科威PLC在隧道窑控制系统中的解决方案
供稿：黄石市科威自控有限公司
- 关键词：电机,pid,流量计,直流调速
- 作者：陈进村 高级工程师（0714—6539820 13971786783）
一>、引言
隧道窑是一种连续式窑炉，主要用于陶瓷建材、日用陶瓷等烧制，就其结构而言主要由预热区、高温区、急冷区和缓冷区组成，隧道窑的控制涉及风机的控制、温度的检测、压力的检测，温度的控制、压力的控制以及其它控制。将 CAN总线技术应用在隧道窑控制系统，可以很好地满足温度和压力实时控制的要求，系统通信速率高、稳定性强，而工业级人机界面的参与，使得控制系统更加直观化，易于用户使用和操作。下面以河北唐山某陶瓷厂的一条隧道窑为案例，介绍其控制系统的实现过程。
下面以是EASY系列的PLC以及AD模块成功应用于湖北黄冈“华窑集团中亚窑炉公司”隧道窑的控制系统为例，介绍其控制系统的实现过程。
二>、用户资料
1、温度控制区8组。
2、温度显示区10组。
3、热电偶：18支。
其中： K分度11支
S分度7支
4、风机选型
排烟风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
助燃风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
急冷风机： 11kw 一开一备 （变频）
抽热风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
快冷风机： 7.5kw 一开一备 直接启动。
轴流风机： 0.18kw 8台 直接启动
5、安全连锁。
开关量互锁：必须是硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。
6、使用人机界面控制
现场设人机界面，所有操作均可在人机界面上完成；
面板按钮与人机界面按钮互为备份。（集中分散型控制）
7.关控制信息能传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制。
计算机画面应含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。
三>、解决方案
1.温度采集部分
10支热电偶，K、S两种分度号。选用每路每路分度号均可设的CAN—1216温度采集模块。
2.温度控制部分
18点温度中，其中8点（设计时需指定）用来作温度控制用。在这8点温度控制中，其中7点是控制执行器阀位值，改变燃料注入量，从而使温度稳定。另外一点是控制急冷变频器输出频率，改变急冷风机运行速度，从而使急冷区温度变化。其它因素由人工调整（如助燃风、燃气压力等）。
每个控温度点占用一路模拟量输出，急冷变频器占用一路模拟量输出，执行器采取开度定位方式。
因此温度控制占用：
8路模拟量（输入、输出）。
3.相关风机部分
①、排烟风机控制。
排烟风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此排烟风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。
②助燃风机控制。
助燃风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此排烟风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。
③、急冷风机控制。
急冷风机快慢由变频器调整，通过PLC内部PID运算输出4-20mA标准信号，来控制变频器的输出频率。同时在人机界面也可以实行手自动切换进行控制。因此急冷风机占用：
5点开关输入：急冷A启动、急冷B启动、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
2点开关输出：（运行控制）*2。
1点模拟输出：频率调节（手自动调节）。
④、抽热风机控制。
抽热风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此抽热风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。
⑤、快冷风机控制。
快冷风机一开一备，直接输出控制，因此占用：
6点开关量输入：（启动、停止、故障）*2。
2点开关量输出：（运行控制）*2。
⑥、轴流风机控制。
轴流风机：0.18kw 8台，直接输出控制，因此占用：
3点开关量输入：启动、停止、故障。
1点开关量输出：运行控制。
⑦、安全连锁。
开关量互锁：必须的硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。
4、系统构架
据以上统计，有温度采集8点；
开关量输入：49点模拟量输入：8点
开关量输出；34点模拟量输出；8点
故需选用：温度采集模块：CAN—AD1216 1台
温度控制：EASY—M0808R—A0404NB 2台
风机控制部分采用：Easy-M1608R 2台
另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1台，用于拖车部分的PLC（Easy-M1608R）4台
每块CAN-AD1216：
有16路温度输入
有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连以及Easy系列的PLC相连组成网络。
每台Easy-M0808R-A0404NB：
有8点开关量输入、8点开关量输出。有4路模拟量输入、4路模拟量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
每台块Easy-M2416R：
有24点开关量输入、16点开关量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
每台块Easy-M1608R：
有16点开关量输入、8点开关量输出。
有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。
有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。
有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1台，用于拖车部分的PLC（Easy-M1608R）4台
显示控制的人机界面一台（10.4英寸，真彩色），用于监控的普通计算机一台。
其他电器部分：
变频器，开关电源，空气开关，接触器，继电器，按钮，指示灯，报警器，柜体。
其中控制部分的硬件价格为：
CAN-AD1216A一台价格为1680元
Easy-M2416R两台价格为1680×2=3360元
Easy-M0808R-A0404NB两台价格为1680×2=3360元
Easy-M1608R五台价格为1280×5=6400元
人机界面一台价格为12000元
总计价格为：26800元
四>、控制结构图
控制结构图
五>、PLC接线示意图
1#从站接线示意图
2#从站接线示意图
3#从站接线示意图
4#从站接线示意图
注：其中主站与拖车部分（6#从站-9#从站）的PLC接线示意图略
六>、系统功能的实现
1．所有的风机控制和电磁阀以及拖车都是由PLC的开关量控制。
下面是排烟风机A的星--三角控制程序的梯形图程序：
2．模拟量温度采集由一台AD1216采集。
3．所有的模拟量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，温度由Easy-M0808R-A0404NB经过PID调节输出（4-20mA给执行器和变频器），控制执行器与变频器从而控制窑炉的温度；
下面是其中一路PID输出控制执行器的梯形图程序：
4．所有的控制设备组成了一个网络，整个CAN总线网络互联由CANSET软件来实现,它是图形化界面的软件,设置起来十分简便,并且在PLC的梯形图中除了地址和主从站外无须再对其他相关内容进行设置，在一定程度上简化程序设计的工作量。CANSET软件能很轻松方便的完成通讯设置。设置内容包括：网络设备总数、网络设备地址、网络通讯数据的内容、网络数据通讯速度等。它还能根据用户的需要，灵活设置每个设备的任务级别，以保证网络资源的合理分配。处于下层网络的AD，以及从站PLC设备，遵循CANBUS协议的接口，能很方便的联入CAN总线网络中，构成系统的主体。（CAN网络的数据线在300米以内都为最佳传输距离）
5．相关信息通过RS485网络传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制。
在计算机中包含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。其中在计算机中的各个曲线图每隔2分钟自动保存一次。
七、 人机界面操作说明
主画面由四部份组成，上面是日期时间显示与警报走马灯及中英文切