广西西门子一级代理

    1 引言 
       生产微细滑石粉、超微细碳酸钙粉的某一化工厂，其粉体生产线中的矿粉的分离、运输、收集、整理、打包出货等是通过多台电机、各种电磁阀、运输带的顺序开启来实现的。工厂过去采用的是人工值守，需要工作人员就近启停机器，而且要按照一定的操作顺序进行，增加员工的劳动强度。由于生产规模的扩大及改善员工工作环境的需要，原有设备已不能满足需要，必须增加生产设备，同时对原有生产线设备进行改造扩充。可编程控制器(PLC)由于具有了体积小巧、易于设计更新、调试方便、简化线路、可靠性高等优点，为各种生产线自动化设备提供可靠的控制方案。因此在本生产线自动化控制改造中，采用PLC来实现原有设备的改造扩充及对新增设备的自动化控制。

       2 生产线工艺设备描述 
       控制系统包括原有生产线及新增生产线，使用PLC在完成新生产线控制的同时还要与原有生产线进行兼容控制，原有设备的一些动作信号要与新设备进行连锁控制，在新生产线中，用分离机分离矿颗粒，通过输灰机完成粉料的输送处理，用转饲机进行粉料的混合，后螺运机对粉料完成提升、分类收集、运送等处理。 
       在本次PLC改造应用控制系统中，PLC除了控制原有的8个袋滤集尘阀的定时顺序工作，新增加控制2套输灰机控制系统、分离机3台(15HP)、风车1台(100HP)、螺运机2台(2.2kW)、转饲机1台(3.5kW)、2位5通电磁阀及各种仪表若干。从提高工厂供电电网的功率因素及节电方面考虑，采用变频器对生产线上长期运行的各个电机进行变频驱动控制，并且在变频器电源进线端加装进线三相交流电抗器，用于减少电机启动时对电网冲击。PLC接收变频器的故障信号及其他反馈信号，控制电机的启动停止及各电磁阀的开闭动作来完成对整个设备的自动化控制功能。

       3 PLC型号配置及控制对象 
       根据控制功能要求，需要对设备进行各种逻辑、顺序、过程控制，包括对设备的手自动控制、各种报警输入、输出，信号反馈等的多层控制等，对PLC的输入输出的点数要求较多。其中，PLC控制的输入信号包括:操作台的启停按钮、压力表的高低压反馈信号、各个电机运行反馈信号、转速表高低速反馈信号、各种故障输入信号等共42个输入点;PLC控制的输出信号包括:各个电机、电磁阀、变频器、状态指示输出等共38个输出点。本系统中采用三菱MELSEC A系列中的A1SH CPU模块及其扩展I/O模块，包括1个A1SHCPU、1个电源模块A1S61PN、4个继电器型输入模块A1SX20、3个继电器型输出模块A1SY10，1个连接底盘A1S38B(8 Shots)等。 
        4 软件设计 
       根据生产线的工作要求，首先确定各个动作的先后次序和相互关系，写出PLC各个输入输出信号间的逻辑关系，再由逻辑关系转为梯形图。PLC控制分手动和自动控制两部分控制，根据系统控制要求，程序设计包括输灰机控制及螺运机控制设计等等。

