混合型PLC在窯爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 我公司成功的開發(fā)了一款混合型（既有開關(guān)量又有模擬量）PLC產(chǎn)品EASY-M0808R-A0404NB。 EASY-M0808R-A0404NB是建立在高速CAN總線和公司自主研發(fā)的嵌入式PLC芯片組技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)之上，所以產(chǎn)品除了具有CAN總線連網(wǎng)外還具有梯形圖編程設(shè)置功能。產(chǎn)品在底層編程設(shè)計(jì)時(shí)留有功能函數(shù)接口和系統(tǒng)控制字，用戶可以結(jié)合自己的工藝及設(shè)備要求通過對(duì)輸入輸出口串并聯(lián)電阻及用梯形圖編程來設(shè)置AI，D0為0-10V，4-20mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，從而可以適應(yīng)大多數(shù)傳感器、執(zhí)行器的輸入輸出要求。并且可以輸入各通道分度號(hào)及溫度—毫伏非線性表使得EASY-M0808R-A0404NB不僅適用常用的K、S、B分度熱電偶，也適合用于其它一些不常用的分度的熱電偶，比如T分度等。還可以通過零點(diǎn)量程設(shè)置及調(diào)用線性轉(zhuǎn)換程序也可以滿足不同量程的輸入輸出要求。 以下是我公司的PLC以及AD模塊應(yīng)用于湖北黃岡“華窯集團(tuán)——中亞窯爐”隧道窯的控制系統(tǒng) 一、用戶資料 1、溫度控制區(qū)8組。 2、溫度顯示區(qū)10組。 3、熱電偶：18支。 其中： K分度11支 S分度7支 4、風(fēng)機(jī)選型 排煙風(fēng)機(jī)： 15kw 一開一備 要星-三角啟動(dòng)。 助燃風(fēng)機(jī)： 15kw 一開一備 要星-三角啟動(dòng)。 急冷風(fēng)機(jī)： 11kw 一開一備 （變頻） 抽熱風(fēng)機(jī)： 15kw 一開一備 要星-三角啟動(dòng)。 快冷風(fēng)機(jī)： 7.5kw 一開一備 普通，直接啟動(dòng)。 軸流風(fēng)機(jī)： 0.18kw 8臺(tái) 直接啟動(dòng) 5、 安全連鎖。 開關(guān)量互鎖：必須的硬件互鎖和軟件互鎖。在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)一步落實(shí)工藝互鎖要求。 6、用人機(jī)界面和計(jì)算機(jī)。 現(xiàn)場設(shè)人機(jī)界面，所有操作均可在人機(jī)界面完成； 面板按鈕與人機(jī)界面按鈕互為備份。（集中分散型控制） 7、有關(guān)控制信息能傳到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)只作信息管理用，不參與控制。 計(jì)算機(jī)畫面應(yīng)含有：現(xiàn)場模擬圖、溫度實(shí)時(shí)曲線圖、控制設(shè)定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報(bào)表打印功能。 二、解決方案 1、溫度采集部分 10支熱電偶，K、S兩種分度號(hào)。選用每路可設(shè)K、S、B分度號(hào)的溫度檢測模塊。 每塊CAN-AD1216A可采集16路溫度信號(hào)。 CAN-AD1216 1塊。 2、溫度控制部分 18點(diǎn)溫度中，其中8點(diǎn)（設(shè)計(jì)時(shí)需指定）用來作溫度控制用。此處溫度控制是控制執(zhí)行器閥位大小，改變?nèi)剂献⑷攵嗌伲瑥亩箿囟确€(wěn)定。其它因素由人工調(diào)整（如助燃風(fēng)、燃?xì)鈮毫Φ龋? 每個(gè)控溫度點(diǎn)占用一路模擬量輸出點(diǎn)。 執(zhí)行器采取開度定位方式。 因此溫度控制占用： 8路模擬量（輸入、輸出）。 3、相關(guān)風(fēng)機(jī)部分 ①、排煙風(fēng)機(jī)控制。 排煙風(fēng)機(jī)一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制采用兩套獨(dú)立的星-三角控制，每套占三個(gè)開關(guān)輸出點(diǎn)（主、星、三角），占三個(gè)開關(guān)輸入點(diǎn)（啟動(dòng)、停止、故障），因此排煙風(fēng)機(jī)控制占用： 6點(diǎn)開關(guān)輸入：（啟動(dòng)、停止、故障）＊2。 6點(diǎn)開關(guān)輸出：（主接觸器、星接觸器、三角接觸器）＊2。 ②助燃風(fēng)機(jī)控制。 助燃風(fēng)機(jī)一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制采用兩套獨(dú)立的星-三角控制，每套占三個(gè)開關(guān)輸出點(diǎn)（主、星、三角），占三個(gè)開關(guān)輸入點(diǎn)（啟動(dòng)、停止、故障），因此排煙風(fēng)機(jī)控制占用： 6點(diǎn)開關(guān)輸入：（啟動(dòng)、停止、故障）＊2。 