PLC在水玻璃生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用復(fù)習(xí)過程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PLC在水玻璃生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用-PLC在水玻璃生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用摘要用PLC實現(xiàn)水玻璃生產(chǎn)控制的自動化改造系統(tǒng)關(guān)鍵詞PLC水玻璃生產(chǎn)控制應(yīng)用一、引言可編程控制器（PLC）在我國已得到廣泛的應(yīng)用。幾乎在每個工廠、企業(yè)、單位，甚至住宅小區(qū)都可以看到PLC的身影。廣大的高等工科院校、高職高專、中等技術(shù)學(xué)校都開設(shè)了PLC技術(shù)課，社會上的職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)點也開設(shè)了PLC技術(shù)培訓(xùn)課。需要獲得PLC技術(shù)的人越來越多。大學(xué)期間我在學(xué)校也學(xué)習(xí)了這門技術(shù)課程。在此，我在老師的指導(dǎo)下開始了這個項目的設(shè)計。通過運用老師授課的

2、知識和自己的自學(xué)，我計劃設(shè)計用PLC實現(xiàn)水玻璃生產(chǎn)控制的自動化改造系統(tǒng)。二、工程概述1.地點：某化工廠內(nèi)2.內(nèi)容：PLC在水玻璃生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用3.計劃內(nèi)投資：約7萬元人民幣（不包括化工廠原有的設(shè)備）三、主要設(shè)備選配類型型號價格（元）數(shù)量PLCFX2n-32MR18001臺PLCFX2n-48MR20001臺變頻器A740700022臺數(shù)字稱量裝置PT650C100022套電控電磁機(jī)構(gòu)執(zhí)行裝置ZSXV-16P氣動V型球閥（配FESTO生產(chǎn)的單電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶回器）（注：化工廠原有的其它生產(chǎn)設(shè)備在此不列出來。）四、砂堿配料控制硅酸鈉俗稱水玻璃，不是復(fù)合材料，是無機(jī)化工原料。由堿金屬氧化物和二氧

3、化硅結(jié)合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料。水玻璃（Na2OmSiO2）是生產(chǎn)各種硅酸侶催化劑、分之篩催化劑的重要原料。水玻璃的生產(chǎn)就是把砂和堿按一定比例混合攪拌后，送水玻璃爐內(nèi)高溫煅燒，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成的。砂和堿的配料控制用PLC控制技術(shù)實現(xiàn)。生產(chǎn)裝置及控制要求水玻璃生產(chǎn)裝置的示意圖如圖01所示，這里對實際的生產(chǎn)裝置進(jìn)行了一定的簡化。圖01砂和堿配料生產(chǎn)線示意圖當(dāng)稱料斗是空的，并且在放料門關(guān)閉的情況下，開加料閥給料斗加料；當(dāng)稱料達(dá)到設(shè)定值時（簡稱料滿），關(guān)閉加料閥?？刂婆_按鈕打開放料門，將物料放至拌缸進(jìn)行攪拌，經(jīng)一定時間后送到水玻璃爐煅燒。當(dāng)稱重傳感器檢測到料斗放空時，自動關(guān)閉放料門，準(zhǔn)備下一次加

4、料。模擬量稱重信號，用于對料斗中的原料重量進(jìn)行計量并通過PLC對每次放入料斗中的原料重量進(jìn)行控制，以實現(xiàn)按比例混合攪拌。控制系統(tǒng)設(shè)計（1）系統(tǒng)配置根據(jù)輸入輸出的點數(shù)和類型，選FX2n-32MRPLC一臺、模擬量輸入模塊FX-4AD一個和數(shù)字稱量裝置（PT650C）兩套；執(zhí)行設(shè)備采用電控電磁機(jī)構(gòu)，當(dāng)加料閥和放料閥得電時打開，其線圈失電時關(guān)閉。根據(jù)控制要求，I/O設(shè)備配置及接線如圖02所示。為了便于操作，在控制面板設(shè)置了信號燈，用以指示加料和放料時的工作狀態(tài)。PLC輸入/輸出分配如表01所示。圖02PLCI/O設(shè)備配置及接線圖表01輸入/輸出分配表輸入輸出編號輸出設(shè)備及功能編號輸出設(shè)備及功能X00

