PLC模块代理商-西门子代理商

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一散装机的工作原理及控制流程
1 散装机的组成结构
SZ系列固定式水泥散装机是由进料接头、伸缩下料套管散装头、下料锥斗、卷扬装置（包括松绳开关装置、料满控制器）、收尘系统、除尘系统、卸料阀、气源阀、闸门等零部件组成。散装机既可安装在库底也可安装在库侧同相应的卸料装置配套使用。库侧散装机使用时配备空气输送斜槽(含高压离心风机)，库底散装机使用时配备短斜槽输送部分(含高压离心风机)，以适应工艺布置的需要。
2 散装机的原理及流程
水泥罐车抵达位置后，按控制装置上的“下降”按钮使散装头下降到罐车入料口进入准备装料状态。按“装车”钮进行装车。此时高压离心风机工作，使物料在打开卸料电磁阀后能输送斜槽；同时气源电磁阀打开，接通气源；收尘风机同时启动，收尘电磁阀开启驱使气缸动作推动外壳内翻板并使翻板处于导通状态，此时除尘电磁阀处于关闭状态，储气罐储存气体，收尘系统进入工作状态；同时料位风机和活化灰风机打开。0.5秒后卸料电磁阀开启，驱使气缸控制卸料阀门打开进行装料。装载容器内的含尘气体通过伸缩套管中的夹层通道由收尘接口抽到配套的收尘器中，使含尘气体吸附到布袋上，工作现场可实现无尘作业。当物料装到预先调定的高度或容器已经装满时，装载容器内的物料会堵住散装头下方的风管接头，产生料满报警并自动关闭卸料电磁阀停止装料。卸料电磁阀关闭1分钟后活化灰风机关闭，再过30秒后收尘风机关闭，收尘电磁阀关闭，此时外壳内翻板处于关闭状态，除尘电磁阀打开清灰2~3分钟左右自动停止，料位风机和高压离心风机停止，气源停止。后按“上升”钮使散装头上升至预定位置。灌装结束。
二 PLC控制的优点
目前国内水泥散装机的电控部分大都是以大量的时间继电器和中间继电器组成的实序逻辑控制电路来控制各个阀门、电机的启停时间和顺序，在整个工作流程中各元器件动作很频繁，尤其是时间继电器在现场环境比较恶劣的条件下是容易损坏，故障率高。经常造成装车工作被迫中断，降低了工作效率。而采用PLC控制系统则大大避免了上述问题。PLC控制系统与继电器控制系统相比有如下优点：
2.1控制方式
继电器的控制是采用硬件接线实现的，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，方便快捷。
2.2控制速度
继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。
2.3延时控制
继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大。PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。
2.4上传数据
现在水泥厂的自动化程度越来越高，对设备DCS的要求也越来越高，因此在电气方面我们要实现如下功能：
⑴能自动实现从开启除尘器设备到水泥罐车装满的全过程。
⑵运行过程中，能将各设备的运行信号反馈到中控室。
⑶中控室接到备妥后可以实现远程启、停设备。
⑷停车状态下，提供设备的备妥信号。
⑸运行过程中若出现故障，可向中控室提供故障信号。
⑹实时监控水泥罐车内水泥的多少。
三 PLC控制的具体实现
基于以上几点，我们选用德国西门子公司生产的S7-200可编程序控制器作为控制，通过对其编程实现各设备的运行。
1 系统硬件组成
主要构成如下：西门子S7-200系列CPU一台、数字量扩展模块EM223一台、模拟量扩展模块EM231一台，我们将各个电机和阀门的状态及控制信号接入PLC，由PLC对这些设备进行控制；EM231可接收罐车重量信号4-20mA电流信号。我们也可以将这些信号通过EM277模块按照PROFIBUS-DP协议将系统连接到全厂PROFIBUS-DP总线上，将系统升级为一个PROFIBUS-DP从站，实现中控室对散装车间的控制。

