鋼廠布袋除塵自動(dòng)控制系統(tǒng)
一、概述
袋式除塵器很久以前就已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門中，用以捕集非粘結(jié)非纖維性的工業(yè)粉塵和揮發(fā)物，捕獲粉塵微粒可達(dá)0.1微米。袋式除塵器具有很高的凈化效率，就是捕集細(xì)微的粉塵效率也可達(dá)99％以上，而且其效率比高。電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)壓，帶動(dòng)煙氣流運(yùn)動(dòng)，當(dāng)煙氣流通過布袋時(shí)其中的顆粒就被截留下來。布袋通過脈沖噴吹的方式進(jìn)行清理。
二、除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和要求
鐵合金分公司除塵項(xiàng)目包括的區(qū)域有原料傾翻機(jī)、液壓混料機(jī)、機(jī)械混料機(jī)、翻餅區(qū)、放渣區(qū)、鈦鐵篩粉機(jī)、成品破碎區(qū)、鈦鐵篩粉\破碎機(jī)、加料站、爐筒打結(jié)、分料器、反應(yīng)室門、鈦鐵加料平臺(tái)、中頻爐、球磨機(jī)、氯酸鉀破碎機(jī)、石灰破碎機(jī)、雙輥破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、破碎區(qū)域1、破碎區(qū)域2等。
現(xiàn)場由兩臺(tái)由變頻帶動(dòng)的電機(jī)，各負(fù)責(zé)一部分除塵任務(wù)，當(dāng)有一臺(tái)變頻故障暫時(shí)無法工作時(shí)，可以打開中間的連通閥門，由一臺(tái)電機(jī)實(shí)現(xiàn)所有區(qū)域的除塵。
各區(qū)域都有運(yùn)行信號(hào)指示，傳給PLC的DI。各區(qū)域都有獨(dú)自的風(fēng)門，風(fēng)門處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)由PLC控制其開和關(guān)，處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)由現(xiàn)場控制開和關(guān)。當(dāng)風(fēng)門打開且對應(yīng)的電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)就可以對該區(qū)域進(jìn)行除塵了。
各區(qū)域風(fēng)門面積不一樣，現(xiàn)在要求打開的風(fēng)門面積總和和變頻器輸出頻率成一定階梯關(guān)系。并要求各區(qū)域開始工作后延時(shí)一段才開風(fēng)門，各區(qū)域停止工作后也延時(shí)一段才關(guān)風(fēng)門，各區(qū)域?qū)?yīng)的時(shí)間不盡相同。
要求在工作日的每天上午8點(diǎn)開啟變頻器，每天下午5點(diǎn)半關(guān)掉變頻，當(dāng)設(shè)備處于自動(dòng)運(yùn)行且風(fēng)門已經(jīng)打開時(shí)對應(yīng)變頻器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。
在變頻柜和PLC柜面板上有系統(tǒng)狀態(tài)/報(bào)警指示燈，報(bào)警蜂鳴器、急停按鈕、啟動(dòng)/停止按鈕等，方便觀察和緊急處理。
上位機(jī)工程師/操作員站要求能直觀、全面地展示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，顯示參數(shù)，實(shí)時(shí)報(bào)警、并能查詢歷史數(shù)據(jù)記錄和歷史報(bào)警，還要求能在局域網(wǎng)的其他機(jī)器通過IE能瀏覽工程師站的數(shù)據(jù)和畫面。
三、自控部分硬件和軟件選取
1．硬件選擇
PLC采用西門子300系列，CPU為314。S7-300是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。 當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展。314CPU集成一個(gè)MPI接口，供編程和與上位機(jī)通訊。由于本系統(tǒng)IO模塊較多，用到了一對IM365作兩組模塊之間的橋接。
