)數(shù)器。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。 機(jī)型的選擇920R作溫度PID調(diào)節(jié)控制最佳，CPU921S作邏輯控制最佳，CPU920作統(tǒng)計(jì)管理控制最佳。選擇可編程控制器作為現(xiàn)場控制核心設(shè)備。在實(shí)際選型上，還要結(jié)合工程上的應(yīng)用，如開關(guān)量控制，無須考慮對其速度控制，而模擬量控制則要考慮其邏輯運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間，同一機(jī)型，CPU板不同，邏輯運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間也不同，如德國西門子SIMATIC S7200型，CPU為214～。在實(shí)際選型上，還要結(jié)合工程上的應(yīng)用，如開關(guān)量控制，無須考慮對其速度控制，而模擬量控制則要考慮其邏輯運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間，同一機(jī)型，CPU板不同，邏輯運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間也不同，如德國西門子SIMATIC S7200型，CPU為214～。（二）輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。離心風(fēng)機(jī)給各個(gè)溜槽提供風(fēng)力，使氧化鋁粉在溜槽中快速輸送。氣水分離器是用來分離壓縮空氣中形成的水霧，以防水分進(jìn)入溜槽和壓力罐使原料受濕而產(chǎn)生堵料和輸送速度慢及達(dá)不到需料要求?？刂葡到y(tǒng)的上位機(jī)硬件有PC工業(yè)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、操作員工作站。為此，我們可以選擇以產(chǎn)品可靠性高著稱的羅克韋爾自動化公司的新一代控制平臺：AB ControlLogix系列，同時(shí)考慮采用雙CPU模塊冗余，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性，避免因故障出現(xiàn)所引起的生產(chǎn)停頓或安全事故。例如，當(dāng)兩個(gè)模塊之間的連接光纜出現(xiàn)故障，同樣會使冗余控制失效。如果是主控CPU模塊故障，熱備CPU模塊自動獲得主控制權(quán)。由壓力罐的罐體和管道以及壓縮空氣的壓力變送器、罐體料位計(jì)和各種閥的限位開關(guān)組成濃相輸送PLC控制系統(tǒng)的檢測回路。同時(shí)，為了進(jìn)行設(shè)備的故障維修和日常維護(hù)，在現(xiàn)場設(shè)有就地控制柜，實(shí)現(xiàn)手動控制。④通過1785KA5模塊進(jìn)行接收。電源模塊安裝在框架的左側(cè)，所有組件均可沿著框架上的導(dǎo)軌很方便地滑進(jìn)框架，無需任何工具來安裝或抽出處理器或I/O模塊。這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。由于采用軟連接的方式進(jìn)行功能模塊之間及功能模塊與外部端子的連接，因此控制方案的更改、信號連接的替換等操作可以很方便實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)化文本是用結(jié)構(gòu)化的描述語句來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。這些軟件為用戶采用開放式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供方便。程序可用梯形圖語言或助記符語言編寫，采用順序輸入輸出、控制指令、數(shù)據(jù)傳送指令、數(shù)據(jù)比較指令、子程序控制指令、邏輯運(yùn)算指令等進(jìn)行編程，程序編好后下載到PLC內(nèi)。采用功能表圖的描述，控制系統(tǒng)被分為若干個(gè)子系統(tǒng)，從功能入手，使系統(tǒng)的操作具有明確的含義，便于設(shè)計(jì)人員和操作人員設(shè)計(jì)思想的溝通，便于程序的分工設(shè)計(jì)和檢查調(diào)試。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。其特性和優(yōu)點(diǎn)如下表37：特性優(yōu)點(diǎn)32點(diǎn)高密度和混合模塊減少框架尺寸和面板空間需求大電流繼電器觸點(diǎn)和固態(tài)輸出模塊省去了用于開關(guān)型負(fù)載的接口繼電器在16點(diǎn)模塊上有可拆卸的端子排易物接線和更換模塊工業(yè)設(shè)計(jì)為了提高工業(yè)應(yīng)用的可靠性，提供輸入濾波和光電隔離表38 本設(shè)計(jì)中選用1746IN16的離散量輸入模塊，其技術(shù)指標(biāo)如下表：項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)電壓類型24V ac/DC工作電壓1030DC sink 1030AC輸入點(diǎn)數(shù)16每個(gè)公共端的點(diǎn)數(shù)16背板電流需求(A)5V24V0信號延時(shí)(ms，最大值)ON=35,OFF=15DC。F)(降5%超過55℃電流容量)貯藏溫度40℃～85℃(40176。電路中將線圈、電磁閥、熔斷器、開關(guān)等按照一定的控制要求接起來形成控制回路。從溜槽向空氣提升機(jī)輸送鋁粉時(shí)產(chǎn)生的粉塵和空氣提升機(jī)向2000T上層緩沖料倉輸送鋁粉時(shí)產(chǎn)生的粉塵將被除塵器收集起來，待可以重新放回提升機(jī)和料倉的時(shí)候由除塵器的排料閥打開，在排灰風(fēng)機(jī)的作用下返回料倉和提升機(jī)。而空氣提升機(jī)裝置控制部分是系統(tǒng)這一環(huán)節(jié)的主要控制對象，由羅茨風(fēng)機(jī)出口差壓變送器、空氣提升機(jī)的平衡料柱上料位計(jì)和2000T上層緩沖料倉上的料位計(jì)組成了PLC控制系統(tǒng)的檢測回路；羅茨風(fēng)機(jī)、壓縮空氣管上的壓力繼電器和電磁閥組成PLC控制回路。因此，軟件冗余編程相對比較復(fù)雜，工作量較大。純硬件冗余的方式硬件投入較多，成本開支較大大。一些重大的工業(yè)生產(chǎn)線往往要求連續(xù)運(yùn)行不能停頓，而可靠性再高的PLC也不能保證故障為零，因此，雙CPU的冗余控制是一種滿足連續(xù)生產(chǎn)要求、提高系統(tǒng)可用性的有效手段。壓力容器的主要作用是將需要輸送的物料壓送到濃相輸送管道中。振動篩是將下層倉出來的氧化鋁粉通過震動選篩入溜槽以便送入壓力罐。（五）冗余功能的選擇（1）重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應(yīng)采用雙冗余技術(shù)（2）本系統(tǒng)中PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)采用機(jī)架13擴(kuò)展槽擴(kuò)展，然后