亿维UniMAT产品在高钙石生产中的应用

西安杰迪能源科技有限公司 徐创新、陈潇、李辉

西安朗利电气设备有限公司 赵震平

关键词：高钙石、PLC、兼容、控制、通讯

1．概况

工程项目：太行山脉山西某县高钙石生产线。设计采用PLC控制系统来实现自动化连续生产过程。针对高钙石生产现场环境较为恶劣，生产过程中高温、高粉尘、高电磁干扰，高噪音污染等不利因素较多，设计选用了西门子的S7-300 CPU和亿维的UniMAT兼容PLC模块来构成控制系统，实现对设备远程操作监视和自动控制，保证了生产过程安全、高效、连续、可靠。

本项目建有两条高钙石生产线，每条生产线主要包括煤粉系统、上料系统、预热系统、除尘系统和冷却系统等五部分，其中上料系统是两条生产线的公用系统。煤粉系统负责提供燃料的加工和输送，保证燃烧；上料系统负责把生产原料通过皮带和蛟龙等运送到预热器内；预热系统负责把生产原料通过预热器进行高温加热，并将加热好的原料送至回转窑内煅烧；除尘系统负责把预热器加热过程中产生的废气中的粉尘分离处理；冷却系统负责把高钙石成品冷却，并分仓保存。

                        高钙石生产流程图(总貌)

2．控制方案

2.1.总体结构

针对现场实际生产情况和设备位置，控制系统实施方案见“高钙石自控系统网络拓扑图”。上位机采用研华工控机和国产组态王监控软件，对现场设备和工艺流程等进行画面组态，将生产过程直观的展现出来。下位机采用西门子的S7-300 CPU和亿维的UniMAT I/O模块组成控制系统，共600点I/O。其中预热控制系统为主站，除尘与冷却系统分别为主站下的2个ET200远程I/O从站；上料控制系统CPU采用MPI与两套生产线CPU通讯，这样不同网段之间干扰最小，速度最高，各系统之间相对独立，可靠性、安全性较高。

2.2.下位机控制部分

下位机控制部分采用西门子的S7-300 CPU和亿维的扩展模块组成，组态软件采用STEP7 V5.5。上料系统（公用系统）使用一套PLC控制系统进行控制，主要硬件包括西门子CPU313C-2DP、亿维PS307电源模块、亿维ET200接口模块和亿维I/O扩展模块。一号生产线的预热系统、除尘系统、冷却系统使用一套PLC控制系统进行控制，主要硬件包括西门子CPU313C-2DP、亿维PS307电源模块、西门子CP343以太网通讯模块、亿维ET200 PROFIBUS-DP接口模块和亿维I/O扩展模块，CPU和ET200之间采用PROFIBUS-DP主从方式通讯；二号生产线的预热系统、除尘系统、冷却系统使用一套PLC控制系统进行控制，硬件配置与一号生产线相同。

所有PLC控制系统除了CPU和CP343-1以外，其他硬件均采用亿维系列PLC产品，包括：UN307电源、UN321 16点DI、UN321 32点DI、UN322 32点DO、UN331 8点AI、UN332 4点AO、UN972 DP连接器、UN390安装导轨、UN392前连接器，控制系统还选用了亿维UN153-1 PROFIBUS DP从站模块以及USB-MPI/DP适配器。现场使用表明，亿维的相关产品性能稳定，兼容性好，抗干扰能力强，控制系统能工作在环境较恶略的场合，并有较高性价比。

针对现场CPU之间通讯站点较少、通讯数据量少的实际情况，我们选择独立的MPI通讯方式来实现三套PLC系统之间的数据交换，CPU之间分别调用SFC67（X_GET）、SFC68(X_PUT)实现数据交换。这样既可以满足实际控制要求，也能达到控制网络和公用系统、监视操作系统网络相互独立，最大限度满足了系统的高可靠性要求。

上料系统、预热系统、除尘系统和冷却系统主要实现的控制功能包括：上料系统是给两个料仓轮流自动上料，并实时检测仓内料位高低，一个仓满后延时切换给另一个，都满了以后按顺序停止设备。预热系统主要控制十个油动机油缸，每个油缸按顺序推送物料，给物料加热，油缸推送到位后退回，然后一个继续推送和退回，十个油缸自动循环进行。除尘系统包括两部分，一是布袋除尘：有六个布袋，每个布袋包括十个电磁阀，电磁阀按顺序启动定时喷吹，布袋按顺序连续实现除尘控制；二是萨克龙除尘：萨克龙、提升机、绞龙等按顺序启动，开始除尘、输送过程，停机时按顺序停止。冷却系统是给物料降温、分仓保存，包括提升机、链板机和振动机的顺序、定时启动和停止控制。所有系统都要求一键启动，自动实现顺序、定时、自动控制，由于生产过程的连续性，就要求控制系统的硬件设备有较高的可靠性、稳定性，控制程序有很强的逻辑严密性。

2.3. 变频器及常规仪表

    由于整个控制系统结构较复杂，所以没有大量使用模拟量模块，主要通过3路RS-485通讯连接变频器、数字显示表（类似MODBUS协议）、温度巡测仪等完成部分模拟量监控，然后通过通讯模块与PLC和上位机系统交换数据。调试后连续生产半年以上，未出现过任何变频器等强电干扰和通讯阻塞等异常。

2.4. 上位机监控部分

上位组态软件采用组态王6.53。高钙石的生产线按流程图做成监控画面，并部分以动画形式生动显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等功能。上位工控机通以太网卡和CP343进行以太网连接，并和控制用的DP和MPI网络相独立，实现操作监视、控制、数据交换网络互不干扰，实现了高速、实时、稳定通讯。高钙石生产线的组态画面主要包括系统首页、上料系统、预热系统、冷却系统、除尘系统、实时/历史趋势、历史报警等，具体画面如下：

控制系统首页

左上：上料系统    右上：预热系统    左下：除尘系统    右下：冷却系统

3．小结

整套控制系统投入使用后，现场工作人员可以很直观的控制和监视高钙石的整个自动生产流程，方便的完成生产中的各种操作，极大的减少了生产过程中人员对设备的直接接触，保证了人员和设备的安全，并保持了生产的连续性。

根据以上应用经验，在其它2个现场采用了全亿维UniMAT UN200系列PLC产品实现了高钙石生产过程控制，从CPU到I/O模块、通讯模块等全部采用亿维产品，目前正在试运行过程中，运行稳定无异常。在国产PLC和兼容产品行列中，具有明显的质量、性能和价格优势。根据亿维UniMAT PLC系列产品在这些项目中高温、高粉尘、高噪音污染环境中的良好表现，决定将在工艺类似的水泥等行业大量推广应用。随着亿维产品在海外市场的扩大，希望“中国制造、中国品质”一定能成为中国人骄傲。

参考文献：

《S7-300可编程控制器硬件与安装》第二版

《西门子PLC高级培训教程》

《UniMAT PLC产品选型手册》2012版