兩組變頻器都采用了西門子MM430。MM430傳動(dòng)平穩(wěn)，是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計(jì)，具有高度可靠性和靈活性。控制軟件可以實(shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動(dòng)/自動(dòng)切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)行方式等。牢固的EMC設(shè)計(jì)； 控制信號(hào)的快速響應(yīng)；線性v/f控制，并帶有增強(qiáng)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制特性的磁通電流控制（FCC），多點(diǎn) v/f控制； 內(nèi)置PID控制器； 快速電流限制，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘； 數(shù)字量輸入6個(gè)，模擬量輸入2個(gè)，模擬量輸出2個(gè)，繼電器輸出3個(gè)； 具有15個(gè)固定頻率，4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程； 采用BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接； 集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP通訊模塊。
2．軟件選擇
上位機(jī)軟件選擇的是組態(tài)軟件力控PCAuto網(wǎng)絡(luò)版。力控軟件是一個(gè)高度集成化、可視化及具有友好的界面風(fēng)格的軟件，其功能特點(diǎn)如下：
1 動(dòng)畫功能
軟件的開發(fā)環(huán)境具有多種動(dòng)面功能，使瀏覽器畫面更加的生動(dòng)形象。
2 圖庫
集成化的開發(fā)環(huán)境、增強(qiáng)的圖形功能，豐富的圖形元素及超級(jí)子圖精靈圖庫集，提供子圖精靈開發(fā)工具，用戶可以方便地生成自己的圖庫；優(yōu)化設(shè)計(jì)的圖庫，提供了豐富的子圖和“子圖精靈”。
3 趨勢曲線
實(shí)時(shí)趨勢曲線：能夠顯示采集來的實(shí)時(shí)值的當(dāng)前趨勢情況
歷史趨勢曲線：能夠顯示數(shù)值的歷史趨勢情況，可能作為查詢采集數(shù)值的歷值的工具，也可以作為分析工具。
4 內(nèi)部組件
視頻組件：進(jìn)行視頻的捕捉和回放；
溫控曲線組件：可以進(jìn)行溫度的自動(dòng)升溫和保溫控制；
瀏覽器組件：可以作為標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器客戶端；
標(biāo)準(zhǔn)WINDOWS組件：支持標(biāo)準(zhǔn)的文本框、單選框、列表框等組件；
增強(qiáng)的報(bào)警組件：集成的報(bào)警管理和查詢；
X—Y曲線組件：可以自由的進(jìn)行曲線分析和查詢；
幻燈片組件：靈活的幻燈片播放，可進(jìn)行自由控制；
自由曲線組件：方便的繪制各種曲線和動(dòng)畫連接；
萬能報(bào)表組件：類EXCEL的報(bào)表工具，方便您完成管理報(bào)表；
立體棒圖組件：直方圖的分析工具；
歷史追憶組件：可以追憶帶毫秒標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，方便事故查詢；
手機(jī)短信組件：簡單的手機(jī)短信發(fā)送組件；
5 報(bào)表組件
歷史報(bào)表，萬能報(bào)表，內(nèi)置數(shù)據(jù)表等多種報(bào)表形式。
6 查詢功能
7 打印功能
支持多種打印功能主要有：瀏覽面面整體打印、選擇區(qū)域打印以及對打印機(jī)的在線設(shè)置等。
8 與其它數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換
提供了包括ODBC、OPC、ActiveX控件編程接口在內(nèi)的多種開放接口。
9 網(wǎng)路發(fā)布功能
力控網(wǎng)絡(luò)版發(fā)布后的內(nèi)容通過IE能在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行瀏覽。
四、控制系統(tǒng)的體系機(jī)構(gòu)
如下圖所示，控制系統(tǒng)由變頻柜I、變頻柜II,PLC柜、上位機(jī)組成。
PLC與上位機(jī)通過MPI協(xié)議通訊，采用了一根西門子的MPI串口適配器，上位機(jī)為研華工控機(jī)，操作系統(tǒng)為Win2000SP4 Professional,并安裝了Step7-V5.3編程軟件和力控組態(tài)軟件。力控軟件的驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)置了MPI協(xié)議，可直接與PLC通訊。
CPU的DO和AO端子直接與變頻器的端子相連，控制變頻器的起停以及變頻轉(zhuǎn)速給定。
變頻器帶有485串口，直接與上位機(jī)組態(tài)軟件通訊，把變頻器的溫度，電流電壓等信號(hào)傳給上位機(jī)，讓用戶直觀地了解變頻器的工作狀態(tài)。通訊協(xié)議為USS，力控軟件中也同樣內(nèi)嵌了USS協(xié)議，不需要用戶自己另外開發(fā)。
五、結(jié)束語
本系統(tǒng)中難點(diǎn)主要有兩個(gè)，一是用戶對邏輯連鎖和時(shí)序要求很高，又要求全部在PLC里編程實(shí)現(xiàn)；二是變頻器參數(shù)調(diào)整。
系統(tǒng)正式投入運(yùn)行至今，一直運(yùn)轉(zhuǎn)正常，得到了用戶的一致好評(píng)。
