巨克選,王向釗,毛洪利,陳 靖

(青海堿業(yè)有限公司 電氣儀表處,青海 德令哈 817000)

經(jīng)驗(yàn)交流

OMRONPLC在石灰窯配料、上料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

巨克選,王向釗,毛洪利,陳 靖

(青海堿業(yè)有限公司 電氣儀表處,青海 德令哈 817000)

介紹了OMRONCJ1WPLC可編程控制器在石灰窯監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用?？删幊炭刂破饔捎谄湓诠I(yè)控制方面的應(yīng)用意義日趨明顯和突出,并在發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設(shè)備的電氣、儀表控制方面得到了廣泛的應(yīng)用。它具有功能強(qiáng)大、使用可靠、維修簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn),并且在很多地方已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。人們對(duì)控制系統(tǒng)提出了更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更通用、更靈活、易維修等要求。

OMRONCJ1WPLC;石灰窯配料、上料;控制系統(tǒng)

青海堿業(yè)120萬t/a純堿工程石灰窯配、上料控制系統(tǒng)采用PLC(ProgrammableLogicController)控制。PLC不僅可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、配套齊全、結(jié)構(gòu)緊湊,而且功能完善、適用性強(qiáng)、維護(hù)方便,容易改造,并與DCS通信非常方便,滿足集散控制系統(tǒng)的要求。

現(xiàn)將該系統(tǒng)詳細(xì)介紹如下。

1 工藝系統(tǒng)概況

石灰工段主要生產(chǎn)出合格的CO2(窯氣)和石灰乳,供重堿工段碳化及鹽水工段的除鎂、除鈣之用。其石灰窯配上料系統(tǒng)選用OMRON公司CJ1W PLC,該系統(tǒng)共有7套已成功應(yīng)用。

石灰窯配上料系統(tǒng)的工藝主要是配料計(jì)量和上料過程。配料計(jì)量過程首先根據(jù)稱量要求控制每次石灰石給料器出料至計(jì)量槽的時(shí)間,從而控制進(jìn)入計(jì)量槽的石灰石量,然后根據(jù)石灰石和焦炭的配比要求控制每次焦炭給料器出料至計(jì)量槽的時(shí)間,從而控制進(jìn)入計(jì)量槽的焦炭量,這樣完成一次稱量過程,直至完成規(guī)定的每次燒制需進(jìn)行的稱量次數(shù)。上料過程是在計(jì)量部分每次稱量完成后控制卷揚(yáng)機(jī)及附件運(yùn)動(dòng),把石灰石和焦炭的混合料運(yùn)至窯頂,石灰窯上鐘帽打開后,混合料通過窯頂布料器進(jìn)入石灰窯進(jìn)行煅燒。

2 系統(tǒng)的主要配置

?2.1 機(jī)柜及PLC

每二套石灰窯系統(tǒng)配置2200×800×600標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜1個(gè),前后開門,就近安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制室。內(nèi)置2套石灰窯的PLC設(shè)備,柜內(nèi)另配置24VDC電源1臺(tái),供24VDC繼電器及二線制模擬量使用。系統(tǒng)可接受一路交流220VAC±15%,50Hz電源(進(jìn)第一個(gè)柜內(nèi)),設(shè)計(jì)容量20A,并設(shè)有浪涌保護(hù)。另有若干小型斷路器把電源分配至各用電設(shè)備,包括對(duì)2臺(tái)稱重儀表的供電。所有用作電源分配的開關(guān),除照明和機(jī)柜散熱風(fēng)扇及220VAC輸入繼電器用單極開關(guān)供電外,其余全部為雙極開關(guān),過電流自動(dòng)跳閘,正常后人工合閘。機(jī)柜的正面用于放置2套PLC機(jī)架、1臺(tái)24VDC電源、OMRON繼電器及若干斷路器,背面布置走線槽和接線端子。

1)PLC采用OMRON作配置,單套的模塊配置如表1,共7套。

2)配套設(shè)備如表2。

表1 單套模塊配置表

表2 配套設(shè)備表

2.2 操作員站

操作員站由北京和利時(shí)公司提供,PLC與DCS數(shù)據(jù)庫整合為一體,PLC監(jiān)控畫面鑲嵌于DCS監(jiān)控畫面當(dāng)中,DCS通過工業(yè)以太網(wǎng)(IndustrialEthernet)與7套石灰窯的PLC相連并通訊。