5、0啟動按鈕SB1Y000砂放料門接觸器KM1X001停止按鈕SB2Y001堿放料門接觸器KM2X002開砂放料門按鈕SB3Y002砂放料燈L1X003開堿放料門按鈕SB4Y003堿放料燈L2X004砂/堿稱重給定值調(diào)整選擇SAY004砂加料閥接觸器KM3X005稱重給定值增加按鈕SB5Y005堿加料閥接觸器KM4X006稱重給定值減少按鈕SB6Y006砂加料燈L3X007稱重給定值恢復(fù)初值按鈕SB7Y007堿加料燈L4（2）程序設(shè)計控制程序包括稱重給定值設(shè)置程序，砂、堿重量控制程序和配料控制程序等。稱重給定值設(shè)置程序的梯形圖如圖03所示，砂料、堿料的稱重初值設(shè)定為500kg。按SB7按鈕（X0

6、07為ON），可使設(shè)定值恢復(fù)到初始設(shè)定值；通過選擇開關(guān)SA（X004）對砂或堿設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，每按一次SB5按鈕，設(shè)定值增加10kg，每按一次SB6按鈕，設(shè)定值減少10kg，設(shè)定值調(diào)整的限制是防止超出調(diào)整范圍（101000kg）。圖03稱重給定值設(shè)置程序砂、堿重量控制程序的梯形圖如圖04所示。根據(jù)稱重裝置（PT650C）的輸出信號類型（電壓010V）和稱重范圍（01000kg）,模擬量輸入模塊FX2n-4AD設(shè)定為電壓輸入（對應(yīng)的數(shù)值范圍02000），使用通道為CH1和CH2。該程序是通過設(shè)定值與當(dāng)前值的比較，進(jìn)行重量控制。圖04砂、堿重量控制程序的梯形圖配料控制程序的梯形圖如圖05所示。通過

7、SET/RST指令，實現(xiàn)配料控制，其中M121=ON為砂料與設(shè)定值相等，M131=ON為堿料與設(shè)定值相等；M141=ON為砂料空，M151=ON為堿料空。圖05配料控制程序的梯形圖（3）提高控制系統(tǒng)稱量精度的措施實際控制系統(tǒng)中是通過電機(jī)驅(qū)動傳送帶給砂稱料斗和堿料斗加料的，達(dá)到設(shè)定值時，傳送系統(tǒng)由于慣性不能立刻停止，會帶來不定量的砂或堿，造成稱量系統(tǒng)不確定的誤差。為了解決這一問題，可在主電路增設(shè)一個恒轉(zhuǎn)矩變頻器，其一次電路控制原理如圖06所示。利用變頻器為驅(qū)動電機(jī)設(shè)置了四擋調(diào)速，即通過數(shù)字量裝置PT650C輸出的CO、FI兩信號，接到變頻器的控制輸入端7、8、9三端，以實現(xiàn)送料的準(zhǔn)確控制。例如，

8、砂的稱量目標(biāo)是500kg，通過PLC、變頻器和PT650C，即可對砂的稱量實現(xiàn)四擋控制，具體情況如表02所示。通過上述改進(jìn)，可使系統(tǒng)的稱量誤差達(dá)到0.5以下。表02變頻器四擋調(diào)速數(shù)據(jù)CO信號輸出FI信號輸出變頻器輸出頻率變化/Hz稱料斗中的物料/kg11050(需3s)040010504540042601453042649500300495500圖06一次電路原理圖五、水玻璃爐的換向控制在水玻璃生產(chǎn)過程中，煅燒是最為重要的一個環(huán)節(jié)，它決定了水玻璃的質(zhì)量。由于水玻璃爐煅燒的溫度很高（可達(dá)1390）和其本身的窯式結(jié)構(gòu)以及節(jié)能的要求，需要換向燃燒。采用可編程控制器進(jìn)行控制，可取得滿意的效果。生產(chǎn)流程

