PLC在隧道窯控制系統上的應用

一、引言
　　隧道窯是一種連續式窯爐，主要用于陶瓷建材、日用陶瓷等燒制，就其結構而言主要由預熱區、高溫區、急冷區和緩冷區組成，隧道窯的控制涉及風(fēng)機的控制、溫度的檢測、壓力的檢測，溫度的控制、壓力的控制以及其它控制。將CAN總線(xiàn)技術(shù)應用在隧道窯控制系統，可以很好地滿(mǎn)足溫度和壓力實(shí)時(shí)控制的要求，系統通信速率高、穩定性強，而工業(yè)級人機界面的參與，使得控制系統更加直觀(guān)化，易于用戶(hù)使用和操作。下面以河北唐山某陶瓷廠(chǎng)的一條隧道窯為案例，介紹其控制系統的實(shí)現過(guò)程。
　　
　　二、控制對象
　　此窯是一條80m長(cháng)的燃氣隧道窯，共有溫度檢測點(diǎn)20個(gè)（K分度12個(gè)，S分度8個(gè)），其中10個(gè)溫度點(diǎn)受控，壓力檢測點(diǎn)2個(gè)，10個(gè)燃氣執行器，10只燒嘴火焰檢測，風(fēng)機有：排煙風(fēng)機2臺（一用一備）、助燃風(fēng)機2臺（一用一備）、急冷風(fēng)機2臺（一用一備）、緩冷風(fēng)機2臺（一用一備）、抽熱風(fēng)機2臺（一用一備）、窯頭窯尾氣幕風(fēng)機各1臺。10點(diǎn)溫度控制是通過(guò)控制執行器閥位大小，改變燃料注入多少，從而使溫度穩定。2點(diǎn)壓力控制通過(guò)調節排煙風(fēng)機和急冷風(fēng)機轉速來(lái)控制，實(shí)際上調節排煙和急冷變頻器頻率來(lái)控制壓力。此外還有風(fēng)機連鎖，燒嘴熄火報警及各類(lèi)故障報警。
　　
　　三、窯爐控制系統的組成
　　本控制系統由3臺嵌入式PLC（EASY-M2416R）、2臺CAN-AD1216、1臺CAN-AD1208、1臺CAN-DA1208等部分組成。其中，嵌入式PLC用于邏輯開(kāi)關(guān)量的控制，PID運算，以及通過(guò)CAN總線(xiàn)與下級的模塊進(jìn)行通訊；溫度采集模塊CAN-AD1216用來(lái)完成20點(diǎn)溫度模擬量的采集；壓力采集模塊CAN-AD1208用來(lái)采集2點(diǎn)壓力信號；模擬量輸出模塊CAN-DA1208用來(lái)控制風(fēng)機變頻器。
　　下面為系統框架圖：
　　

