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PLC组成的间歇式转炉的自控系统(转载) 点击：10133 | 回复：38



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发表于：2003-11-26 10:19:00
楼主
本文作者顾其龙先生，上海石油化工研究院装置仪表室高级工程师；丁文革先生，工程师；吴青燕女士，工程师。 关键词：控制　间歇式转炉　手/自动　可编程序控制器 一 引言 间歇式转炉是催化剂生产过程中的关键设备。系统的可靠性、控制精确度及自动化程度直接影响到催化剂的品质和生产工人的劳动强度，采用可编程控制器不仅能取代繁琐的继电控制线路，简化系统的硬件构成，而且使系统的控制性能大大提高。 二 间歇式转炉的工艺流程及控制要求 1. 工艺流程 间歇式转炉用于焙烧化工用催化剂。化工原料从加料口进入炉膛后，炉子开始低速正转，加料结束后炉子按预设的升温曲线开始升温，同时炉子的转速加快。当温度达到规定值时，打开电磁阀，系统开始进空气，空气量的大小由流量控制系统进行自动调节。当温度继续上升到工艺需要值时，系统进氧气。空气和氧气混合后进入空气预热器，经预热后进入炉膛。炉膛的中央有一根可以移动的测温热偶，当这一点的温度达到了催化剂的焙烧温度时，炉子开始恒温。恒温时间一到，蜂鸣器发出警示声音，通知操作人员准备出料。同时，打开炉子的风塞、风门，启动冷却风机，系统开始冷却。当冷却到一定温度时关闭氧气电磁阀，切断氧气的输入，打开炉盖，炉体稍倾斜开始出料。出料一段时间后炉子开始低速反转。此后，炉子依次倾斜+20o、+40o、+50o。出料结束后打开空气旁路电磁阀，加大空气的输入量，进行炉膛的冲洗。其后的过程依次是放平炉体，关闭炉盖、风塞、风门。最后是切断系统电源。工艺控制组成如图1所示。
2. 控制要求 (1)实现既能从进料到出料的整个过程自动化，又能实现各个环节的手动控制(手动控制时，不仅能在操作室屏上进行控制，也能在现场屏上实现控制)。 (2)实现和过程动作配套的高精确度的程序温度控制以及空气、氧气的自控。 (3)当系统某一部分出现故障时(如加热控制模块击穿、气压低等)，PLC能对它们实时监测，记忆锁存，并快速指示报警。 (4)实现系统间的安全联锁。 三 控制系统的构成 催化剂的焙烧有一套严格的工艺程序，何时升温、保温；什么时候进空气、氧气，进料量多少；加料时的转速、加热时的转速、反转的速度等都有严格的要求。系统不但有高精确度的程序温度控制、流量控制，而且还有测速、调速、气缸进出、液压升降等功能。此外，根据工艺的要求，除了能实现全自动化外，还能实现手动操作。为了满足上述要求，如果采用常规的仪表和继电控制，那么，系统不但复杂、繁琐，而且可靠性等也相应降低。采用PLC和智能仪表的有机结合，就能有效地解决上述问题，系统的可靠性、可操作性、可视性都有了很大的提高。 1.控制系统的硬件构成 控制系统由两个控制箱、PLC、程序温控系统、流量控制系统、变频调速系统、液压控制系统、气缸控制系统以及继电控制系统等组成。其硬件组成如图2所示。下面简述控制系统的主要内容。
(1)PLC的硬件设置与I/O分配 控制系统的核心部件PLC选用松下公司的FPO系列可编程控制器。该编程器为16位CPU的超小型高功能PLC，指令资源丰富，可以在上位机编程后下载到PLC。主控单元为C14RS，扩展单元为E16RS、E32T，总的输入、输出点数为94点，能满足该系统的要求。该PLC的程序容量为2.7k，具有丰富的逻辑运算、算术运算、计数、步进、定时及分支等功能，大大方便了编程。表1和表2分别列出了PLC的I/O地址分配。

