PLC在水泥生產(chǎn)線上的應(yīng)用
2007-05-25 00:00
1 現(xiàn)狀
近十幾年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的功能和結(jié)構(gòu)不斷改進，應(yīng)用范圍從原來的邏輯控制發(fā)展到連續(xù)和分批量過程控制，以高可靠、低成本的特點，深受廣大用戶好評，特別是以PLC為基礎(chǔ)的DCS發(fā)展更快，目前PLC與DCS相互滲透，相互融合，相互競爭，已成為當(dāng)今工業(yè)控制系統(tǒng)的生力軍。
全國現(xiàn)有的大部分水泥企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備落后，能源消耗高，污染較嚴重，自動化控制水平低，仍然采用常規(guī)的繼電器、接觸器加模擬儀表控制方式，影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
目前由于純DCS控制系統(tǒng)側(cè)重于多種PID算法、比值控制、串級調(diào)節(jié)等功能，成本較高，而基于PLC的DCS控制系統(tǒng)(下稱PLC控制系統(tǒng))側(cè)重于順序控制等功能，成本相對較低。對于整個控制過程中以開關(guān)量輸入、輸出約占80%的中小型水泥廠來講，從節(jié)省投資的角度來考慮，選擇PLC控制系統(tǒng)是比較合理的。例如:目前700t/d的水泥廠控制系統(tǒng)采用DCS的投資大約需要250萬元，而采用PLC控制系統(tǒng)只需190萬元，節(jié)約投資約24%。表1列出了江西珠山水泥廠PLC計算機控制系統(tǒng)I/O點數(shù)分布情況，該廠PLC計算機控制系統(tǒng)開關(guān)量輸入、輸出占79.6%，投資為180萬元。
水泥廠從項目立項開始到建成投產(chǎn)，通常要經(jīng)過可行性研究、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、軟件設(shè)計、工程施工、單機試車、軟件調(diào)試、聯(lián)動試車、試生產(chǎn)等各階段工作，其中施工圖設(shè)計和軟件設(shè)計階段對整體控制水平起著決定性作用，軟件調(diào)試階段是通過對設(shè)計的修正和完善，達到設(shè)計目標。同樣，若采用PLC控制系統(tǒng)，也必須做好這些工作，才能實現(xiàn)水泥廠各階段的過程銜接，使工程項目有條不紊地進行下去，從而保證順利建成投產(chǎn)。下面我們結(jié)合實例，重點從施工圖設(shè)計、軟件設(shè)計、軟硬件安裝調(diào)試方面進行分析和探討。
2 施工圖設(shè)計
2.1 控制方式及設(shè)備選型
水泥廠生產(chǎn)過程自動化控制包括順序控制和過程控制兩方面。順序控制主要是實現(xiàn)對全廠進入PLC的電動機、電控設(shè)備進行成組起動、停車以及設(shè)備運行時的相互聯(lián)鎖等；過程控制主要是實現(xiàn)對全廠進入PLC的溫度、壓力、速度、流量、料位等工藝參數(shù)進行采集，并通過對諸如閥門開度、速度給定等對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié)和控制。
2.1.1 控制方式選擇
水泥廠的電動機控制方式有兩種，集中優(yōu)先控制方式和機旁優(yōu)先控制方式。
選擇集中控制方式時，計算機根據(jù)工藝流程圖及保護要求，將按預(yù)先安裝好的程序，由操作員對需要的分組進行起?？刂?。
選擇機旁控制方式時，人工在機旁單獨開、停機，以利于單機試車。
選擇零位控制方式時，集中和機旁均不能開車，以確保檢修人員的安全。
設(shè)備出現(xiàn)嚴重異?；騻κ鹿蕰r，機旁可以立刻停車；同樣，中控室可以進行一個子系統(tǒng)范圍內(nèi)的緊急停車。
2.1.2 電氣設(shè)備選型
本著技術(shù)成熟、運行可靠、指標先進、經(jīng)濟合理的原則，又充分考慮到國內(nèi)電氣設(shè)備的制造水平及現(xiàn)狀，主要電氣設(shè)備及元器件采用進口產(chǎn)品或引進技術(shù)生產(chǎn)制造的產(chǎn)品。對要求調(diào)速的場合，目前較多采用交流變頻調(diào)速裝置，滑差電磁調(diào)速裝置已逐步趨于淘汰。少數(shù)容量大且對起動力矩要求較高的地方，如窯主傳動、冷卻機等可采用直流調(diào)速裝置。