　　作為本系統的控制核心嵌入式PLC Easy-AD1216，下層網(wǎng)絡(luò )采用CAN總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行通訊，對上分別用RS0口與HMI（人機界面），RS1口與計算機進(jìn)行通訊。其特點(diǎn)如下：
　　1、有比較強大的通訊功能：
　　一路CAN總線(xiàn)接口在應用層作了標準規劃，凡遵循該標準的CAN總線(xiàn)設備，可以通過(guò)CANSET軟件設置CAN網(wǎng)絡(luò )配置文件，并下載固化到EASY-M2416R中，就可以把該設備映射到CAN網(wǎng)絡(luò )中。CAN總線(xiàn)由于具有良好的實(shí)時(shí)性、可靠性、抗干擾能力及檢錯能力，所以在一些條件比較苛刻的場(chǎng)合里廣泛應用。
　　另外，串行口 RS0可用于梯形圖程序及上位機的監控，還可以與人機界面通訊；串行口RS1可用于下載CANSET軟件生成的CAN網(wǎng)絡(luò )配置文件，還可以通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò )連接第三方設備，如PC、三菱PLC。由于各個(gè)網(wǎng)絡(luò )都是獨立的，同個(gè)PLC在連接多個(gè)模式的網(wǎng)絡(luò )也不會(huì )受影響。如此多樣的通訊模式，確實(shí)為用戶(hù)提供了更多的靈活性。
　　2、有和三菱相當的運算速度和幾乎完全兼容的開(kāi)發(fā)環(huán)境：
　　經(jīng)過(guò)測試，基本指令的運算速度在0.5u/步以下，和三菱FX2系列的PLC相當，這對于控制要求不是很高的用戶(hù)來(lái)說(shuō)已是足夠了。它的梯形圖以及指令和三菱PLC的也是完全兼容，并且都能在三菱編程軟件里很好的運行。這對于使用過(guò)三菱PLC的用戶(hù)來(lái)說(shuō)減輕了很多的困難。
　　3、獨立開(kāi)發(fā)的CAN總線(xiàn)互聯(lián)CANSET軟件：
　　CANSET軟件能很輕松方便的完成通訊設置。設置內容包括：網(wǎng)絡(luò )設備總數、網(wǎng)絡(luò )設備地址、網(wǎng)絡(luò )通訊數據的內容、網(wǎng)絡(luò )數據通訊速度等。它還能根據用戶(hù)的需要，靈活設置每個(gè)設備的任務(wù)級別，以保證網(wǎng)絡(luò )資源的合理分配。處于下層網(wǎng)絡(luò )的AD和DA，以及Easy-M2416R設備，遵循CANBUS協(xié)議的接口，能很方便的聯(lián)入CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，構成系統的主體。
　　
　　四、系統功能的實(shí)現
　　1、所有的邏輯控制和PID控制都由Easy-M2416R完成，在CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，三臺PLC中任選一臺作為主站，這里選Easy-M2416R-1作其主站。它通過(guò)CAN總線(xiàn)與下層網(wǎng)絡(luò )的每個(gè)設備進(jìn)行通訊，兩個(gè)設備之間的通訊也必須由主站來(lái)完成。同時(shí)它又作為從站與PC（上位機）和HMI（人機界面）進(jìn)行通訊。
　　2、整個(gè)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)也全由CANSET軟件來(lái)實(shí)現，它是圖形化界面的軟件，設置起來(lái)十分簡(jiǎn)便，并且在PLC的梯形圖中除了地址和主從站外無(wú)須再對其他相關(guān)內容進(jìn)行設置，在一定程度上簡(jiǎn)化程序設計的工作量。
　　3、系統具有很大的擴展性和可維護性，在工作環(huán)境改變時(shí)，可靈活增添或減少設備。實(shí)現起來(lái)也只需在CANSET軟件中來(lái)設置即可，不用考慮其他事項，這對于系統的不斷完善和升級換代奠定了很好的基礎。
　　4、系統工作流程：下層網(wǎng)絡(luò )的AD1216、AD1208設備把采集上來(lái)的溫度，和壓力信號轉化為數據信號上傳到Easy-M2416R-1；運用于PID運算，控制各個(gè)執行器的正反轉和DA的輸入值，從而控制窯爐的各段溫度和壓力；另外在邏輯控制上完成各個(gè)風(fēng)機和電磁閥的控制。下面是其中一路執行器正反轉控制的梯形圖程序：
　　

　　

　　

　　5、人機界面通過(guò)串口RS0與EASY-M2416R-1連接，實(shí)現整個(gè)系統運行監控，其畫(huà)面包含：現場(chǎng)模擬圖、風(fēng)機狀態(tài)指示、溫度壓力顯示、各種參數設置、變頻調節、實(shí)時(shí)溫度曲線(xiàn)圖、設定溫度曲線(xiàn)圖以及報警信息。
　　
　　五、結束語(yǔ)
　　由于嵌入式PLC EASY-M2416R兼有CAN總線(xiàn)接口和與三菱相同的數據鏈協(xié)議接口、編程環(huán)境等特色，因此它既能很好的構建以CAN總為下層網(wǎng)絡(luò )，又能構建以RS485和RS232總線(xiàn)為上層網(wǎng)絡(luò )的系統。將它應用在隧道窯爐系統，既可以滿(mǎn)足底層的控制又可以滿(mǎn)足上層的監控，尤其是CAN總線(xiàn)的應用，使它的實(shí)時(shí)性、靈活性、組網(wǎng)方便性以及可維護性獲得很好的保證。
　　
　　參考書(shū)目
　　[1]科威自控嵌入式PLC《EASY編程手冊》
　　[2]科威自控嵌入式PLC《EASY原理及應用》
　　[3]HITECH《ADP軟體使用手冊》
　　
　　附：實(shí)物圖片