6點(diǎn)開關(guān)輸出：（主接觸器、星接觸器、三角接觸器）＊2。 ③、急冷風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)。 急冷風(fēng)機(jī)快慢由變頻器調(diào)整，但由PLC經(jīng)過PID調(diào)節(jié)可以在人機(jī)界面上實(shí)行手自動(dòng)控制。因此急冷風(fēng)機(jī)占用： 5點(diǎn)開關(guān)輸入：急冷A啟動(dòng)、急冷B啟動(dòng)、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障 2點(diǎn)開關(guān)輸出：（運(yùn)行控制）＊2。 1點(diǎn)模擬輸出：頻率調(diào)整（手自動(dòng)調(diào)節(jié)）。4—20mA ④、抽熱風(fēng)機(jī)控制。 抽熱風(fēng)機(jī)一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制采用兩套獨(dú)立的星-三角控制，每套占三個(gè)開關(guān)輸出點(diǎn)（主、星、三角），占三個(gè)開關(guān)輸入點(diǎn)（啟動(dòng)、停止、故障），因此抽熱風(fēng)機(jī)控制占用： 6點(diǎn)開關(guān)輸入：（啟動(dòng)、停止、故障）＊2。 6點(diǎn)開關(guān)輸出：（主接觸器、星接觸器、三角接觸器）＊2。 ⑤、快冷風(fēng)機(jī)控制。 快冷風(fēng)機(jī)一開一備，直接輸出控制，因此占用： 6點(diǎn)開關(guān)量輸入：（啟動(dòng)、停止、故障）＊2。 2點(diǎn)開關(guān)量輸出：（運(yùn)行控制）＊2。 ⑥、軸流風(fēng)機(jī)控制。 軸流風(fēng)機(jī)：0.18kw 8臺(tái)，直接輸出控制，因此占用： 3點(diǎn)開關(guān)量輸入：啟動(dòng)、停止、故障。 2點(diǎn)開關(guān)量輸出：運(yùn)行控制。 ⑦、安全連鎖。 開關(guān)量互鎖：必須的硬件互鎖和軟件互鎖。在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)一步落實(shí)工藝互鎖要求。 4、構(gòu)架框圖 據(jù)以上統(tǒng)計(jì)，有 控制部分： 模擬量部分： 溫度采集：CAN-AD1216 K、S、B分度 1塊 溫度控制：8點(diǎn)使用Easy-M0808R-A0404NB 2臺(tái) 風(fēng)機(jī)控制部分采用Easy-M1608R 2臺(tái) 另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1臺(tái)，用于拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4臺(tái) 每塊CAN-AD1216A： 有16路溫度輸入 有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，以便于各采集模塊相連以及Easy系列的PLC相連組成網(wǎng)絡(luò)。 每臺(tái)Easy-M0808R-A0404NB： 有8點(diǎn)開關(guān)量輸入、8點(diǎn)開關(guān)量輸出。有4路模擬量輸入、4路模擬量輸出。 有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，以便于各采集模塊相連。 有與通用人機(jī)界面相連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)示和操作。 有與計(jì)算相連的RS1串口，便于計(jì)算機(jī)記錄管理。 每臺(tái)塊Easy-M2416R： 有24點(diǎn)開關(guān)量輸入、16點(diǎn)開關(guān)量輸出。 有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，以便于各采集模塊相連。 有與通用人機(jī)界面相連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)示和操作。 有與計(jì)算相連的RS1串口，便于計(jì)算機(jī)記錄管理。 每臺(tái)塊Easy-M1608R： 有16點(diǎn)開關(guān)量輸入、8點(diǎn)開關(guān)量輸出。 有與CAN網(wǎng)連接的現(xiàn)場總線接口，以便于各采集模塊相連。 有與通用人機(jī)界面相連的RS0串口，便于現(xiàn)場監(jiān)示和操作。 有與計(jì)算相連的RS1串口，便于計(jì)算機(jī)記錄管理。 