為了提高可靠性，隨設(shè)備配帶的控制箱、控制柜，如稀油站、除塵器、水電阻柜以及高壓開關(guān)柜等均采用小PLC或常規(guī)的繼電器完成其自身必要的順序控制和過程控制，并安裝控制方式選擇開關(guān)，提供給計算機遠方控制方式接口，以盡量減少主控系統(tǒng)的開銷，并可就地試車。
2.1.3 自動化設(shè)備選型
壓力變送器盡量選用測量范圍大的產(chǎn)品，減少型號種類，以方便日常維護或備件準備。一般場合的溫度測點選用熱電阻、熱電偶監(jiān)測元件，大型機械設(shè)備或大型電動機的保護熱電阻溫度信號，如回轉(zhuǎn)窯托輪、主電動機繞組溫度等熱電阻信號，全部進入計算機由中控室集中監(jiān)視。窯筒體測溫裝置、窯尾預(yù)熱器一級筒出口處氣體分析儀、生料質(zhì)量控制系統(tǒng)、窯頭和篦冷機用監(jiān)控工業(yè)電視系統(tǒng)通常為獨立完整的監(jiān)控系統(tǒng)，其部分必要的信號應(yīng)進入計算機。
2.2 計算機控制系統(tǒng)
計算機系統(tǒng)應(yīng)選用開放性集散型控制系統(tǒng)。目前PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)集散控制的功能。
表2例舉了PLC集散控制系統(tǒng)在水泥工業(yè)中一些實際應(yīng)用情況，這些廠現(xiàn)均已正式投產(chǎn)，計算機控制系統(tǒng)運行狀況良好。
由于各廠的系統(tǒng)構(gòu)成很相似，下面以某700t/d水泥廠為例作簡要介紹。
系統(tǒng)采用美國Modicon公司的Quantum系列可編程控制器組成集散控制系統(tǒng)，對主要工藝流程生產(chǎn)線的設(shè)備進行控制。結(jié)合本廠工藝流程及生產(chǎn)特點，全廠共設(shè)四個現(xiàn)場站和4個操作站(含工程師站)，控制范圍從工藝生產(chǎn)線的原料調(diào)配站、生料制備、燒成系統(tǒng)、煤粉制備至水泥制成車間，各現(xiàn)場站及中控室均配有UPS備用電源。
2.2.1 計算機運行環(huán)境及系統(tǒng)配置
操作系統(tǒng):Microsoft WindowsNT中文版
組態(tài)軟件
近十幾年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的功能和結(jié)構(gòu)不斷改進，應(yīng)用范圍從原來的邏輯控制發(fā)展到連續(xù)和分批量過程控制，以高可靠、低成本的特點，深受廣大用戶好評，特別是以PLC為基礎(chǔ)的DCS發(fā)展更快，目前PLC與DCS相互滲透，相互融合，相互競爭，已成為當(dāng)今工業(yè)控制系統(tǒng)的生力軍。
全國現(xiàn)有的大部分水泥企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備落后，能源消耗高，污染較嚴重，自動化控制水平低，仍然采用常規(guī)的繼電器、接觸器加模擬儀表控制方式，影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
目前由于純DCS控制系統(tǒng)側(cè)重于多種PID算法、比值控制、串級調(diào)節(jié)等功能，成本較高，而基于PLC的DCS控制系統(tǒng)(下稱PLC控制系統(tǒng))側(cè)重于順序控制等功能，成本相對較低。對于整個控制過程中以開關(guān)量輸入、輸出約占80%的中小型水泥廠來講，從節(jié)省投資的角度來考慮，選擇PLC控制系統(tǒng)是比較合理的。例如:目前700t/d的水泥廠控制系統(tǒng)采用DCS的投資大約需要250萬元，而采用PLC控制系統(tǒng)只需190萬元，節(jié)約投資約24%。表1列出了江西珠山水泥廠PLC計算機控制系統(tǒng)I/O點數(shù)分布情況，該廠PLC計算機控制系統(tǒng)開關(guān)量輸入、輸出占79.6%，投資為180萬元。
