陳 剛 張意舒（合肥水泥研究設(shè)計院，安徽合肥 230051）

基于西門子S7-200的空氣炮電磁閥組控制箱的設(shè)計與開發(fā)

陳 剛 張意舒
（合肥水泥研究設(shè)計院，安徽合肥 230051）

如今窯尾循環(huán)吹堵，窯尾空氣炮，窯頭空氣炮組，生料庫、水泥庫均化，已經(jīng)成為確保大規(guī)模水泥生產(chǎn)線必不可少的重要組成部分，但控制吹堵、均化和空氣炮的電磁閥，數(shù)量眾多，如果所有控制點(diǎn)全部進(jìn)入生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)勢必浪費(fèi)大量I/O點(diǎn)數(shù)，并增加了整個系統(tǒng)的成本和故障率，針對于此，本文將介紹如何利用西門子S7-200控制器，開發(fā)一種低成本，高效率的，高可靠性，高通用性的電磁閥組控制箱，以解決以上問題。

S7-200；空氣炮；電磁閥組

1.電磁閥組說明

窯尾循環(huán)吹堵，窯尾空氣炮，窯頭空氣炮組，生料庫、水泥庫均化這些工藝設(shè)備，看似各不相同，但最終控制其的電氣設(shè)備，卻是一樣——電磁閥。電磁閥一般來說分為380V和220V供電的兩種，其送入DCS的點(diǎn)一般為1個DO點(diǎn)，或1個DO+2個DI，但一般國內(nèi)水泥生產(chǎn)線的窯尾循環(huán)吹堵，窯尾空氣炮，窯頭空氣炮組，生料庫、水泥庫均化這些子項，使用一個DO點(diǎn)控制即可。

而把功能相近，進(jìn)行類似規(guī)律的動作（如定時開關(guān)、循環(huán)開關(guān)等）的電磁閥分成一個個組，稱之為電磁閥組。

2.電氣部分的設(shè)計

確定了電磁閥組，我們便可以開始電氣部分設(shè)計，暫定電磁閥為220V供電，加上PLC所需要的備妥信號，已經(jīng)要求DCS系統(tǒng)也能夠單獨(dú)驅(qū)動電磁閥，我們設(shè)計的控制箱主要部分電氣原理圖如圖1。

圖1 電氣原理圖主要部分

3. PLC程序的開發(fā)

3.1 控制要求

窯尾空氣炮根據(jù)工藝流程，主要要求每隔一段時間，自動由預(yù)熱器從下而上，定時循環(huán)釋放。整個釋放一次的時間，要能設(shè)定，每個空氣炮之間釋放的間隔時間需要能夠設(shè)定。單個空氣炮也要求能夠單獨(dú)釋放。

3.2 計算點(diǎn)數(shù)和優(yōu)化

以5000噸熟料生產(chǎn)線窯尾空氣炮電磁閥為例，我們則可以將窯尾空氣炮電磁閥，分為左列預(yù)熱器10只空氣炮電磁閥一組，右列預(yù)熱器10只空氣炮電磁閥一組，煙室和其他部分8只空氣炮電磁閥一組，共三組。

三組28只電磁閥，我們都按只有DO點(diǎn)的計算，加上總的備妥點(diǎn)，每一個組的運(yùn)行、故障、啟停點(diǎn)，以及備用的點(diǎn)數(shù)，我們可以得出如下點(diǎn)數(shù)：

備妥（來自繼電器）：1個DI點(diǎn)

啟動1組（來自DCS）：1個DI點(diǎn)啟動2組（來自DCS）：1個DI點(diǎn)啟動3組（來自DCS）：1個DI點(diǎn)

備妥（送中控和箱體顯示）1個DO點(diǎn)

運(yùn)行（送中控和箱體顯示）：3個 DO點(diǎn)

單個電磁閥驅(qū)動（發(fā)向電磁閥）：28個DO點(diǎn)

單個電磁閥驅(qū)動（來自DCS）：28個DI點(diǎn)