本系統(tǒng)配置1臺(tái)手提式編程器及編程電纜1根,可通過RS232接口連至CPU,從而不影響操

2.3 就地儀表

作員站CRT上的操作,便于系統(tǒng)正常運(yùn)行期間進(jìn)行PLC的簡(jiǎn)易診斷和維護(hù)。

每套石灰窯的計(jì)量槽配置1套梅特勒-托利多稱量系統(tǒng),由3只剪切梁式傳感器模塊(型號(hào)為:SB -2,優(yōu)質(zhì)合金鋼材質(zhì),表面鍍鎳,額定載荷2t/只,精度等級(jí):C3)、1個(gè)不銹鋼模擬接線盒及1臺(tái)專門設(shè)計(jì)用于過程工業(yè)的PantherPTHN防塵式、具有基本稱重指示、單位切換和數(shù)據(jù)輸出功能的稱重終端組成。3只傳感器模塊分別安裝在計(jì)量槽的耳架下,成一水平面,其毫伏信號(hào)接至專用接線盒,并用雙屏蔽專用6芯電纜接至稱重終端,稱重終端最終將4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送到PLC模擬量輸入模塊。PantherPTHN稱重終端采用IP67的戶外型,就近安裝在窯旁的墻壁上。

2.4 軟件配置

計(jì)算機(jī)上軟件環(huán)境為Windows2000簡(jiǎn)體中文版SP4平臺(tái),分別配有北京和利時(shí)公司 FACVIEW、CITEC監(jiān)控軟件、OMRON的CX-PROGRAMMER4.0梯形圖編程軟件1套、FINSGATEWAY軟件(是專門用來和OMRON的PLC進(jìn)行通訊的軟件,不論是上位機(jī)軟件或下位機(jī)軟件都必須通過FINSGATEWAY才能與OMRON的 PLC進(jìn)行通訊) 1套。圖1為石灰窯配上料部分梯形圖。

圖1 石灰窯配上料部分梯形圖

2.5 安全措施

為了保證設(shè)備和操作人員的安全,所有控制柜、現(xiàn)場(chǎng)儀表都有可靠的接地。設(shè)備的“安全保護(hù)地”應(yīng)與廠內(nèi)接地網(wǎng)連接,“屏蔽地線”是為了保證所有模擬量信號(hào)不受外界電信號(hào)的干擾。屏蔽地線應(yīng)當(dāng)是單獨(dú)設(shè)置的,用銅排(管)埋設(shè),深度大于1m,接地電阻小于4Ω,連接機(jī)柜屏蔽母線至屏蔽地的導(dǎo)線最小截面積不小于16mm2。

3 主要控制對(duì)象

7套石灰窯配上料的設(shè)備相同,以 F0201A石灰窯(1#窯)為例,工藝設(shè)備有:

電子計(jì)量稱,套 1(W0201A)

石灰石給料器,套 2(M0201A/B)

焦石給料器,套 1(M0202A)

卷揚(yáng)機(jī),套 1(F0201A_1)

窯頂布料器,套 1(F0201A_2)

石灰窯上鐘帽,套 1(F0201A_3)

3.1 控制方式

整套系統(tǒng)采用DCS+PLC+就地手動(dòng)相結(jié)合的控制方式。石灰窯配料、上料過程由PLC完成,其窯況(窯壁溫度、窯頂溫度、窯頂壓力、窯底出灰溫度)由DCS系統(tǒng)輔助監(jiān)視。具體分自動(dòng)、半自動(dòng)、遙控手動(dòng)及就地手動(dòng)。

