0引言

某磁性材料廠濕法線由配料系統(tǒng)、球磨機、攪拌機、脫水機、攪拌釜、回轉窯、冷卻筒和包裝機等設備構成。以往每套設備由簡單的現(xiàn)場接觸器、繼電器控制,設備陳舊,控制分散,自動化程度底,導致工作效率低下,生產成本居高不下。

現(xiàn)應用基于可編程邏輯控制器和組態(tài)軟件的工業(yè)自動化技術,與接觸器、繼電器的常規(guī)回路控制相結合,實現(xiàn)濕法線上設備的分布控制、集中操作,可以解決傳統(tǒng)繼電器、接觸器控制存在的產線操作難以集中、生產過程難以記錄、設備間連鎖困難等問題。

1濕法線的生產流程和控制系統(tǒng)組成

1.1生產流程

原料(氧化鐵紅)及輔料(二氧化硅、碳酸鈣、三氧化二鋁等)通過配料系統(tǒng)按生產所需配比混合后,進入濕法球磨機研磨,研磨完畢后進入攪拌機攪拌。

攪拌均勻的物料經(jīng)軟管泵輸送至脫水機進行脫水,再經(jīng)攪拌釜二次攪拌,然后由柱塞泵送至回轉窯進料箱。

在回轉窯內對物料進行燒制,后經(jīng)冷卻筒冷卻,送入管式球磨機研磨為成品,完成整個生產流程。濕法線生產流程如圖1所示。

1.2主要設備及控制要求

整個濕法線的設備主要分為兩種類型:機電一體品設備和單體設備。

配料系統(tǒng)和回轉窯燃燒系統(tǒng)為機電一體品設備,整套設備本身帶有成套的控制系統(tǒng)(PLC),僅將PLC模塊進行更換或增加通信模塊,即可接入集中控制系統(tǒng)(主PLC),實現(xiàn)設備集中控制。

產線其余單體設備原有控制方式為簡單的MCC控制柜就地操作箱控制方式,在該控制方式下,每個設備之間相互獨立。

對單體設備控制回路進行更新,取消現(xiàn)場操作箱,MCC控制柜上增加切換開關(集控一檢修一就地),對控制回路進行改造,使其可以接收集中控制系統(tǒng)的啟停信號并將故障信號送入集中控制系統(tǒng)(主PLC),實現(xiàn)設備的集中控制。

2系統(tǒng)主回路設計

在整個濕法線上,各設備的電機啟動方式有直接啟動、變頻啟動和頻敏變阻啟動3種。

2.1直啟正轉控制回路設計

濕法線上的冷卻筒等設備電機可直接啟動,基礎控制采用常規(guī)接觸器、繼電器實現(xiàn),其典型電路如圖2所示。

2.2變頻控制回路設計

攪拌機、球磨機等設備的電機以變頻方式啟動,采用西門子s120系列變頻器,通過控制變頻器數(shù)字量輸入點的通斷,實現(xiàn)設備的運行和停止,集控系統(tǒng)模擬量輸入模塊把模擬量控制信號傳給變頻器,由變頻器對設備運行進行調節(jié)。變頻啟動的典型電路如圖3所示。

2.3頻敏變阻啟動回路設計

管式球磨機電機以頻敏變阻啟動方式進行切除電阻啟動,啟動方式如圖4所示。

3系統(tǒng)架構

濕法線集中控制系統(tǒng)采用分布式集中控制方式進行設計,采用三層分布式架構:底層為設備控制層,中間層為信號邏輯層,頂層為監(jiān)控管理層。整個控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構如圖5所示。

設備控制層主要由單體設備電機、機電一體品等電氣執(zhí)行機構組成,作為執(zhí)行層運轉現(xiàn)場生產設備。

中間信號邏輯層為整個集中控制系統(tǒng)的核心,由一臺PLC主站及相關I/O模塊、通信模塊構成?，F(xiàn)場單體設備啟停及狀態(tài)信號以硬接線的方式接入集中控制系統(tǒng)(主PLC)的I/O信號模塊,變頻器信號通過profibus-Dp總線網(wǎng)絡接入集中控制系統(tǒng)(主PLC)進行信號通信,機電一體品設備通過以太網(wǎng)通信的方式接入集中控制系統(tǒng)(主PLC)。

監(jiān)控管理層由一臺工程師站及一臺操作員站組成,并與公司及管理信息網(wǎng)絡連接,接收生產信息并調配整個產線的生產過程。

4控制系統(tǒng)設計

4.1機電一體品控制系統(tǒng)

在濕法線上,回轉窯及兩套配料系統(tǒng)以機電一體品的形式出現(xiàn),并獨立運行。其中回轉窯系統(tǒng)以lg-PLC為核心進行控制,配料系統(tǒng)以s7-200PLC為核心進行控制。為實現(xiàn)集中控制,將回轉窯lg-PLC替換為s7-l200,配料系統(tǒng)PLC增加通信模塊,3套系統(tǒng)作為從站通過以太網(wǎng)通信的方式接入主控制系統(tǒng)。機電一體品控制系統(tǒng)的硬件配置及選型如表1所示。

4.2主控制系統(tǒng)

整條濕法線需要控制的設備數(shù)量較多,且控制系統(tǒng)要可

靠、穩(wěn)定,故選擇西門子CpU3l5,配合相應的I/O擴展模塊、通信模塊等設備作為集中控制系統(tǒng)的主控制系統(tǒng),現(xiàn)場設備通過I/O信號線及通信線接入控制系統(tǒng)。主控制系統(tǒng)的硬件布置及選型如表2所示。

4.2.1I/O信號

現(xiàn)場電機啟停及反饋信號通過硬接線的方式與主PLC進行通信,PLC控制設備啟停及接收設備反饋信號,典型的I/O接點如圖6所示。

此外,變頻設備還需接收PLC頻率給定信號,以及將設備轉速反饋給PLC,如圖7所示。

4.2.2通信信號

現(xiàn)場變頻器通過PR0FIBUs網(wǎng)絡與主PLC進行通信,燃燒系統(tǒng)及配料系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與主PLC進行通信。

5集中控制流程

由于以往產線各個設備間相互獨立,每個工序操作人員無法及時判斷其他工序設備運轉情況,無法對設備運轉情況進行調整,產線集中控制后,通過PLC采集現(xiàn)場各個設備運行狀態(tài)并進行分析,可以總體把握整個產線的生產流程,進而對各工序設備運轉情況進行調整。集中控制流程如圖8所示。

6結語

集中控制系統(tǒng)在濕法線上的應用,相較于原有系統(tǒng),其生產自動化水平和管理能力顯著提升,系統(tǒng)的應用實現(xiàn)了對各工序設備的集中控制,并能對整個生產系統(tǒng)的生產過程、設備運行狀況、報警信息、產能等進行綜合評估,減輕了工人的勞動強度。

濕法線生產是一種非線性多擾動的生產過程,生產過程中溫度、給料配比及物料攪拌濃度的變化都會對最終的產品質量產生影響。目前濕法線上的設備運行參數(shù)及進料配比均為人工給定,通過PDI等常規(guī)控制回路簡單跟蹤設定參數(shù),工藝人員的水平對產品質量影響重大。預測控制算法,例如模型預測控制(MPC)算法,以系統(tǒng)的響應曲線建立生產模型,通過反饋校正和滾動優(yōu)化不停地對生產模型進行校正,使生產過程及產品質量始終保持在可控范圍內。濕法線實現(xiàn)集中控制后,為模型預測控制等先進算法在產線上的應用提供了條件,是產線下一步改造的目標。