嵌入式PLC在梭式窑控制系统中的应用

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翻新时间：2022-09-20

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嵌入式PLC在梭式窑控制系统中的应用

摘要：采用CAN总线技术组建以嵌入式PLC为主站的CAN网络，运用PID算法，结合工业级人机界面，实现梭式窑的逻辑控制和过程控制。

关键词：嵌入式PLC；人机界面；CAN总线；梭式窑；控制

1 引言

20多年来，窑炉控制系统的发展经历从人工看火，手动调节，到单显表显示，手动调节；到智能调节仪表自动调节，到计算机自动控制，到计算机+智能调节仪表双重控制等多个阶段。我们在黄冈市华泰窑炉公司承建的河南郑州上街铝厂80立方燃气梭式窑上，采用了全新的窑炉控制方案——PLC+人机界面控制方案。该窑已于2005年6月投产，温度控制精度达到±3℃，深受用户好评。

2用户需求

2、1梭式窑控制要求

梭式窑是一种间歇窑炉，主要用于日用陶瓷、卫生洁具、艺术陶瓷、微晶玻璃和电瓷等烧结工程，以及钢铁热处理等行业。就陶瓷的烧结工程而言，对梭式窑控制提出了以下要求:

（1）由于陶瓷是一种硅酸盐材料，特别是在晶型转换剧烈的阶段，要求温度的升降应该是渐进的，一般不允许突升猛降。

（2）由于不同的气氛会影响陶瓷产品的色泽，所以对气氛的控制要求比较严格。

（3）陶瓷产品烧成依据配方要求在不同温度段，升温速率也不尽相同。

可见，梭式窑的控制主要是气氛和温度的控制，在实际应用中温度的控制主要通过调节烧嘴的燃烧和助燃风的流量或压力，气氛的控制主要通过调节火焰性质和窑内压力。梭式窑控制系统涉及温度和压力的采集、控制、风机动作和变频调节。

2、2用户资料 3 系统方案

3.1系统组成控制系统框图如下：

3.2系统组成控件介绍

EASY-M2416R

CAN-AD1216

是温度采集模块， CAN 总线产品， 16 个通道，它将热电偶毫伏信号转化为数值信号，通过CAN 现场总线网络将数字信号送到PLC 。

CAN-AD1208A

是压力采集模块， CAN 总线产品，有 8 个通道，接受 4-20mA 的模拟信号转化

为 0-1000 的数字信号。

CAN-DA1208

是 0-10V 的模拟量输出模块， CAN 总线产品，有 8 个通道，它接收 CAN 总

线的数字信号转化为 0-10V 的模拟信号。

人机界面

4、工艺要求的实现

4.1进程工艺实现

其相应部分梯形图程序如下：

4.2 烧嘴的控制

该梭式窑烧嘴的控制方式是：脉冲信号控制助燃风电磁阀，燃气阀依靠比例阀控制，要求脉冲周期可调，同时可设置最小开启时间和最小关闭时间。画面显示的是PLC 8组PID运算所需要的参数设置值，这些值按照现场工艺要求一经设置好后不许改动。它由密码进行保护，只有持有密码者才可以打开画面进去修改。“脉冲周期”是一个设值按钮，其值控制六个脉冲阀的输出周期，即多长时间阀动作一次。此值已被限制在3——20秒。“最小开启时间”和“最小关闭时间”分别对应脉冲阀的两个参数。程序处理时，当阀的理论开启时间小于阀的“最小开启时间”时，阀全关，当阀的理论关闭时间小于阀的“最小关闭时间”时，阀全闭。实现该过程的人机界面画面如下：

对应的梯形图程序如下：

4.3人机界面画面功能

该窑控制系统的所有操作均可在人机界面上完成,面板按钮与人机界面按钮互为备份,操作时可无扰切换。除上述两个设置画面外，还展示了梭式窑的现场模拟图、风机和烧嘴状态指示、温度压力显示、设定温度曲线、实时温度曲线及故障信息。下面是该系统的主画面。

5 结语

应用嵌入式 PLC 、CAN 总线技术加工业级人机界面的梭式窑控制系统，与传统的梭式窑计算机控制系统相比有以下优势：

（1）组成了一个局域网，实现了“集中分散型控制”，在人机界面上控制属于集中控制，在各个柜子面板按钮属于分散控制，两者处于同一个优先级。

（2）克服了工业计算机在使用过程中存在的三大问题：

计算机可靠性难以保证。（如：风扇、硬盘、键盘、鼠标等部件容易损坏）

很难标准化。（硬件不断升级、软件不断更新、编程语言众多、很难规范化等）

维护麻烦。

（4）具有很好的扩展性和可维护性，在工作环境改变时可灵活增添或减少设备。对于系统不断完善和升级换代奠定了良好的基础。

（5）该系统具有网络互连功能：能接互连网，进行远程维护，能接入国际知名公司的控制网，还可以与带CAN协议、RS485接口的产品互连。