3.2 配料計(jì)量及控制功能

3.2.1 配料計(jì)量

石灰窯配上料系統(tǒng)主要完成配料計(jì)量和上料過程控制。PLC根據(jù)操作員預(yù)先設(shè)定的用戶登錄級(jí)別在CRT上對(duì)設(shè)定稱量次數(shù)(N)、石灰石配重、配焦比值、石灰石沖擊差、焦炭沖擊差等參數(shù),進(jìn)行人為設(shè)定及調(diào)整,同時(shí)在CRT上顯示每次配料的實(shí)際值及欠值即石灰石實(shí)際值、石灰石欠值,焦炭實(shí)際值、焦炭欠值,以及經(jīng)PLC運(yùn)算得出的下次石灰石目標(biāo)值,下次焦炭目標(biāo)值,以及稱過次數(shù),待稱次數(shù),配焦比值等,系統(tǒng)還要求和“配石灰石”聯(lián)鎖、“配焦炭”聯(lián)鎖、“下行”聯(lián)鎖、“上行”聯(lián)鎖等設(shè)備控制要求,自動(dòng)或半自動(dòng)地完成每次石灰石和焦炭的配比、稱量、混合料的上料及布料過程,直至完成每批次要求的稱量/上料次數(shù)。至此PLC完成一系列運(yùn)算和控制。如下次目標(biāo)值計(jì)算、焦炭目標(biāo)值計(jì)算、參數(shù)自動(dòng)修正等。每臺(tái)石灰窯的主畫面及其參數(shù)設(shè)置窗口里都有相關(guān)參數(shù)的顯示(見圖2),操作員可以作為控制參考。

圖2 1#石灰窯配上料控制操作界面

PLC控制計(jì)量設(shè)備依次稱量,直至規(guī)定的N次稱量完后,CRT恢復(fù)0次時(shí)的顯示狀態(tài)。某次稱量時(shí),若因石灰石給料機(jī)或焦炭給料機(jī)或上料系統(tǒng)的任何設(shè)備或控制點(diǎn)出故障而連鎖或人為停止稱量后,PLC能保持該時(shí)的記憶,待故障消除后,按該時(shí)的記憶繼續(xù)進(jìn)行稱量。

沖擊差的定義:按目標(biāo)值(初次為“給定值”)進(jìn)行計(jì)量時(shí),若CRT上顯示達(dá)到目標(biāo)值時(shí)再發(fā)出信號(hào)去停給料機(jī),則由于給料機(jī)慣性原因,造成電子秤的最終顯示值會(huì)有規(guī)律的超過目標(biāo)值,該差值被稱為沖擊差。例如:石灰石的沖擊差為15kg,為了計(jì)量準(zhǔn)確,當(dāng)稱量離目標(biāo)值還有15kg時(shí),PLC發(fā)出信號(hào)去停石灰石給料機(jī),這樣最終實(shí)際值與目標(biāo)值會(huì)相當(dāng)接近。圖3為配料控制流程圖。

圖3 控制流程圖

3.2.2 控制功能

控制功能分自動(dòng)、半自動(dòng)、遙控手動(dòng)及就地手動(dòng)。

3.2.2.1 自動(dòng)控制功能

自動(dòng)方式用于整個(gè)石灰窯配料、上料系統(tǒng)的連鎖控制。系統(tǒng)開停車時(shí),各設(shè)備以下列順序啟停:接通總電源→接通所用設(shè)備電源→按“配料、上料連鎖開車”按鈕→卷揚(yáng)機(jī) F0201A-1反轉(zhuǎn),(吊斗下行到底,壓開石灰石和焦炭計(jì)量槽W0201A的老虎口,混合料溜入吊斗內(nèi)),(窯頂下鐘帽聯(lián)動(dòng)壓開,混合料通過窯頂布料器F0201A-2分配進(jìn)石灰窯F0201A內(nèi))—電子秤發(fā)出“稱空”信號(hào),并開始計(jì)時(shí)→5s后 ,卷揚(yáng)機(jī)正轉(zhuǎn)(吊斗上行,下鐘帽聯(lián)動(dòng)關(guān)閉)→5s后,上鐘帽F0201A-3上行開→1s后,老虎口電感應(yīng)開關(guān)表明老虎口處于關(guān)閉位置,石灰石給料器W0201A/B開始配料→達(dá)到設(shè)定值后停止給料→4s后,焦炭給料器W0202A開始配料→達(dá)到設(shè)定值后停止給料—(混合料倒入料盅內(nèi)),卷揚(yáng)機(jī)行程上限感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號(hào)→停卷揚(yáng)機(jī)→7s后,卷揚(yáng)機(jī)反轉(zhuǎn),開始下行計(jì)時(shí)(吊斗下行)→1s后,窯頂布料器F0201A-2轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間→21s后,窯頂上鐘帽F0201A-3開始下行關(guān)閉(下行45s以前,應(yīng)收到電子秤“稱畢”信號(hào),則吊斗繼續(xù)下行;否則,停卷揚(yáng)機(jī))→(吊斗下行到底,壓開石灰石和焦炭計(jì)量槽W0201A的老虎口,混合料溜入吊斗內(nèi))。周而復(fù)始,當(dāng)達(dá)到規(guī)定的上料次數(shù)后,吊斗下行30s后自動(dòng)停車→切斷總電源和所用設(shè)備電源。