另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1臺(tái)，用于拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4臺(tái) 顯示控制的人機(jī)界面一臺(tái)（10.4英寸，真彩色） 其他電器部分： 變頻器，開關(guān)電源，空氣開關(guān)，接觸器，繼電器，按鈕，指示燈，報(bào)警器，柜體。 其中控制部分的價(jià)格為： CAN-AD1216A一臺(tái)價(jià)格為1680元 Easy-M2416R兩臺(tái)價(jià)格為1680×2=3360元 Easy-M0808R-A0404NB兩臺(tái)價(jià)格為1680×2=3360元 Easy-M1608R五臺(tái)價(jià)格為1280×5=6400元 人機(jī)界面一臺(tái)價(jià)格為12000元 總計(jì)價(jià)格為：26800元 三、控制結(jié)構(gòu)圖以及各風(fēng)機(jī)控制圖 結(jié)合梯形圖PID、順控及功能指令使得這臺(tái)PLC在各類型，各量程的模擬量信號(hào)控制中大顯身手，并且價(jià)格只相當(dāng)于一臺(tái)控制儀表，從而可以向下覆蓋部分儀表市場，增加了其廣泛性和性價(jià)比。據(jù)調(diào)查在一款控制產(chǎn)品上集成如此多的功能在國內(nèi)市場尚屬空白。 圖一 控制結(jié)構(gòu)圖 四、PLC接線示意圖 1#從站接線示意圖 2#從站接線示意圖 3#從站接線示意圖 4#從站接線示意圖 5#從站接線示意圖 注：其中拖車部分（6#從站-9#從站）的PLC接線示意圖略 五、系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn) 1．所有的風(fēng)機(jī)控制和電磁閥以及拖車都是由PLC的開關(guān)量控制。 下面是排煙風(fēng)機(jī)A的星——三角控制程序的梯形圖程序： 2．模擬量溫度采集由一臺(tái)AD1216采集。 3．所有的模擬量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，溫度由Easy-M0808R-A0404NB經(jīng)過PID調(diào)節(jié)輸出（4-20mA給執(zhí)行器和變頻器），控制執(zhí)行器與變頻器從而控制窯爐的溫度； 下面是其中一路PID輸出控制執(zhí)行器的梯形圖程序： 4．所有的控制設(shè)備組成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)CAN總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)由CANSET軟件來實(shí)現(xiàn),它是圖形化界面的軟件,設(shè)置起來十分簡便,并且在PLC的梯形圖中除了地址和主從站外無須再對(duì)其他相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，在一定程度上簡化程序設(shè)計(jì)的工作量。CANSET軟件能很輕松方便的完成通訊設(shè)置。設(shè)置內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備總數(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址、網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)的內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊速度等。它還能根據(jù)用戶的需要，靈活設(shè)置每個(gè)設(shè)備的任務(wù)級(jí)別，以保證網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配。處于下層網(wǎng)絡(luò)的AD，以及從站PLC設(shè)備，遵循CANBUS協(xié)議的接口，能很方便的聯(lián)入CAN總線網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)成系統(tǒng)的主體。（CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)線在300米以內(nèi)都為最佳傳輸距離） 下圖是在CANSET下設(shè)置的本系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)配置： 5．相關(guān)信息通過RS485網(wǎng)絡(luò)傳到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)只作信息管理用，不參與控制。 在計(jì)算機(jī)中包含有：現(xiàn)場模擬圖、溫度實(shí)時(shí)曲線圖、控制設(shè)定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報(bào)表打印功能。