1 引言

近年我国不少矿山企业为了实现、节能、环保等各方面日益增长的要求，积进行 设备的新改造。某金矿在碎矿生产环节引进了Nordberg HP 圆锥破碎机，以进一步优化生 产指标和提率。但是该矿原先采用的碎矿生产控制系统是以人工操作为主的常规继电器 控制方式，自动化水平低，对生产过程的各种信息缺乏有效的监控手段，不能及时响应各种 情况，加上电气设备老化，故障率高，维护频繁，严重制约了新装备生产效率的发挥。因此， 需要对原有控制系统一并进行改造。可编程控制器（PLC）作为一种的工业自动控制装 置，具有功能强大、编程灵活、调试使用方便，且等众多优点，特别是它适应各种 工业环境的能力和高性，使它得到广泛的应用。因此在本改造项目中，决定采用PLC 来改造并扩展原有控制系统的功能，并且运用组态软件，设计生动直观、功能丰富的监控流 程画面，实现生产过程信息的集中显示和处理。

2 工艺与控制要求

某金矿碎矿工艺为三段一闭路流程：原矿从原矿仓通过重型板式给送入鄂式破 碎机进行粗碎，然后由1# 皮带给入标准圆锥破碎机进行中碎，再经2# 皮带给入振动筛， 筛上产品经3# 皮带返回短头圆锥破碎机进行细碎，细碎产品汇入2# 皮带，与振动筛构成 闭路；筛下合格产品由4# 皮带送至粉矿仓。在控制上主要是对破碎、筛分及输送设备的起 /停控制、联锁控制及保护，以及对设备运行状态和关键参数的监测记录，包括：①重板给 、鄂式破碎机、2 台圆锥破碎机、振动筛及4 台皮带设备的电机起停控制、电机过载（热 继电器状态）的监测及自动联锁；②2 个圆锥破碎机稀油站、自动除铁装置、及3 台除尘风 机起停控制和工作状态监测；③粉矿仓声波料位计的信号监测；④控制室与现场各车间联 络的声光警示信号。

本次改造还增加了以下项目：⑤鄂式破碎机、2 台圆锥破碎机和轴瓦温度监测；⑥2 台 圆锥破碎机的电机工作负荷电流监测，以实现恒定负荷控制；⑦1#和3＃皮带安装电子皮带 秤和变频器，以实现给矿量控制；⑧控制室原有集中操作台和设备就地开关保留，和PLC 控制系统通过转换开关进行工作方式切换。

3 系统硬件配置 根据前述控制要求，在充分考虑了系统的性、稳定性、通用性基础上，确定本监控 系统采用集中式的控制结构，分为3 级：过程监控站、PLC 控制器和现场电气驱动和信号 检测。PLC 控制器选用西门子SIMATIC S7-300，该型PLC 技术成熟，应用广泛，具有 功能强、速度快、模块化等特点，具体配置为：CPU314，带有MPI 接口，配64k EPROM 存储卡做程序掉电保护；16 通道DI 模块SM321，5 个；16 通道DO 模块SM322，3 个；8 通道AI 模块SM331，2 个；4 通道AO 模块SM332，1 个；考虑系统的总点数和今后扩展 的需要，配置了1 个扩展机架，主机架和扩展机架之间通过通信模块IM360 和IM361 通信。 监控站采用研华工控机，运行澳大利亚的CitectSA 过程监控组态软件。S7-300 和监控 站计算机的通信采用MPI 接口，在上位机中安装CP5613 通讯卡，通过MPI 电缆进行连接。

4 PLC 控制功能设计

PLC 程序是实现整个系统功能的，设计内容较多，下面主要介绍生产设备的起停联 锁逻辑控制和破碎机恒定负荷控制。

4.1 设备起停联锁逻辑控制

碎矿设备控制具有以下特点：逆流程起动，即先起动4 # 皮带机，后起动重板给； 顺流程停机，即先停重板给，后停4 # 皮带机，并根据皮带速度、长度加以延时间隔， 以免发生堆料的现象。为保护设备及人员，还需要满足较为复杂的联锁关系：①当皮带 机、振动筛、圆锥破碎机、颚式破碎机中任一设备发生非正常停车或严重故障时，立即停止 上游设备的运行，下游设备保持原工作状态不变；当重板给、除尘器和除铁装置等辅助 设备发生故障跳闸时，只向主控室发出故障信号，而不中断系统的运行；②重要设备如圆锥 破碎机等受到监测的轴瓦温度、电机负荷电流和稀油站工作参数信号也参与联锁，在信号 自动停机，以防止设备受损；③根据皮带机系统的故障性质，进行紧急停机、顺序停机 或发出声光报警；④在监控站画面上及操作台都设有“紧急停止”按钮，当出现重大险情和 故障时，操作“紧急停止”按钮能立即停止全线设备。