       4.1 输灰机工艺原理 
       (1) 基本工艺过程 
       由原设备成品桶、入料桶连锁信号及压缩空气压力表反馈信号作为输灰机控制系统的启动停止信号，正常状态下由操作人员通过操作台启动停止按扭启动输灰机控制系统，压缩空气异常时报警停机。按下启动按钮后，打开进气电磁阀加压，若管路压力表此时处于设定压力上限位置(高压)，则开启输灰阀输送粉料，若此时压力表处于设定压力下限位置(低压)，则计时停止进气及输灰，打开进灰阀入料，同时开启收尘机助泄阀助泄，当入料计时到或入料桶处于高料位位置时关闭进灰电磁阀，从而完成一个进灰输灰控制循环。 
       当进气阀开启而压力表超时处于低压位置时为加压时间过长，或输灰阀开启而压力表超时处于高压位置时管路堵塞，存在加压过长或管路堵塞时声光报警停机，此时需要故障复位报警后才能启动输灰机控制系统。 
       (2) 启动条件 
       ●自动选择; 
       ● 成品桶、入料桶连锁信号正常; 
       ● 压缩空气压力表正常。 
       (3) 停止条件 
       ●入料计时到; 
       ● 入料桶处于高料位置; 
       ●进气阀开，1000s，管路不是高压，加压过长; 
       ●输灰阀开，2000s，管路不是低压，管路堵塞; 
       ● 其它故障信号。 
       (4) 电磁阀配置结构原理 
       输灰机控制部分主要控制各种2位5通电磁阀。电磁阀配置结构简图参见图3所示。包括进气阀、输灰阀、进灰阀、助泄阀、压力表、状态指示灯、故障报警蜂鸣器等。正常时为自动控制状态，由安装在输灰管路上的压力表给出的压力高、低限位的反馈信号，来控制各个电磁阀及电机的开停，当系统需要强制输灰、采样、调试或出现故障时使用手动独立回路启动输灰机控制系统。 
       4.2 螺运机控制部分 
       螺运机自动控制系统的工作流程。通过操作台顺序启动按钮启动分离机1、2、3号，然后启动风车，打开风挡，启动转饲机再启动螺运机，启动过程中不断观察现场情况。在开启风车的同时或由压差表给出的压差值，按定时按顺序间隔开启1#～8#袋滤集尘阀，直至按下风车停止按钮停止集尘阀。各个电机的热继电器信号及转速表高低速信号作为其停机信号反馈至PLC。分离机、风车、风挡、转饲机、螺运机及输灰机在各个环节之间环环相扣，按照一定工作顺序自行投入运行。 
       4.3 袋滤集尘阀的控制设计 
       袋滤集尘阀的自动控制设计主要是使用PLC内部的软定时器进行从1#集尘阀到8#集尘阀时间顺序循环工作，直至命令停止。 
       4.4 报警程序设计 
       各个控制部分或元件出现故障时要有声光报警，当报警发生时故障部分设备停止运行，或投入备用设备运行，或进行故障清理后继续运行，或使用手动独立回路单个启动控制系统。故障包括各个电机的热过载继电器、变频器故障、输灰机的加压过长、管路堵塞故障等等，采用三菱PLC的PLS指令可以很好的实现报警控制功能。 
       4.5 分离机控制部分 
       分离机属于高惯性离心式机械，其工作特点为起动时工作电流较大，正常工作时负载较轻，停止时惯性较大，采用变频器控制可以很好的减少启动电机时对电网的冲击，并采用屏蔽控制电缆减少变频器对其它电器元件的高次谐波影响，本次设计采用富士FRNP11S系列变频器控制分离机。 
       5 结束语 
       项目自动控制系统设计采用MELSEC A系列PLC，具有强大的扩展功能、高度可靠性及向上兼容性。A1SH CPU内部64K内存，8K步编程内存，256个I/O点，可扩展2048个远程I/O点，锂电池5年使用寿命，同时可通过网络模块(CC-bbbb)与厂中临近的另一套采用三菱A系列PLC生产线相兼容组网，也可组成分布式I/O，减少连线。投入使用一年多，设备的各项技术性能指标均达到了预期要求，大大提高了工作效率，降低了成本，达到生产改照的目的。

       近几年随着我国经济建设的快速发展，在能源供应上很多地区都出现电力资源紧缺的状况，因此许多电厂纷纷进行新建或扩建改造。深圳西部电厂原有4台（#1—#4）300MW 机组，为提高发电能力又续建#5、#6机组（2×300MW）。西部电厂原有两列化学水处理系统，续建工程的化学水处理系统扩建一列100~140m3/h化学除盐系统，其余设备与已有化学水处理系统共用。原有化学水处理系统使用传统的模拟屏方式进行监控，自动化水平不高并且效率很低。续建2台机组后，废除原有化学水处理系统的控制系统，将原有化学水处理系统和扩建的一列化学水处理系统统一采用一套冗余PLC控制系统进行集中控制。