其中在計(jì)算機(jī)中的各個(gè)曲線圖每隔2分鐘自動(dòng)保存一次。 六、 人機(jī)界面操作說明 主畫面由四部份組成，上面是日期時(shí)間顯示與警報(bào)走馬燈及中英文切換按鈕。其中時(shí)間日期可以在“畫面四”中進(jìn)行設(shè)置（一般情況下無須設(shè)置）。警報(bào)走馬燈顯示11臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行故障與燃?xì)獬蓿ㄉ舷孪蓿┮约?個(gè)從站掉線顯示。當(dāng)系統(tǒng)無故障時(shí)，報(bào)警走馬燈顯示設(shè)備運(yùn)行正常。 中間是現(xiàn)場模擬圖， 從中可以觀測到現(xiàn)場設(shè)備及工藝運(yùn)行的一些情況。包括11臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行指示燈，在運(yùn)行時(shí)相應(yīng)的指示燈的燈會(huì)變成綠色；主電磁閥以及各支電磁閥的開啟指示，當(dāng)電磁閥開啟時(shí)其對(duì)應(yīng)的指示燈的燈會(huì)變成綠色。 下面是11臺(tái)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)與停止按鈕以及主電磁閥的開與關(guān)按鈕，根據(jù)工藝及安全連鎖要求，只有排煙風(fēng)機(jī)（A或B）啟動(dòng)后才能啟動(dòng)助燃風(fēng)機(jī)（A或B），助燃風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后（A或B）才能開啟總閥，總閥開啟后才能開啟各支電磁閥。以上各設(shè)備的連鎖要求依次是排煙風(fēng)機(jī)——助燃風(fēng)機(jī)——總閥——各支電磁閥。在沒有啟動(dòng)前級(jí)設(shè)備的情況下是不會(huì)啟動(dòng)后級(jí)設(shè)備的，反之如果停止了前級(jí)設(shè)備，后級(jí)設(shè)備也相應(yīng)的自動(dòng)停止。上述各設(shè)備之間的啟動(dòng)順序在程序上進(jìn)行了連鎖，同時(shí)在硬件配線上也進(jìn)行了連鎖。 底部是四個(gè)換面按鈕與警報(bào)解除按鈕以及按鍵鎖按鈕，按壓各個(gè)換畫面按鈕可以進(jìn)入其對(duì)應(yīng)的子畫面?！熬瘓?bào)解除”按鈕是一個(gè)交替型按鈕，按壓“警報(bào)解除”按鈕可以解除發(fā)生故障時(shí)的聲光報(bào)警輸出，它只能暫時(shí)解除當(dāng)前的聲光報(bào)警，報(bào)警走馬燈上還會(huì)顯示相應(yīng)的故障，如果故障沒有排除，在下次PLC啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)還會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警?！鞍存I有效”按鈕是一個(gè)交替型按鈕，“按鈕無效”鍵是為了保護(hù)界面按鈕不被誤按而設(shè)置的，當(dāng)“按鈕無效”時(shí)，按壓風(fēng)機(jī)啟停按鍵及總閥按鈕是不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作的。 此畫面是溫度與急冷變頻器手自動(dòng)調(diào)節(jié)畫面，按溫度對(duì)應(yīng)的“自動(dòng)”按鍵變?yōu)椤笆謩?dòng)”時(shí)，此時(shí)可以人為的“+”與“-”調(diào)節(jié)輸出閥位值，當(dāng)按一下“+”或“-”時(shí)，閥位值“增加”或“減少”1.25。當(dāng)手自動(dòng)調(diào)節(jié)為“自動(dòng)”時(shí)，閥位值輸出由PLC的PID程序控制輸出。按急冷控制下面的“自動(dòng)”按鍵變?yōu)椤笆謩?dòng)”時(shí)，通過的“增速”和“減速”鍵調(diào)節(jié)輸出閥位值，從而改變變頻器的頻率輸出來控制急冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度。當(dāng)按一下“增速”或“減速”時(shí)，閥位值“增加”或“減少”1.25。當(dāng)手自動(dòng)調(diào)節(jié)為“自動(dòng)”時(shí)，變頻器的頻率由PLC的PID程序控制輸出。 在此畫面中的溫度給定與實(shí)測溫度都是不能改變的，都只是數(shù)值顯示。 按壓返回按鈕返回主畫面。 故障信息顯示有三部分組成，分別是當(dāng)前警報(bào)表，歷史警報(bào)表，和在主畫面中的警報(bào)走馬燈組成。如果有故障發(fā)生首先在警報(bào)走馬燈上會(huì)有指示，這時(shí)打開故障信息畫面在當(dāng)前故障表中有關(guān)于此故障的詳細(xì)說明。