9、及控制要求生產(chǎn)流程和節(jié)能措施煅燒的目的，是把前面配好的砂和堿的混合物在水玻璃爐內(nèi)高溫加熱，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成水玻璃，放出二氧化碳。溶融狀態(tài)的水玻璃出爐后被打入常壓釜進(jìn)行攪拌，待冷卻均勻后，形成水玻璃成品打入儲罐儲存，其工藝流程如圖07所示。由于水玻璃爐爐體較大，溫度較高，故把它分為南北爐交替對爐子加熱。為了減少熱量的損失，節(jié)省能源，在南北煙道都設(shè)置了蓄熱室。當(dāng)北爐燃燒時，打開南煙道閘板，關(guān)閉北煙道閘板，助燃風(fēng)通過北煙道、蓄熱室至北爐，供北爐燃燒所需氧氣；當(dāng)南爐燃燒時剛好相反。由于助燃風(fēng)通過蓄熱室?guī)ё吡舜蟛糠譄崃浚环矫娼档土巳加偷南?，?jié)省能源；另一方面降低了煙道溫度，又保護(hù)了煙道。圖07水玻

10、璃工藝流程簡圖控制要求自動換向控制的時序圖如圖08所示。圖08水玻璃爐換向控制時序圖控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成設(shè)備選型選用一臺FX2n-48MR可編程序控制器作為控制中心，主機(jī)I/O點數(shù)為24/24，具有豐富上午功能指令。選用ZSXV-16P氣動V型球閥（配FESTO生產(chǎn)的單電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶回器）作為執(zhí)行裝置，能滿足水玻璃爐換向控制的要求。PLC輸入/輸出分配PLC輸入/輸出分配如表03所示。為了避免手動、回原點和自動等方式同時接通，X016、X017和X026輸入信號用選擇開關(guān)給定；同理X010與X021，X011與X020，X012與X015，X013與X014，X022與X025，X023與X024

11、的輸入信號也用選擇開關(guān)給定。表03輸入/輸出分配表輸入輸出編號功能編號功能編號功能X000南煙閘開回信X015關(guān)北汽閥開關(guān)Y000南煙閘（有信號開，無信號關(guān)）X001北煙閘關(guān)回信X016手動Y001北汽閥（有信號開，無信號關(guān)）X002北汽閥開回信X017回原點Y002北油閥（有信號開，無信號關(guān)）X003北油閥開回信X020開北煙閘開關(guān)Y003北煙閘（有信號開，無信號關(guān)）X004北煙閘開回信X021關(guān)南煙閘開關(guān)Y004南汽閥（有信號開，無信號關(guān)）X005南煙閘關(guān)回信X022開南汽閥開關(guān)Y005南油閥（有信號開，無信號關(guān)）X006南汽閥開回信X023開南油閥開關(guān)Y010南煙閘指示（開燈亮，關(guān)燈滅）

12、X007南油閥開回信X024關(guān)南油閥開關(guān)Y011北汽閥指示（開燈亮，關(guān)燈滅）X010開南煙閘開關(guān)X025關(guān)南汽閥開關(guān)Y012北油閥指示（開燈亮，關(guān)燈滅）X011關(guān)北煙閘開關(guān)X026自動Y013北煙閘指示（開燈亮，關(guān)燈滅）X012開北汽閥開關(guān)X027換向Y014南汽閥指示（開燈亮，關(guān)燈滅）X013開北油閥開關(guān)Y015南油閥指示（開燈亮，關(guān)燈滅）X014關(guān)北油閥開關(guān)Y020報警控制系統(tǒng)的軟元件設(shè)計從生產(chǎn)工藝對控制的要求看，水玻璃爐的換向控制，具有按時間原則換向的特點。采用SFC語言的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖方式編程，可以增加程序的可讀性。為了使用功能指令FNC60（IST）自動設(shè)定與各個運行方式相對應(yīng)的初始狀態(tài)