水泥廠從項目立項開始到建成投產(chǎn)，通常要經(jīng)過可行性研究、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、軟件設(shè)計、工程施工、單機試車、軟件調(diào)試、聯(lián)動試車、試生產(chǎn)等各階段工作，其中施工圖設(shè)計和軟件設(shè)計階段對整體控制水平起著決定性作用，軟件調(diào)試階段是通過對設(shè)計的修正和完善，達到設(shè)計目標。同樣，若采用PLC控制系統(tǒng)，也必須做好這些工作，才能實現(xiàn)水泥廠各階段的過程銜接，使工程項目有條不紊地進行下去，從而保證順利建成投產(chǎn)。下面我們結(jié)合實例，重點從施工圖設(shè)計、軟件設(shè)計、軟硬件安裝調(diào)試方面進行分析和探討。
2 施工圖設(shè)計
2.1 控制方式及設(shè)備選型
水泥廠生產(chǎn)過程自動化控制包括順序控制和過程控制兩方面。順序控制主要是實現(xiàn)對全廠進入PLC的電動機、電控設(shè)備進行成組起動、停車以及設(shè)備運行時的相互聯(lián)鎖等；過程控制主要是實現(xiàn)對全廠進入PLC的溫度、壓力、速度、流量、料位等工藝參數(shù)進行采集，并通過對諸如閥門開度、速度給定等對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié)和控制。
2.1.1 控制方式選擇
水泥廠的電動機控制方式有兩種，集中優(yōu)先控制方式和機旁優(yōu)先控制方式。
選擇集中控制方式時，計算機根據(jù)工藝流程圖及保護要求，將按預(yù)先安裝好的程序，由操作員對需要的分組進行起?？刂?。
選擇機旁控制方式時，人工在機旁單獨開、停機，以利于單機試車。
選擇零位控制方式時，集中和機旁均不能開車，以確保檢修人員的安全。
設(shè)備出現(xiàn)嚴重異?；騻κ鹿蕰r，機旁可以立刻停車；同樣，中控室可以進行一個子系統(tǒng)范圍內(nèi)的緊急停車。
2.1.2 電氣設(shè)備選型
本著技術(shù)成熟、運行可靠、指標先進、經(jīng)濟合理的原則，又充分考慮到國內(nèi)電氣設(shè)備的制造水平及現(xiàn)狀，主要電氣設(shè)備及元器件采用進口產(chǎn)品或引進技術(shù)生產(chǎn)制造的產(chǎn)品。對要求調(diào)速的場合，目前較多采用交流變頻調(diào)速裝置，滑差電磁調(diào)速裝置已逐步趨于淘汰。少數(shù)容量大且對起動力矩要求較高的地方，如窯主傳動、冷卻機等可采用直流調(diào)速裝置。
為了提高可靠性，隨設(shè)備配帶的控制箱、控制柜，如稀油站、除塵器、水電阻柜以及高壓開關(guān)柜等均采用小PLC或常規(guī)的繼電器完成其自身必要的順序控制和過程控制，并安裝控制方式選擇開關(guān)，提供給計算機遠方控制方式接口，以盡量減少主控系統(tǒng)的開銷，并可就地試車。
2.1.3 自動化設(shè)備選型
壓力變送器盡量選用測量范圍大的產(chǎn)品，減少型號種類，以方便日常維護或備件準備。一般場合的溫度測點選用熱電阻、熱電偶監(jiān)測元件，大型機械設(shè)備或大型電動機的保護熱電阻溫度信號，如回轉(zhuǎn)窯托輪、主電動機繞組溫度等熱電阻信號，全部進入計算機由中控室集中監(jiān)視。窯筒體測溫裝置、窯尾預(yù)熱器一級筒出口處氣體分析儀、生料質(zhì)量控制系統(tǒng)、窯頭和篦冷機用監(jiān)控工業(yè)電視系統(tǒng)通常為獨立完整的監(jiān)控系統(tǒng)，其部分必要的信號應(yīng)進入計算機。
2.2 計算機控制系統(tǒng)
計算機系統(tǒng)應(yīng)選用開放性集散型控制系統(tǒng)。目前PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)集散控制的功能。
表2例舉了PLC集散控制系統(tǒng)在水泥工業(yè)中一些實際應(yīng)用情況，這些廠現(xiàn)均已正式投產(chǎn)，計算機控制系統(tǒng)運行狀況良好。
由于各廠的系統(tǒng)構(gòu)成很相似，下面以某700t/d水泥廠為例作簡要介紹。
系統(tǒng)采用美國Modicon公司的Quantum系列可編程控制器組成集散控制系統(tǒng)，對主要工藝流程生產(chǎn)線的設(shè)備進行控制。結(jié)合本廠工藝流程及生產(chǎn)特點，全廠共設(shè)四個現(xiàn)場站和4個操作站(含工程師站)，控制范圍從工藝生產(chǎn)線的原料調(diào)配站、生料制備、燒成系統(tǒng)、煤粉制備至水泥制成車間，各現(xiàn)場站及中控室均配有UPS備用電源。
2.2.1 計算機運行環(huán)境及系統(tǒng)配置
操作系統(tǒng):Microsoft WindowsNT中文版
組態(tài)軟件