待排除故障后，當(dāng)前警報(bào)信息會(huì)自動(dòng)消失，但在歷史警報(bào)表中會(huì)有記錄，當(dāng)前故障顯示里面記錄20條故障信息，其中運(yùn)行正常也放進(jìn)了故障顯示里面。當(dāng)前故障顯示與歷史故障顯示里面最多能夠存儲(chǔ)1000故障信息。當(dāng)有1001條故障信息發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刪除第一條信息。但在計(jì)算機(jī)上面還會(huì)保存這些故障信息。在當(dāng)前故障顯示與歷史故障顯示里面能夠顯示發(fā)生故障的詳細(xì)時(shí)間。 按壓返回按鈕返回主畫面。 此畫面顯示的是PLC 8組PID運(yùn)算所需要的參數(shù)設(shè)置值，這些值按照現(xiàn)場工藝要求一經(jīng)設(shè)置好后不許改動(dòng)。它由密碼進(jìn)行保護(hù)，只有持有密碼者才可以打開畫面進(jìn)去修改?！霸O(shè)定日期時(shí)間”是一個(gè)設(shè)值按鈕，可以設(shè)置時(shí)間日期。其中上限值與下限值最大值限定在100以內(nèi)，在設(shè)定時(shí)，上限值應(yīng)該大于下限值，閥位開度顯示值為“0-100”，當(dāng)閥位開度為“0”時(shí)，PLC輸出電流實(shí)際值為4mA，當(dāng)閥位開度為“50”時(shí)，PLC輸出電流實(shí)際值為12mA。當(dāng)閥位開度為“100”時(shí)，PLC輸出電流實(shí)際值為20mA。按壓返回按鈕返回主畫面。 實(shí)時(shí)曲線由兩條曲線組成，紅色為實(shí)測值曲線，藍(lán)色為設(shè)定值曲線。橫坐標(biāo)表示溫度點(diǎn)，縱坐標(biāo)表示溫度值。按壓采樣周期設(shè)定按鈕可以設(shè)置采樣周期，采樣周期設(shè)定按鈕其實(shí)是設(shè)置曲線的更新時(shí)間。按壓返回按鈕返回主畫面。 七、小結(jié) 本系統(tǒng)由于采用了EASY系列網(wǎng)絡(luò)型PLC產(chǎn)品，使整個(gè)系統(tǒng)組成了一個(gè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了“集中分散控制”（在人機(jī)界面上控制屬于集中控制，在各個(gè)柜子面板上的按鈕控制屬于分散控制，兩者處于同一個(gè)優(yōu)先級(jí)），本方案采用的是PLC+HMI窯爐專用控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是針對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題而專門開發(fā)的，它克服了使用工業(yè)計(jì)算機(jī)存在的三大問題，即①計(jì)算機(jī)可靠性難以保證（如：風(fēng)扇、硬盤、、鍵盤、鼠標(biāo)等原因）②很難標(biāo)準(zhǔn)化（硬件不斷升級(jí)、經(jīng)常淘汰一些機(jī)型，軟件不斷更新，編程語言眾多，很難規(guī)范化），③維護(hù)麻煩（如去年的硬件，今年買不到等）；PLC+HMI系統(tǒng)早就成功應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、壓磚機(jī)等設(shè)備上，PLC+HMI系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是將熱工參數(shù)引入到PLC中，通過高可靠性PLC完成控制功能，同時(shí)HMI（工業(yè)通用人機(jī)界面，觸摸屏10.4）可提供一個(gè)良好的用戶接口。不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐各系統(tǒng)的綜合控制，而且能直接地看到不同溫區(qū)工作狀況，并能自動(dòng)記錄及畫面語音提示。 另外本系統(tǒng)還采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，計(jì)算機(jī)只作信息管理用，不參與控制。在計(jì)算機(jī)中包括現(xiàn)場模擬圖、溫度實(shí)時(shí)曲線圖、控制設(shè)定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報(bào)表打印功能。上述的曲線在計(jì)算機(jī)中是每隔2分鐘自動(dòng)保存一次。計(jì)算機(jī)可以通過485網(wǎng)絡(luò)（傳輸距離1000米）放在辦公室里面，在辦公室里實(shí)現(xiàn)查看現(xiàn)場運(yùn)行的一些情況，分析曲線，工藝。 系統(tǒng)具有很大的擴(kuò)展性和可維護(hù)性，在工作環(huán)境改變時(shí)，可靈活增添或減少設(shè)備。實(shí)現(xiàn)起來也只需在CANSET軟件中來設(shè)置即可，不用考慮其他事項(xiàng)，這對(duì)于系統(tǒng)的不斷完善和升級(jí)換代奠定了很好的基礎(chǔ)。