2 化学水处理系统工艺流程
2.1.化学水处理系统流程
       原有化学水处理系统流程为：自来水→蓄水池→升压泵→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵。通过对现有系统运行状况的现场调查和对水质分析报告分析，自来水中的悬浮物含量较高，严重地污染了活性炭和离子交换树脂。因此，续建工程增加3台高效纤维过滤器对自来水进行深度过滤处理。
续建化学水处理系统流程为：自来水→蓄水池→升压泵→高效纤维过滤器→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵。

2.2. 续建工程与原有系统的连接及运行方式
       原有120t/h出力的一级除盐+混床设备2列，续建工程仅再扩建1列出力为120t/h的同样设备。除盐水泵、再生水泵、压缩空气系统、酸碱再生系统和废液处理系统与原有系统共用。
       3台高效过滤器采用并联运行方式，正常工况2台运行，1台备用。高效过滤器不仅对续建工程所需的自来水进行预处理，而且对原有系统的自来水也进行预处理。
       2台活性炭过滤器和一级除盐设备构成一个系列，采用串联运行方式，正常工况2列运行，一列备用。其中每系列的2台活性炭过滤器，当水质好时1台运行（去除游离余氯），1台备用；当进水水质恶化时2台同时运行（去除有机物）。
混床采用并联，正常工况2台运行，1台备用。
       3套一级除盐单元与3台混床之间设有切换阀门，受已有系统的限制，仅#1一级除盐设备和#1混床与#2一级除盐设备和#2混床可以同时交叉运行，#1一级除盐设备和#1混床与#3一级除盐设备和#3混床可以同时交叉运行。机组启动时，上述3列设备同时投入运行，满足大的补给水量。

3 系统配置
        系统由两台上位计算机和一套冗余PLC系统构成。上位计算机系统采用工业级计算机构成功能强大的监测与控制系统，计算机上安装Inbbblutiong公司的FIX7.0工业监测与控制系统软件，通过合理的系统设计和系统组态，实现对整个化学水处理工艺流程的动态监视和控制。通过上位计算机系统和强大的工业控制传输网络，实现对整个生产工艺工程的自动化管理和控制。
       PLC选用德维森公司PPC11冗余控制器，控制系统采用双机热备冗余方式，通过远程I/O的方式连接现场需要监测与控制的点，远程I/O由通讯处理器和PPC11系列I/O模块组成。冗余的主控制站可以保证系统的停机维护时间为零，大限度的减少人对系统的干预。主控制系统热备系统和远程I/O控制站之间采用高性能的工业以太网总线传输网络，实现信息的可靠、安全、稳定的传输。
       上位计算机系统安装与PLC控制单元之间采用工业以太网传输网络。以太网属，工业以太网已达到高传输安全性和可靠性要求，现已广泛用于程序维护、向MIS和MES系统传递工厂数据、监控、连接人机界面、记录事件和告警。工业以太网具有高传输速率（目前达到100M）、集线器技术的确定性、不需考虑网络的拓扑结构、传输物理介质多样（双绞线、光纤、同轴电缆）、集线器的应用可不考虑网络的扩展等优点。
      通过以太网络将上位计算机系统和现场监测与控制点紧密的结合为一个整体，构成一个完整的系统。在这样高速传输网络上，可以很方便的利用PLC系统所特有的功能，实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。

4 控制功能
       水处理系统所有控制阀采用就地和远程控制方式，即使在程控系统完全故障的情况下还可以通过就地控制实现手动制水，保证机组锅炉的可靠用水。控制箱上选用3位选择开关，分别为就地开、就地关、远程控制。选择远程控制时，控制阀由操作员在操作站上控制。操作员可以在操作站对控制阀进行状态监视和动作控制，对控制阀的控制可分选择自动和手动方式。在自动方式时控制阀受PLC逻辑程序控制，在手动方式时控制阀由操作员直接在操作界面上点击控制。