3.2.2.2 半自動(dòng)控制功能

半自動(dòng)也稱成組操作,用于設(shè)備的單體連鎖控制。半自動(dòng)時(shí)PLC根據(jù)“配石灰石”聯(lián)鎖、“配焦炭”聯(lián)鎖等控制要求依次控制計(jì)量設(shè)備稱量,直至規(guī)定的N次稱量完后恢復(fù)0次時(shí)的狀態(tài)。某次稱量時(shí),若因石灰石給料機(jī)或焦石給料機(jī)或上料系統(tǒng)的任何設(shè)備或控制點(diǎn)出故障而連鎖或人為停止稱量后, PLC能保持該時(shí)的記憶,待故障消除后,按該時(shí)的記憶繼續(xù)進(jìn)行稱量。同時(shí)PLC根據(jù)“下行”聯(lián)鎖、“上行”聯(lián)鎖等控制要求控制卷揚(yáng)機(jī)、鐘帽和窯頂布料器的上下行和啟停,把混合料運(yùn)至窯頂并布入窯內(nèi)。

單體設(shè)備開停車時(shí),各設(shè)備以下列順序啟停(以F0201A為例):

1)“配石灰石”連鎖

接通總電源→接通石灰石給料器M0201A/B→按“配石灰石”連鎖按鈕→(石灰石給料器M0201A/ B開始給料,電子秤即時(shí)顯示石灰石重量)(當(dāng)達(dá)到計(jì)量要求時(shí))→停石灰石給料器M0201A/B,顯示屏上自動(dòng)增加一次稱過次數(shù)。

2)“配焦炭”連鎖

接通總電源→接通焦炭給料機(jī)→按“配焦炭”連鎖按鈕→(焦炭給料器M0202A開始給料,電子秤即時(shí)顯示焦炭重量)(當(dāng)達(dá)到計(jì)量要求時(shí))→停焦炭給料器M0202A,顯示屏上自動(dòng)增加一次稱過次數(shù)。

3)“下行”連鎖

初次:接通總電源→接通所用設(shè)備電源→按“下行”連鎖按鈕→卷揚(yáng)機(jī)F0201A-1反轉(zhuǎn),(吊斗下行到底壓開石灰石和焦炭計(jì)量槽W0201A的老虎口,混合料溜入吊斗內(nèi),)(窯頂下鐘帽聯(lián)動(dòng)壓開,混合料通過窯頂布料器F0201A-2分配進(jìn)石灰窯F0201A內(nèi))。

初次之后:按“下行”連鎖按鈕 →卷揚(yáng)機(jī)F0201A-1反轉(zhuǎn),開始計(jì)時(shí)(吊斗下行)→窯頂布料器F0201A-2轉(zhuǎn)動(dòng)0.8s(以后依次轉(zhuǎn)動(dòng)6.9s,14 s,21.5s,之后轉(zhuǎn)動(dòng)0.8s,周而復(fù)始)→22s后窯頂上鐘帽F0201A-3開始下行關(guān)閉→(吊斗到底壓開石灰石和焦炭計(jì)量槽W0201A的老虎口,混合料溜入吊斗內(nèi)),(下鐘帽聯(lián)動(dòng)壓開,混合料通過窯頂布料器F0201A-2分配進(jìn)石灰窯F0201A內(nèi))。

