摘要：本文主要介紹了西門(mén)子S7-400系列PLC在天鐵集團(tuán)石礦廠(chǎng)活性石灰回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過(guò)人機(jī)界面和PLC實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的啟停、儀表參數(shù)監(jiān)控等，并通過(guò)PROFIBUS總線(xiàn)將其他廠(chǎng)商的電子皮帶秤和變頻器連接到系統(tǒng)中。 關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC） 回轉(zhuǎn)窯 過(guò)程監(jiān)控 Wincc組態(tài)軟件 一、概述 1.1設(shè)計(jì)目標(biāo) 基于“集中管理，分散控制”的模式，數(shù)字化、信息化工程的思想，著眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設(shè)，建立一個(gè)先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴(kuò)充的集過(guò)程控制、監(jiān)視、管理于一體并且具備良好開(kāi)放性的監(jiān)控系統(tǒng)，完成對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程及全部生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制。 1.2項(xiàng)目概述 本項(xiàng)目是天鐵石礦回轉(zhuǎn)窯工程，本工程分二期建設(shè)，一期工程建設(shè)1座600t/d回轉(zhuǎn)窯（于2006年11月投產(chǎn)），二期再建設(shè)1座600t/d回轉(zhuǎn)窯（于2008年5月投產(chǎn)），但相應(yīng)的輔助設(shè)施按2座窯規(guī)模一次建成。其工藝是將運(yùn)來(lái)的石灰石原料送入貯倉(cāng)，貯倉(cāng)中的石灰石經(jīng)倉(cāng)下的振動(dòng)給料機(jī)給出，經(jīng)帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)后送至篩分樓篩分，>18mm的篩上料經(jīng)帶式輸送機(jī)送入回轉(zhuǎn)窯中煅燒；而<18mm的篩下料進(jìn)入貯槽暫存后再經(jīng)汽車(chē)運(yùn)出。 篩上料由帶式輸送機(jī)送入預(yù)熱器頂部料倉(cāng)，然后由溜料管將石灰石（白云石）分布到豎式預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱，經(jīng)過(guò)預(yù)熱的物料由液壓推桿推出，經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)溜槽進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中，物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)過(guò)焙燒分解，熱煙氣進(jìn)入預(yù)熱器。煙氣在預(yù)熱石灰石后經(jīng)過(guò)帶式除塵器除塵后由除塵風(fēng)機(jī)排入大氣。焙燒好的石灰石進(jìn)入豎式冷卻器，冷卻器的底部送入冷空氣冷卻，通過(guò)振動(dòng)給料機(jī)排出至集料斗。冷空氣在冷卻器內(nèi)冷卻物料的同時(shí)被加熱，經(jīng)窯頭罩進(jìn)入窯內(nèi)，作為燃料燃燒的二次空氣，回轉(zhuǎn)窯采用煤氣為燃料。 出窯后的石灰經(jīng)帶式輸送機(jī)送入成品倉(cāng)上的振動(dòng)篩篩分，<3mm的篩下料進(jìn)入碎石灰料倉(cāng)裝入汽車(chē)后外運(yùn)，而>3mm的篩上料經(jīng)帶式輸送機(jī)分別送入石灰貯倉(cāng)。 窯體裝置和輔助設(shè)備的運(yùn)行與監(jiān)視將在控制室中實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制，通過(guò)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的起動(dòng)和停止、儀表參數(shù)監(jiān)測(cè)，被控參數(shù)的閉環(huán)調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)報(bào)警和生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警以及數(shù)據(jù)歸檔等功能，使整個(gè)回轉(zhuǎn)窯能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的自動(dòng)化，大大減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平，提高了生產(chǎn)率，并合理的節(jié)省了能源。 二.系統(tǒng)組成 2.1 PLC控制系統(tǒng) 為了保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠和生產(chǎn)的連續(xù)性，提高自動(dòng)化水平，適應(yīng)回轉(zhuǎn)窯工藝要求，并且從該系統(tǒng)I/O測(cè)點(diǎn)較多等方面考慮到系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的硬件條件要求較高以及以往的使用情況，我們采用以西門(mén)子S7-400 PLC為核心的集中和分散相結(jié)合的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由中央控制室、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站、遠(yuǎn)程I/O站組成。 ☆中央控制室：設(shè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)回轉(zhuǎn)窯工藝參數(shù)、電氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、管理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及報(bào)表打??；另外還設(shè)一臺(tái)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，負(fù)責(zé)工控網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)內(nèi)部管理網(wǎng)絡(luò)之間的訪(fǎng)問(wèn)控制； ☆現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站：由帶DP接口CPU模塊（CPU414和CPU416）、以太網(wǎng)模塊（CP443-1）和I/O模塊組成，通過(guò)高速、實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制室進(jìn)行通訊； ☆遠(yuǎn)程I/O站：由DP從站接口模塊（IM153-1）、I/O模塊、電子皮帶秤和變頻器組成，通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 該回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)由三套（一期兩套、二期一套）西門(mén)子PLC的S7-400系統(tǒng)組成。