(2)温度控制系统 温度控制系统是间歇式转炉的重要部分，其控制程度、稳定性及炉膛的温度分布状况直接影响到催化剂生产的品质。本系统就炉子本身而言分3段控制，即入口温控、中段温控、出口温控。组成温控系统的框图如图3所示。
由框图可以看出，程序温控仪TIC的启动、保持或者停止都受PLC输出的控制。在自动状态下，PLC根据输入的各种条件判断是否启动温控程序的运行。 如图3中PLC输出1闭合，则程序温控仪按照预先设定的升温斜率开始升温；当PLC的输出2闭合时，程序温控仪的给定值停止增加，其后的控制方式是定值控制；当PLC的输出3闭合时，温控仪停止运行，其输出为零，加热系统停止加热。温控仪的工作波形如图4所示。
为了防止控制系统中加热模块击穿而引起温控失灵，PLC定时采集温控仪的两个超温信号，如第一个超温信号存在，则PLC输出一个间断的超温报警信号，以引起操作人员的注意或进行故障处理；如采集到第二个报警信号(上上限)，则PLC输出一个连续的报警信号，延迟几分钟，如故障依然存在，那么PLC输出一个信号，一方面切断温控仪的信号回路，另一方面切断加热主回路，这样加热系统的安全性得到了保证。 (3)速度调节系统 间歇式转炉的速度调整是用变频器实现的。由于系统在加料时的速度、加热时的速度以及出料不同阶段的速度要求是不一样的，所以要对变频器的输出频率进行按需调节。假如系统处在手动状态，那么可以进行人工调节；如果系统处在自动状态，那么必须自动实现不同阶段的速度调节。本系统的速度调节是通过PLC和变频器的有机结合实现的，速度调节的框图如图5所示。
PLC根据程序不同段的要求，依次切换变频器的输入控制端和模拟信号调节端，从而实现炉子的正转、反转以及加速和减速，达到速度调节的目的。 2. PLC的软件构成 (1)程序结构框图 本系统的程序结构主要有3部分组成：①自动程序控制模块；②手动控制模块；③公共模块。其中自动模块和手动模块的输出是中间变量，真正驱动负载的是公共输出模块，它直接驱动继电器、电磁阀、蜂鸣器、触发温控仪等。图6给出了系统总流程控制框图。
(2)自动控制过程 系统的自动控制过程是按工艺的要求进行程序编制的，本系统在设计上采用步进控制方式，也就是在一个过程完成后再去执行另一个过程。当然，自动过程也要具备一定的条件，如：气压不能低于规定的下限；各执行元件的自动开关必须合上；自动过程开始时炉膛温度不能高于某一温度等。图7是自动过程的程序框图。
(3)手动控制过程 手动运行时，各执行部件的动作相对是比较独立的，但相互之间又存在着一定的联锁和制约关系。如：正转时不允许反转；液压的升降只能在反转的条件下进行；必须在水平位置并且是正转的状态下才能加热升温；冷风机必须在风门、风塞、气缸打开的状态下才能启动等。加上手动时执行元件的数量比较多，如用常规的方法则一个部件的动作要按两个按钮(启动，停止)，这样不仅控制屏上按钮数量太多，而且让人产生一种繁琐感。采用PLC控制后，就可以把两个按钮合并成一个按钮，实现一钮二用甚至大于三用的功能。图8是以正转启动为例给出一钮三用的梯形图。
(4)故障的检测与报警 由于该系统控制比较复杂，在生产负荷重的情况下，需要长时间地循环运转，这样有时难免会出现一些故障。这些故障中有的如不及时检测和报警，就会生产出废品，带来巨大的经济损失。如加热模块击穿，这时即使PLC和温控仪输出正常，也会产生飞温现象，为了解决这一问题，用电流检测器检测出负载电流，把它变换成标准化信号送电流显示仪。该显示仪输出“OC”信号给PLC，另一方面温控仪也输出一超温信号给PLC，PLC根据输入的这两个信号进行逻辑判断：正常情况下这两个信号不可能同时存在(特别是不可能长时间存在，在升温时即使有超调现象也是暂时的)；如果这两个信号同时存在一定的时间，则说明控制模块已击穿，系统已失控。这时PLC输出一报警信号，操作人员根据这一信号进行故障处理，避免不必要的经济损失，使生产正常运行。 四 系统的抗干扰措施 在以PLC为核心的这个控制系统中，存在着多种信号。弱电方面：有热偶毫伏信号；4~2
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清风追梦

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发表于：2003-01-23 14:35:00
1楼
写的太好了，不过对于我们这些新手来说有点深。所以还请教您在恒温控制上，模拟量控制上再给具体的解释一下，比如说直观一点的PLC程序松下的FP系列就可以 谢谢 我的邮箱是：rensc_1982@163.com
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清风追梦

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发表于：2003-01-23 14:35:00
2楼
写的太好了，不过对于我们这些新手来说有点深。所以还请教您在恒温控制上，模拟量控制上再给具体的解释一下，比如说直观一点的PLC程序松下的FP系列就可以 谢谢 我的邮箱是：rensc_1982@163.com
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qifeng