最后一次:按“下行”連鎖按鈕 →卷揚(yáng)機(jī)F0201A-1反轉(zhuǎn),(吊斗下行)→窯頂布料器F0201A-2轉(zhuǎn)動(dòng)(0.8s,或6.9s,或14s,或21.5s,依上次轉(zhuǎn)動(dòng)而定,例如:上次轉(zhuǎn)動(dòng)6.9s,則這最后一次轉(zhuǎn)動(dòng)14s)→22s后窯頂上鐘帽F0201A-3開始下行關(guān)閉→吊斗下行30s后,按停車按鈕。

4)上行半連鎖:接通總電源→接通所用設(shè)備電源→按“上行半連鎖”按鈕→石灰石和焦炭計(jì)量槽W0201A上的壓力傳感器發(fā)出稱空信號(hào),開始計(jì)時(shí)→5s后,卷揚(yáng)機(jī) F0201A-1正轉(zhuǎn),(吊斗上行,下鐘帽聯(lián)動(dòng)關(guān)閉)→5s后上鐘帽 F0201A-3上行開(混合料倒入料盅內(nèi))卷揚(yáng)機(jī)行程上限感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號(hào)→停卷揚(yáng)機(jī)。

3.2.2.3 手動(dòng)控制

手動(dòng)是指設(shè)備的一一對(duì)應(yīng)的操作,系統(tǒng)在就地MCC上和CRT畫面上均設(shè)有手動(dòng)操作方式,以使所有用電設(shè)備均可單獨(dú)開車、單獨(dú)停車,設(shè)備間無聯(lián)鎖關(guān)系,操作員可在畫面上對(duì)任一設(shè)備進(jìn)行操作。

3.2.2.4 其它控制

1)石灰窯窯頂、卷揚(yáng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)、二樓、主控室設(shè)置系統(tǒng)停車開關(guān)。

2)石灰窯配料、上料設(shè)備在主控室設(shè)置系統(tǒng)/單體開車轉(zhuǎn)換開關(guān)。在系統(tǒng)狀態(tài)時(shí),配料、上料設(shè)備按連鎖程序開停,現(xiàn)場(chǎng)除連鎖停車、窯頂布料器開停車按鈕外,其余按鈕均失效。轉(zhuǎn)換開關(guān)打至單體位置時(shí),配料、上料設(shè)備可以在現(xiàn)場(chǎng)開停。窯頂布料器在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)可以開停。

3)卷揚(yáng)機(jī)上下行由電感應(yīng)行程開關(guān)(上、下限位)控制,并有防過頂、過底、防亂繩開關(guān)。

4)使用上、下限位開關(guān)控制上鐘帽上下行。

5)石灰石和焦炭計(jì)量槽的老虎口安裝電感應(yīng)開關(guān),3只壓力傳感器的毫伏信號(hào)進(jìn) Panther PTHN稱重終端,由PantherPTHN稱重終端輸出一路4～20mA信號(hào)至PLC,PLC則根據(jù)重量變化輸出4個(gè)信號(hào)(稱空、稱滿、第一種配料、第二種配料)。

4 結(jié) 論

基于OMRONCJ1WPLC的石灰窯過程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),本控制系統(tǒng)已在青海堿業(yè)純堿生產(chǎn)線石灰窯配上料系統(tǒng)上得到實(shí)際使用,降低了石灰工段上料人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,避免了由于操作人員操作失誤而造成的事故。配料稱量計(jì)算準(zhǔn)確,同時(shí)使生產(chǎn)率提高,節(jié)能降耗為企業(yè)帶來了可觀的經(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)揮了其抗干擾能力強(qiáng)、配置靈活、控制可靠、編程方便、易于維護(hù)和可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn),給整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來較大的益處。而且這種方法對(duì)其它生產(chǎn)線或設(shè)備的控制有一定的借鑒和參考作用。

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1005-8370(2010)01-24-05

2009-08-13

巨克選(1980—),2004年畢業(yè)于青海大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè),助理工程師,現(xiàn)在青海堿業(yè)有限公司從事自動(dòng)化儀表管理工作。