一套S7-414和ET200M遠(yuǎn)程站用于原料工段、循環(huán)水和空壓機(jī)站的控制，一套S7-416用于1#窯體和成品工段控制，一套S7-414用于2#窯體控制。主站CPU都放置在主場(chǎng)房?jī)?nèi)，三套PLC系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與上位監(jiān)控系統(tǒng)通訊實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制。 S7-400特點(diǎn)： 功能強(qiáng)大的PLC，適用于中高性能控制領(lǐng)域  解決方案滿(mǎn)足最復(fù)雜的任務(wù)要求  功能分級(jí)的CPU以及種類(lèi)齊全的模板，總能為其自動(dòng)化任務(wù)找到最佳的解決方案  實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴(kuò)展通訊能力都很簡(jiǎn)便，組成系統(tǒng)靈活自如  用戶(hù)友好性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，免風(fēng)扇設(shè)計(jì)  隨著應(yīng)用的擴(kuò)大，系統(tǒng)擴(kuò)展無(wú)任何問(wèn)題 ET200M站： 接口模塊IM153用于與PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的連接而組成分布式I/O系統(tǒng)，各種I/O模塊插入有源總線(xiàn)模塊內(nèi),可在線(xiàn)更換模塊，實(shí)現(xiàn)帶電插拔功能。各分站放置在相應(yīng)的配電室內(nèi)，便于以后進(jìn)行擴(kuò)展，并且大大減少電纜和工程施工量。 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)： 用于現(xiàn)場(chǎng)控制主站與現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程ET200M分站之間的數(shù)據(jù)通訊，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線(xiàn)，通訊速率為9.6K -12Mbps。 用一根串行的數(shù)字總線(xiàn)替代傳統(tǒng)的并行24V 信號(hào)和 4...20 mA 模擬信號(hào)； 通過(guò)一根雙芯屏蔽電纜連接中央控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備； 對(duì)于所有的設(shè)備，只需要一個(gè)通用的組態(tài)和工程工具 ； 連接不同廠(chǎng)商的設(shè)備 ； 開(kāi)放的、不依賴(lài)于廠(chǎng)商的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，并符合IEC 61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 2. 2 上位監(jiān)控系統(tǒng) 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)一臺(tái)工程師站和四臺(tái)操作員站，選用原裝研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，每臺(tái)機(jī)器上裝有網(wǎng)絡(luò)通訊卡CP1613，它們各通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與三套S7-400系統(tǒng)的通訊處理器CP443-1通訊口連接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換。 監(jiān)控組態(tài)軟件不僅有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能，而且有組態(tài)、開(kāi)發(fā)和開(kāi)放功能，是自動(dòng)化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分。我們?cè)诖吮O(jiān)控系統(tǒng)中采用西門(mén)子公司的WINCC6.0組態(tài)軟件，WINCC是Windows Control Conter（視窗控制中心）的簡(jiǎn)稱(chēng)，它運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成，用戶(hù)在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫(huà)面、監(jiān)控畫(huà)面、控制畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)、歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)和打印報(bào)表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀(guān)的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。 上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)提供了友好的人機(jī)界面。 三、控制系統(tǒng)功能 3.1 控制方式 整個(gè)系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程手動(dòng)操作（即遠(yuǎn)程手動(dòng)）、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)全自動(dòng)控制（即遠(yuǎn)程自動(dòng)）兩種控制方式。兩種方式的級(jí)別由高到低依次為遠(yuǎn)程手動(dòng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)。 ☆遠(yuǎn)程手動(dòng)：通過(guò)中控室內(nèi)監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)控制； ☆遠(yuǎn)程自動(dòng)：根據(jù)工藝要求設(shè)定控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的自動(dòng)控制。 