系统从、灵活的原则出发，设置3 种控制方式：①计算机控制方式，正常 生产时使用，操作员在监控站画面实现设备联动或单动；②操作台控制，是保留系统原来的 操作方式，作为监控站失效时的备用；③就地控制，可以用机旁电气开关实现设备的起/停， 满足设备检修、试车、紧急事故处理的需要；在PLC 柜上设有转换开关和转换预置按钮， 可在3 种控制方式间进行任意转换。

通过对上述控制功能和PLC 各个输入输出信号的仔细分析，确定出单台设备的控制逻 辑，利用西门子STEP7 编程软件编写出梯形图（LAD）程序，见图1。其中，K 为控制设备起 /停的PLC 输出信号，Y 为启动逻辑信号，T 为停止逻辑信号，由以下信号按一定逻辑关系产 生：L ，与该设备有联锁关系的其他设备运行状态；S1，上台设备启动后延时触发信号；S2， 转换开关处于计算机控制方式；S3，监控画面单动/联动方式选择按钮，“1”为联动，“0” 为单动；S4，监控画面单动按钮；S5，控制方式预转换按钮；S6，转换开关状态，为“1”表 示处于就地控制；S7，设备正在运行状态，是中间继电器信号；B1，联动停止信号，由上台 设备停止后触发产生；B2，监控画面停止按钮；D1，预转换过程结束信号，“1”表示转换结 束，由定时器延时触发；B3，监控画面紧急停止按钮；B4，操作台紧急停止按钮；S8，与该 设备存在联锁关系的其他设备运行状态；S9，该设备PLC 控制输出状态，为“1”表示PLC 控制线路接通。

由图可见，当粒度、硬度、黏度等因素发生变化引起给矿量扰动发生时，给矿串级控制 系统多了一个副回路，不等扰动影响到负荷功率，副回路立刻进行调节，从而具有较强的抗 扰动能力，提高了系统的动态特性和主参数的控制质量。

5 监控站人机界面设计

软件采用澳大利亚的CitectSA 组态软件。CitectSA 采用开放式结构，支 持多种型号的PLC 和I/O 设备，只要在组态时设置PLC 类型和通信参数，并在监控画面的 控件属性中设置正确的PLC 位地址或字地址，软件就能建立起与PLC 内部地址的连接和 通信。我们利用它强大的图形组态技术和丰富的用户函数，设计了以下功能：①流程监控画 面（见图3），通过动态、变色、闪烁、数字、棒图及曲线的方式实时监视各电气设备、工 艺参数的工况，操作人员点击画面按钮可以实现全线设备单动起/停、联动起/停、紧急停车、 现场询问等控制功能；②生产数据统计，对设备的起/停时间，班运转时间、起/停次数累计 等信息自动记录并显示，对于合理安排生产和设备检修具有重要意义；③自动报表，将生产 统计数据按生产班次定时打印；同时，在监控画面设计了报表打印按钮，可以在任何需要的 时候进行打印；④在线操作指导，采用bbbbbbs 级链接文本帮助的形式，向操作人员提 供了方便、快捷的查找关于生产工艺操作、软件使用方法和设备维护等信息；⑤报警功能， 在每幅画面上都有报警标志，设备故障、工艺参数异常都会触发相应的报警，每个报警都有 详细的说明和原因解释，并有完善的报警确认、报警屏蔽和报警历史记录；⑥权限设置， 通过设置工程师和操作员2 级权限，明确了生产操作和管理职责，防止了误操作，有效的增 强了系统的性、性

1 引言
由于实验室原有的控制系统使用的是十年前的人机界面和PLC，故其硬件均已老化，性能下降，在运行的过程中经常出现死机、黑屏、重启动，甚至某些画面参数不能修改;同时由于无相应的PLC编程器、编程软件和人机界面软件，因此可维修性也差。为了解决这些问题，我们采用西门子S7-200PLC和北京亚控公司的组态王6.05工控组态软件 的控制方案对小丸包衣制粒机的控制系统作了改进。