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发表于：2003-01-26 23:41:00
3楼
偷人家的成果来发表？？？
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GQL

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发表于：2003-01-29 15:35:00
4楼
qifeng先生：你好！ 我是本文的作者，你说我偷人家的成果来发表，不知先生用意何在？这是我做的项目，可以查实，为什么要恶意诽谤？请你自重！
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qifeng

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发表于：2003-02-03 22:17:00
5楼
可能我理解错了，在此我深表歉意
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东门吹风

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发表于：2003-03-13 16:09:00
6楼
GQL先生，真的是你做的项目吗？多多联系！我想请教：怎么根据工艺过程，或者说根据控制要求，每个动作来进行I/O口的分配？
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benteng

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发表于：2003-03-13 17:08:00
7楼
棒！ 请教： 图2中的扩展单元是否就是I/O？ 图3中的TIC温控系统是可买到的配件吗？ 多谢！
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GQL

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发表于：2003-03-14 13:58:00
8楼
先生：您好！ 图中的扩展单元就是I/O，图三中的TIC温控系统可以买到。 谢谢！
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gongkongedit

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发表于：2003-03-16 12:06:00
9楼
写的不错，也很实在。我也用过松下的FP系统，希望以后多联系，经验，另外，请问一下能否提供温控系统和速度控制系统的资料，或者哪里可以得到。提供地址或者联系方式最好不过！！ 谢谢 wuying0424@sina.com蒋先生
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gongkongedit

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发表于：2003-03-16 12:14:00
10楼
对了，还有昨天我刚刚看到好象三菱的FX1S好象有温控模块，速度控制模块，可以选择的，请问一下可以不可以选用呢？
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stonemen

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发表于：2003-03-27 00:30:00
11楼
太好了， 您能给我英语版的吗？
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zaochen

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发表于：2003-03-30 16:59:00
12楼
GQL先生： 能提供英文版的吗？ 我的email:zhchenguang@263.net 希望能同您联系。
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pdslw

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发表于：2003-04-08 14:36:00
13楼
GQL: 你好！拜阅你的大作，写得很好，深感佩服。如你有时间的话，可否给我发一个温度控制（升温和恒温）的梯形图程序。最好使用OMRON的CXP程序编写。
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pdslw

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14楼
GQL: SORRY. 我的EMAIL：PDSLW@SOHU.COM。 谢谢！
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绳子

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15楼
你好,我是个新手,在做锅炉温控,但在这个城市买不到关于锅炉plc控制的书,所以想请您是不是可以给我down点资料呢!如果可以,就麻烦您了!我的信箱是: johneyekl@sina.com
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szydwang

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16楼
你好,我有炼铁自动控制需求,能否介绍一些有关炼铁自动控制资料或做这方面的公司.我的信箱是: johneyekl@sina.com . 联系电话:13510873760
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szydwang

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17楼
不好意思．刚才ＥＭＡＩＬ地址写错了．我有炼铁自动控制需求,能否介绍一些有关炼铁自动控制资料或做这方面的公司.我的信箱是: szydwang@sina.com . 　　联系电话:13510873760
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Tinayuan

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18楼
GQL: 您好，我是一名学生，正在做毕业设计，是用PLC做一个汽车车灯的测试仪，要求是当一个车灯过来时，plc给个电压，测一下电流，如果与预设的电流一致，则合格。电流要能手动设置，或者是给一个合格的灯，让其测一下，然后能被记忆。你能帮我想想办法吗？不胜感激！！！！！！！！我的信箱是jzqmhqs@163.com
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威力儿

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19楼
您好,我是一名学生,正在做毕业设计,是用plc和变频器控制加速和减速,以达到控制多台电机同步运行的效果,您能帮我把图5的调速系统画详细点吗?不胜感激!!!!!! 很抱歉,占用您宝贵的时间,能麻烦您就我的毕业设计中plc的I/O分配详细解释一下吗?再次,致以万分的感谢!!!!!! 我的信箱是supermanvilia@hotmail.com
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火热的风

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20楼
GQL: 先生你好，拜读完你的作品之后，知道你非等闲之辈，值得本人好好学习，不知道你在文章里提到的TIC是一个集成模块还是、自己制作的外围电路，如是前者的话在哪可以买到，后者的话能给提供一下你的原理图么，谢谢不吝赐教，我的邮箱zhuoyonghao@163.com
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