注：來自DCS的單個電磁閥的驅(qū)動，考慮到節(jié)約DCS成本，我們一般建議取消，如果業(yè)主堅持要求，我們再電氣回路設(shè)計時，已經(jīng)考慮到，和S7-200的驅(qū)動成“或”的關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)。故此28個DI點(diǎn)可以取消，如果取消，電氣原理圖中的“遠(yuǎn)程模式”按鈕、DCS驅(qū)動節(jié)點(diǎn)也應(yīng)相應(yīng)取消。

綜上所述，本系統(tǒng)共有DI點(diǎn)4個，DO點(diǎn)32個。

再考慮到備用的點(diǎn)數(shù)，和S7-200CPU自帶點(diǎn)數(shù)和模塊點(diǎn)數(shù)的配合，最終我們確定DO34點(diǎn)（其中CPU自帶10點(diǎn)+3塊8點(diǎn)DO模塊[1]），DI14點(diǎn)（CPU自帶的14點(diǎn)）。

硬件配置中只得注意的，考慮到以后維護(hù)更換方便，建議使用晶體管輸出的CPU和模塊，但相應(yīng)會增加一些繼電器成本。

3.3 程序的編制

S7-200程序編制使用西門子編程軟件STEP7MICRWIN

1）定義如下變量

變量名稱：T1 變量類型：time 說明：一次大循環(huán)間隔時間

變量名稱：T2 變量類型：time 說明：每個開啟間隔時間

變量名稱：D1～D30 變量類型：bool 說明：單個電磁閥驅(qū)動（其中D29，D30為備用）

變量名稱：R 變量類型：bool 說明：備妥

變量名稱：S1～S3 變量類型：bool 說明：1～3組運(yùn)行信號

變量名稱：DCS1～DCS3 變量類型：bool 說明：來自DCS的組起驅(qū)動信號2）自動循環(huán)運(yùn)行的程序：

程序說明：首先要求有備妥R的情況下，才能啟動，啟動分為兩種方式，組啟和單啟。

組起方式，空氣炮電磁閥按順序，間隔T2時間依次開啟；所有電磁閥完全開啟一遍算一次大循環(huán)，大循環(huán)間隔T1時間再次循環(huán)。

單啟方式，只要命令發(fā)出，立刻開啟對應(yīng)的電磁閥。

注意：兩種啟動方式并不沖突，不需要切換。也就是說組起方式時，也可以隨時單啟某一電磁閥。

啟動方式，控制原理弄清楚，相信程序編制是很簡單的事情了，西門子S7-200使用的基本梯形圖編程，相信有編程基礎(chǔ)的人都能夠完成，在此，作者在此不再詳細(xì)記錄程序。

4. 實(shí)際使用效果

根據(jù)我院最近設(shè)計的5000噸生產(chǎn)線和幾條粉磨站的使用情況，效果非常好，整個子系統(tǒng)在中控發(fā)出啟動命令后，自動運(yùn)行良好，根本不需要操作員人工干涉，得到了業(yè)主電氣DCS維護(hù)人員的一致好評。

5. 總結(jié)電磁閥組控制箱結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣泛，對于水泥行業(yè)，在窯尾吹堵，窯尾噴水，窯頭噴水，生料庫均化，水泥庫均化等，電磁閥組控制箱都可以廣泛應(yīng)用。本文僅以窯尾空氣炮為例，介紹了一種電磁閥組控制箱的設(shè)計和開發(fā)，希望給廣大產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)人員和水泥生產(chǎn)線維護(hù)調(diào)試人員以啟示和幫助。

[1]《SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊》 03/2000 版本 02 作者：SIEMENS公司

[2]尹維生,汪濤,李巖. 西門子S7-200系列PLC在碎礦系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 吉林化工學(xué)院學(xué)報. 2010(04)

[3]史映紅,周志海. 西門子S7-200PLC在機(jī)械手中控制的應(yīng)用研究[J]. 煤礦機(jī)械. 2010(12)

[4]周斌.PLC在X62W臥式萬能銑床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J]. 機(jī)電工程技術(shù). 2009(01)

TQ172

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1007-6344（2016）04-0007-02

陳剛，男，本科，高級工程師