袋式除塵器很久以前就已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門中，用以捕集非粘結(jié)非纖維性的工業(yè)粉塵和揮發(fā)物，捕獲粉塵微粒可達(dá)0.1微米。袋式除塵器具有很高的凈化效率，就是捕集細(xì)微的粉塵效率也可達(dá)99％以上，而且其效率比高。電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)壓，帶動(dòng)煙氣流運(yùn)動(dòng)，當(dāng)煙氣流通過布袋時(shí)其中的顆粒就被截留下來。布袋通過脈沖噴吹的方式進(jìn)行清理。
二、除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和要求
鐵合金分公司除塵項(xiàng)目包括的區(qū)域有原料傾翻機(jī)、液壓混料機(jī)、機(jī)械混料機(jī)、翻餅區(qū)、放渣區(qū)、鈦鐵篩粉機(jī)、成品破碎區(qū)、鈦鐵篩粉\破碎機(jī)、加料站、爐筒打結(jié)、分料器、反應(yīng)室門、鈦鐵加料平臺(tái)、中頻爐、球磨機(jī)、氯酸鉀破碎機(jī)、石灰破碎機(jī)、雙輥破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、破碎區(qū)域1、破碎區(qū)域2等。
現(xiàn)場由兩臺(tái)由變頻帶動(dòng)的電機(jī)，各負(fù)責(zé)一部分除塵任務(wù)，當(dāng)有一臺(tái)變頻故障暫時(shí)無法工作時(shí)，可以打開中間的連通閥門，由一臺(tái)電機(jī)實(shí)現(xiàn)所有區(qū)域的除塵。
各區(qū)域都有運(yùn)行信號(hào)指示，傳給PLC的DI。各區(qū)域都有獨(dú)自的風(fēng)門，風(fēng)門處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)由PLC控制其開和關(guān)，處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)由現(xiàn)場控制開和關(guān)。當(dāng)風(fēng)門打開且對應(yīng)的電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)就可以對該區(qū)域進(jìn)行除塵了。
各區(qū)域風(fēng)門面積不一樣，現(xiàn)在要求打開的風(fēng)門面積總和和變頻器輸出頻率成一定階梯關(guān)系。并要求各區(qū)域開始工作后延時(shí)一段才開風(fēng)門，各區(qū)域停止工作后也延時(shí)一段才關(guān)風(fēng)門，各區(qū)域?qū)?yīng)的時(shí)間不盡相同。
要求在工作日的每天上午8點(diǎn)開啟變頻器，每天下午5點(diǎn)半關(guān)掉變頻，當(dāng)設(shè)備處于自動(dòng)運(yùn)行且風(fēng)門已經(jīng)打開時(shí)對應(yīng)變頻器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。
在變頻柜和PLC柜面板上有系統(tǒng)狀態(tài)/報(bào)警指示燈，報(bào)警蜂鳴器、急停按鈕、啟動(dòng)/停止按鈕等，方便觀察和緊急處理。
上位機(jī)工程師/操作員站要求能直觀、全面地展示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，顯示參數(shù)，實(shí)時(shí)報(bào)警、并能查詢歷史數(shù)據(jù)記錄和歷史報(bào)警，還要求能在局域網(wǎng)的其他機(jī)器通過IE能瀏覽工程師站的數(shù)據(jù)和畫面。
三、自控部分硬件和軟件選取
1．硬件選擇
PLC采用西門子300系列，CPU為314。S7-300是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。 當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展。314CPU集成一個(gè)MPI接口，供編程和與上位機(jī)通訊。由于本系統(tǒng)IO模塊較多，用到了一對IM365作兩組模塊之間的橋接。
兩組變頻器都采用了西門子MM430。MM430傳動(dòng)平穩(wěn)，是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計(jì)，具有高度可靠性和靈活性。控制軟件可以實(shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動(dòng)/自動(dòng)切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)行方式等。