3.2 回轉(zhuǎn)窯調(diào)節(jié)控制 工藝流程是物料經(jīng)加料機(jī)連續(xù)向窯尾加料，它隨窯體轉(zhuǎn)動(dòng)而緩慢的向窯頭移動(dòng)，并且從窯尾向窯頭移動(dòng)的過(guò)程中，首先經(jīng)過(guò)預(yù)熱帶預(yù)熱，然后在900～1100℃的高溫帶煅燒，煅燒好的物料從窯頭下料管落入下部的冷卻機(jī)內(nèi)。 ☆ 混合煤氣和空氣調(diào)節(jié) 混合煤氣量和空氣量的合理配合是保證回轉(zhuǎn)窯煅燒溫度的關(guān)鍵調(diào)節(jié)，使煤氣量和空氣量能根據(jù)產(chǎn)量和熱值等參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。 流量限幅報(bào)警，越限報(bào)警、無(wú)攏動(dòng)切換、非線(xiàn)性PID調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。該系統(tǒng)故障率低，運(yùn)行可靠，可使燃燒更趨合理，焙燒溫度穩(wěn)定，并能大幅度降低煤氣單耗，改善勞動(dòng)條件，提高安全性。 ☆窯尾溫度和負(fù)壓自動(dòng)控制 回轉(zhuǎn)窯在正常的生產(chǎn)中，窯內(nèi)始終保持負(fù)壓，窯頭的負(fù)壓要求保持在2mmH2O柱以上?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)負(fù)壓的大小對(duì)窯內(nèi)溫度控制有較大的影響。負(fù)壓過(guò)大，窯內(nèi)抽力增大，窯內(nèi)的細(xì)粉將被抽光，導(dǎo)致燃燒效率下降;負(fù)壓過(guò)小，會(huì)造成回轉(zhuǎn)窯內(nèi)外壓差小，使窯頭窯尾冒煙，惡化操作環(huán)境，也會(huì)使窯內(nèi)廢氣流動(dòng)緩慢，造成窯內(nèi)混濁不清，窯內(nèi)溫度難以控制。通過(guò)調(diào)節(jié)窯尾的溫度，使窯尾溫度基本穩(wěn)定。 ☆ 物料給料定量控制 為了保證焙燒質(zhì)量，要求回轉(zhuǎn)窯的給料量穩(wěn)定、均勻和連續(xù)。只有給料量連續(xù)、均勻、穩(wěn)定，才能保證熱工制度穩(wěn)定，也才能保證焙燒質(zhì)量穩(wěn)定。 回轉(zhuǎn)窯屬于大慣性負(fù)載生產(chǎn)設(shè)備，料在窯內(nèi)移動(dòng)速度對(duì)回轉(zhuǎn)窯的焙燒質(zhì)量和生產(chǎn)能力都有很大的影響。焙燒物料在窯內(nèi)移動(dòng)速度太快，物料在窯內(nèi)停留時(shí)間短，得不到充分加熱，焙燒質(zhì)量差; 若移動(dòng)速度太慢，將會(huì)使焙燒損失增大，降低回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)能力。物料的移動(dòng)速度與窯體的傾斜度、窯體內(nèi)徑尺寸、窯體轉(zhuǎn)動(dòng)速度、窯內(nèi)料層斷面和窯中心的圓心角等因素有關(guān)。 窯內(nèi)的工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)是整個(gè)窯生產(chǎn)水平的關(guān)鍵，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)包括窯的轉(zhuǎn)速、煤氣流量、一二次風(fēng)流量、引風(fēng)機(jī)液偶開(kāi)度和摻冷風(fēng)閥等，所有工藝參數(shù)調(diào)節(jié)的性能指標(biāo)都能很好的達(dá)到要求。 四、 系統(tǒng)特點(diǎn) 本系統(tǒng)以PLC和監(jiān)控計(jì)算機(jī)為核心，以工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站和監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： ☆先進(jìn)性 本系統(tǒng)不僅采用了先進(jìn)的軟、硬件，而且著眼于企業(yè)“管控一體化”的需求，貫徹了數(shù)字化、信息化的先進(jìn)思想，使企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步智能應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。該方案使控制系統(tǒng)有機(jī)地成為企業(yè)整個(gè)IT架構(gòu)的一部分。 ☆高可靠性 控制系統(tǒng)在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行。系統(tǒng)組件的的設(shè)計(jì)符合真正的工業(yè)等級(jí)，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)、國(guó)際的安全標(biāo)準(zhǔn)。并且易配置、易接線(xiàn)、易維護(hù)、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，抗腐蝕，適應(yīng)較寬的溫度變化范圍。 現(xiàn)場(chǎng)控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBF）5年。 ☆強(qiáng)大的功能 PLC的編程語(yǔ)言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)、易懂、易用。 CPU內(nèi)置軟PID，并提供了豐富的指令集及函數(shù)庫(kù)，用戶(hù)直接調(diào)用。 高速工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸、高度數(shù)據(jù)共享。 組態(tài)軟件圖庫(kù)豐富，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，報(bào)警、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)以及二次開(kāi)發(fā)功能完善而易用。 ☆優(yōu)良的開(kāi)放性  TCP/IP協(xié)議是目前開(kāi)放性最好的協(xié)議，可以輕松進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。  組態(tài)軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，同時(shí)也為世界各大廠(chǎng)商，如Modicon、Siemens、AB、GE、Omron等的設(shè)備提供了完善的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，從而可以將其它系統(tǒng)輕松接入本系統(tǒng)。 五、 結(jié)束語(yǔ)  本控制系統(tǒng)自投產(chǎn)以來(lái)一直運(yùn)行穩(wěn)定,為企業(yè)帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。在該系統(tǒng)中PLC控制充分發(fā)揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，給整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)較大的益處。