2 小丸包衣制粒机系统组成
小丸包衣制粒机系统组成如图1所示。小丸包衣制粒机是专门用于实验室或车间小批量生产的。粉或类似的物料能在流化床中进行干燥、制粒以及包衣等过程。流化床物料容器底部装有筛网，药粉或小丸颗粒等类似的物料被盛放在筛网上。流动的空气经过滤处理后经容器底部的筛网向过，当流速达到一定速度时，颗粒(药粉)就会被空气托起，床内粒子就开始流化起来，形成流化床。流化床内的颗粒(药粉)在容器中剧烈搅动，并延伸到容器的扩展区，细微的粉末或轻微的颗粒则被粘附在袋式过滤器上。为了防止袋式过滤器的堵塞，控制滤袋升降的气缸会有一个间歇的抖动操控。空气经过袋式过滤器、控制风量大小的风门和风道被风机引出室外的大气中。在这个过程中，流化床容器内的微粒能充分的与空气流接触，并且搅动剧烈，因而能够很好的完成充分干燥，良好制粒，精致包衣等制过程。

图1 小丸包衣制粒机系统组成

3 系统主要控制要求
小丸包衣制粒机操作的基本控制要求包括五个方面。
(1) 产品温度控制
通过控制进风温度来控制产品温度。进风温度控制精度为±3℃，产品温度控制精度为±2℃。
(2) 进风风量的控制
控制精度为±40m3/h。
(3) 雾化压力的控制
即喷液装置喷射压力的控制，控制精度为±0.1bar。
(4) 密封压力的控制
产品容器与扩展仓密封，形成一个密闭的流化床反应器。采用油压装置进行密封，密封压力在35-70bar之间。
(5) 滤袋的抖动控制
抖动有单滤袋抖动和双滤袋抖动，有手动抖袋和自动抖袋。

4 控制方案的选择
4.1 两种不同方案的比较
小丸包衣制粒机的改进有两种方案可供选择，见表1:

在满足控制要求的前提下，控制系统硬件设备的选择应该追求的性能价格比。由于该机器的使用频率不高，平均每月一次，同时环境良好，因此采用PC+PLC的控制方案。当机器不用时，PC机可作它用。换句话说，利用公用PC机即可作人机界面。

4.2 PLC硬件配置
根据对控制系统的要求，选用西门子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC体积小，重量轻、安装方便、功能齐全、配置灵活、运行、编程简单，具有可观的经济性和强的适应性，可以满足上述控制要求。

4.3 人机界面组态软件
组态软件选择北京亚控公司的组态王6.05。这是一款具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件。组态王使用简单，适合各种简单和复杂的任务。只需要进行填表式操作，即可生成适合于用户的“监控和数据采集系统”，可有效用于控制自动化过程, 组态王6.05版是在bbbbbbs2000的平台上运行的，因此选用组态王是较为完善和方便的选择。整个控制系统的构成如图2所示:

图2 控制系统的构成

5 系统硬件设计
控制系统选用西门子S7-200系列PLC，选用了处理单元模块CPU224、数字量扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231、模拟量输出模EM232、模拟量输入输出模块EM235。其中的处理单元模块CPU224外部接线图如图3所示、输入输出分配如表2所示。

图3 PLC外部接线图

图4 主程序框图

6 系统软件设计
6.1 PLC程序设计
主程序框图如图4所示，其中子程序0为初始化程序，子程序1为检查扩展模块是否正常，子程序2为模拟量采样子程序，子程序3为对各执行设备输出的采样，子程序4为对各被控量和执行设备异常的报警子程序。由于篇幅所限，各子程序框图在此从略。

6.2 人机界面组态
组态软件选择北京亚控公司的基于bbbbbbS2000平台的工业控制组态软件“组态王”6.05版。只需要进行正常通信设置和填表式操作即可完成人机界面组态。运行组态画面程序和PLC用户程序，根据小丸机操作的顺序功能，点击组态画面上的各个按钮，通过模块上各输出位对应的发光二管，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。组态画面设计了设备控制、过程控制、过程参数等画面。其中设备控制画面如图5所示。

图5 设备控制画面

7 结束语
由于S7-200系列PLC具有体积小、系统集成度高(电源、主机、机架、开关量输入输出等功能集成一体)、配置灵活、接线简单、安装方便、抗干扰性强等特点，同时与同性能的产品相比，很好的满足了此次系统改造经济上技术上的要求。新系统人机界面友好(全中文界面)，操作简单快捷，运行稳定，受到广大用户的。