牢固的EMC設(shè)計(jì)； 控制信號(hào)的快速響應(yīng)；線性v/f控制，并帶有增強(qiáng)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制特性的磁通電流控制（FCC），多點(diǎn) v/f控制； 內(nèi)置PID控制器； 快速電流限制，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘； 數(shù)字量輸入6個(gè)，模擬量輸入2個(gè)，模擬量輸出2個(gè)，繼電器輸出3個(gè)； 具有15個(gè)固定頻率，4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程； 采用BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接； 集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP通訊模塊。
2．軟件選擇
上位機(jī)軟件選擇的是組態(tài)軟件力控PCAuto網(wǎng)絡(luò)版。力控軟件是一個(gè)高度集成化、可視化及具有友好的界面風(fēng)格的軟件，其功能特點(diǎn)如下：
1 動(dòng)畫功能
軟件的開發(fā)環(huán)境具有多種動(dòng)面功能，使瀏覽器畫面更加的生動(dòng)形象。
2 圖庫
集成化的開發(fā)環(huán)境、增強(qiáng)的圖形功能，豐富的圖形元素及超級(jí)子圖精靈圖庫集，提供子圖精靈開發(fā)工具，用戶可以方便地生成自己的圖庫；優(yōu)化設(shè)計(jì)的圖庫，提供了豐富的子圖和“子圖精靈”。
3 趨勢曲線
實(shí)時(shí)趨勢曲線：能夠顯示采集來的實(shí)時(shí)值的當(dāng)前趨勢情況
歷史趨勢曲線：能夠顯示數(shù)值的歷史趨勢情況，可能作為查詢采集數(shù)值的歷值的工具，也可以作為分析工具。
4 內(nèi)部組件
視頻組件：進(jìn)行視頻的捕捉和回放；
溫控曲線組件：可以進(jìn)行溫度的自動(dòng)升溫和保溫控制；
瀏覽器組件：可以作為標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器客戶端；
標(biāo)準(zhǔn)WINDOWS組件：支持標(biāo)準(zhǔn)的文本框、單選框、列表框等組件；
增強(qiáng)的報(bào)警組件：集成的報(bào)警管理和查詢；
X—Y曲線組件：可以自由的進(jìn)行曲線分析和查詢；
幻燈片組件：靈活的幻燈片播放，可進(jìn)行自由控制；
自由曲線組件：方便的繪制各種曲線和動(dòng)畫連接；
萬能報(bào)表組件：類EXCEL的報(bào)表工具，方便您完成管理報(bào)表；
立體棒圖組件：直方圖的分析工具；
歷史追憶組件：可以追憶帶毫秒標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，方便事故查詢；
手機(jī)短信組件：簡單的手機(jī)短信發(fā)送組件；
5 報(bào)表組件
歷史報(bào)表，萬能報(bào)表，內(nèi)置數(shù)據(jù)表等多種報(bào)表形式。
6 查詢功能
7 打印功能
支持多種打印功能主要有：瀏覽面面整體打印、選擇區(qū)域打印以及對打印機(jī)的在線設(shè)置等。
8 與其它數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換
提供了包括ODBC、OPC、ActiveX控件編程接口在內(nèi)的多種開放接口。
9 網(wǎng)路發(fā)布功能
力控網(wǎng)絡(luò)版發(fā)布后的內(nèi)容通過IE能在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行瀏覽。
四、控制系統(tǒng)的體系機(jī)構(gòu)
如下圖所示，控制系統(tǒng)由變頻柜I、變頻柜II,PLC柜、上位機(jī)組成。
PLC與上位機(jī)通過MPI協(xié)議通訊，采用了一根西門子的MPI串口適配器，上位機(jī)為研華工控機(jī)，操作系統(tǒng)為Win2000SP4 Professional,并安裝了Step7-V5.3編程軟件和力控組態(tài)軟件。力控軟件的驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)置了MPI協(xié)議，可直接與PLC通訊。
CPU的DO和AO端子直接與變頻器的端子相連，控制變頻器的起停以及變頻轉(zhuǎn)速給定。
變頻器帶有485串口，直接與上位機(jī)組態(tài)軟件通訊，把變頻器的溫度，電流電壓等信號(hào)傳給上位機(jī)，讓用戶直觀地了解變頻器的工作狀態(tài)。通訊協(xié)議為USS，力控軟件中也同樣內(nèi)嵌了USS協(xié)議，不需要用戶自己另外開發(fā)。
五、結(jié)束語
本系統(tǒng)中難點(diǎn)主要有兩個(gè)，一是用戶對邏輯連鎖和時(shí)序要求很高，又要求全部在PLC里編程實(shí)現(xiàn)；二是變頻器參數(shù)調(diào)整。
系統(tǒng)正式投入運(yùn)行至今，一直運(yùn)轉(zhuǎn)正常，得到了用戶的一致好評(píng)。
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