13、，需要使用輔助繼電器（M）重新安排輸入編號，重新安排輸入編號的程序如圖09所示。圖09重新安排輸入編號程序M8000為特殊輔助繼電器（運行監(jiān)視），在PLC運行時常為ON，故上面程序中的單步、單周期、回零啟動、自動啟動和停止等方式實際上不操作。初始化電路如圖10所示。圖10初始化電路程序手動方式運行程序如圖11所示。回原點初始化程序如圖12所示。圖11手動方式運行程序圖12回原點初始化狀態(tài)程序自動方式運行程序如圖13所示。圖13自動方式運行程序就現(xiàn)場運行的情況來看，要保證生產(chǎn)安全、穩(wěn)定地進(jìn)行，就要求現(xiàn)場控制閥和回信器等準(zhǔn)確可靠。一旦回信出現(xiàn)問題，往往會使程序鎖死在某個狀態(tài)。在編程時應(yīng)盡量減少串聯(lián)

14、節(jié)點的使用。如果對上述程序作一些改進(jìn)，可對控制閥和回信器的故障進(jìn)行報警，這里給出程序框圖如圖14所示。程序流程中的故障檢測可采用之間故障檢測法。在工步開始時啟動一個定時器，定時器的設(shè)定值為該工步正常持續(xù)時間的1.25倍。圖14自動控制程序流程圖六、項目注意事項（1）PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾和動力線，如大功率可控硅裝置、高頻焊機(jī)和大型動力設(shè)備，二者間距應(yīng)大于200mm。（2）PLC的I/O接線與控制線應(yīng)分開，如必須在同一線槽中布線并使用屏蔽線。交流線與直流線、輸入線與輸出線、開關(guān)量與模擬量最后分開縛設(shè)。傳送模擬量的信號采用屏蔽線，其屏蔽層應(yīng)在模擬量模塊一端接地。（3）在電源線配線施工中，輸出模塊的電源

15、配線必須采用放射式，不能采用鏈?zhǔn)娇缃?。跨接很容易造成首塊模塊的電源端子過電流。（4）負(fù)載電源即便是交流220V，也不宜直接取自電網(wǎng)，應(yīng)采取屏蔽隔離措施。而且同一系統(tǒng)的基本單元、擴(kuò)展單元的電源以及輸出電源應(yīng)取自同一相。（5）根據(jù)負(fù)載性質(zhì)并結(jié)合輸出點的要求，確定負(fù)載電源的種類及電壓等級，可用交流就不用直流，可用220V的就不用24V。（6）正確確定負(fù)載電源容量。應(yīng)考慮接觸器、電磁閥等負(fù)載同時工作的因素，不宜簡單采取總?cè)萘砍艘韵禂?shù)的辦法估算。尤其是在大型系統(tǒng)中，容量若不滿足，容易引起電壓損失過大，影響負(fù)載正常工作。七、備注工程總價：約10萬元人民幣（水玻璃生產(chǎn)控制系統(tǒng)用PLC實現(xiàn)的改造工程）結(jié)束語我

16、會在今后的實際工作中繼續(xù)努力增加自己的實踐經(jīng)驗，努力提升自己的實操能力，解決在操作使用中出現(xiàn)的問題，把整套水玻璃生產(chǎn)控制系統(tǒng)更加完善化。經(jīng)驗就是技術(shù)的硬道理。致力于在機(jī)電領(lǐng)域創(chuàng)出屬于自己的一片艷陽天地。你的信任，我的動力。致謝感謝學(xué)校給我這個平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)。感謝合作單位、同學(xué)、指導(dǎo)老師的支持與幫助。感謝考官的點評。參考文獻(xiàn)1劉守操.可編程序控制器技術(shù)與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20062李俊秀，趙黎明.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20053石秋潔.變頻器應(yīng)用基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20024丁煒.可編程序控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20045賀哲榮，石帥軍.流行PLC實用程序及設(shè)計（三菱FX2系列）.西安