1 引言

　　生產(chǎn)微細(xì)滑石粉、超微細(xì)碳酸鈣粉的某一化工廠，其粉體生產(chǎn)線中的礦粉的分離、運(yùn)輸、收集、整理、打包出貨等是通過多臺電機(jī)、各種電磁閥、運(yùn)輸帶的順序開啟來實(shí)現(xiàn)的。工廠過去采用的是人工值守，需要工作人員就近啟停機(jī)器，而且要按照一定的操作順序進(jìn)行，增加員工的勞動強(qiáng)度。由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及改善員工工作環(huán)境的需要，原有設(shè)備已不能滿足需要，必須增加生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)對原有生產(chǎn)線設(shè)備進(jìn)行改造擴(kuò)充?？删幊炭刂破?PLC)由于具有了體積小巧、易于設(shè)計(jì)更新、調(diào)試方便、簡化線路、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，為各種生產(chǎn)線自動化設(shè)備提供可靠的控制方案。因此在本生產(chǎn)線自動化控制改造中，采用PLC來實(shí)現(xiàn)原有設(shè)備的改造擴(kuò)充及對新增設(shè)備的自動化控制。

2 生產(chǎn)線工藝設(shè)備描述

　　控制系統(tǒng)包括原有生產(chǎn)線及新增生產(chǎn)線，使用PLC在完成新生產(chǎn)線控制的同時(shí)還要與原有生產(chǎn)線進(jìn)行兼容控制，原有設(shè)備的一些動作信號要與新設(shè)備進(jìn)行連鎖控制，在新生產(chǎn)線中，用分離機(jī)分離礦顆粒，通過輸灰機(jī)完成粉料的輸送處理，用轉(zhuǎn)飼機(jī)進(jìn)行粉料的混合，最后螺運(yùn)機(jī)對粉料完成提升、分類收集、運(yùn)送等處理。

　　在本次PLC改造應(yīng)用控制系統(tǒng)中，PLC除了控制原有的8個(gè)袋濾集塵閥的定時(shí)順序工作，新增加控制2套輸灰機(jī)控制系統(tǒng)、分離機(jī)3臺(15HP)、風(fēng)車1臺(100HP)、螺運(yùn)機(jī)2臺(2.2kW)、轉(zhuǎn)飼機(jī)1臺(3.5kW)、2位5通電磁閥及各種儀表若干。從提高工廠供電電網(wǎng)的功率因素及節(jié)電方面考慮，采用變頻器對生產(chǎn)線上長期運(yùn)行的各個(gè)電機(jī)進(jìn)行變頻驅(qū)動控制，并且在變頻器電源進(jìn)線端加裝進(jìn)線三相交流電抗器，用于減少電機(jī)啟動時(shí)對電網(wǎng)沖擊。PLC接收變頻器的故障信號及其他反饋信號，控制電機(jī)的啟動停止及各電磁閥的開閉動作來完成對整個(gè)設(shè)備的自動化控制功能。

3 PLC型號配置及控制對象

　　根據(jù)控制功能要求，需要對設(shè)備進(jìn)行各種邏輯、順序、過程控制，包括對設(shè)備的手自動控制、各種報(bào)警輸入、輸出，信號反饋等的多層控制等，對PLC的輸入輸出的點(diǎn)數(shù)要求較多。其中，PLC控制的輸入信號包括:操作臺的啟停按鈕、壓力表的高低壓反饋信號、各個(gè)電機(jī)運(yùn)行反饋信號、轉(zhuǎn)速表高低速反饋信號、各種故障輸入信號等共42個(gè)輸入點(diǎn);PLC控制的輸出信號包括:各個(gè)電機(jī)、電磁閥、變頻器、狀態(tài)指示輸出等共38個(gè)輸出點(diǎn)。本系統(tǒng)中采用三菱MELSEC A系列中的A1SH CPU模塊及其擴(kuò)展I/O模塊，包括1個(gè)A1SHCPU、1個(gè)電源模塊A1S61PN、4個(gè)繼電器型輸入模塊A1SX20、3個(gè)繼電器型輸出模塊A1SY10，1個(gè)連接底盤A1S38B(8 Shots)等。三菱A1S系列PLC配置的如圖1所示，所控制的主要對象見附表所示。

圖1 PLC的硬件配置

附表 PLC控制對象

4 軟件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)生產(chǎn)線的工作要求，首先確定各個(gè)動作的先后次序和相互關(guān)系，寫出PLC各個(gè)輸入輸出信號間的邏輯關(guān)系，再由邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)為梯形圖。PLC控制分手動和自動控制兩部分控制，根據(jù)系統(tǒng)控制要求，程序設(shè)計(jì)包括輸灰機(jī)控制及螺運(yùn)機(jī)控制設(shè)計(jì)等等。

　　4.1 輸灰機(jī)工藝原理

　　(1) 基本工藝過程

　　由原設(shè)備成品桶、入料桶連鎖信號及壓縮空氣壓力表反饋信號作為輸灰機(jī)控制系統(tǒng)的啟動停止信號，正常狀態(tài)下由操作人員通過操作臺啟動停止按扭啟動輸灰機(jī)控制系統(tǒng)，壓縮空氣異常時(shí)報(bào)警停機(jī)。按下啟動按鈕后，打開進(jìn)氣電磁閥加壓，若管路壓力表此時(shí)處于設(shè)定壓力上限位置(高壓)，則開啟輸灰閥輸送粉料，若此時(shí)壓力表處于設(shè)定壓力下限位置(低壓)，則計(jì)時(shí)停止進(jìn)氣及輸灰，打開進(jìn)灰閥入料，同時(shí)開啟收塵機(jī)助泄閥助泄，當(dāng)入料計(jì)時(shí)到或入料桶處于高料位位置時(shí)關(guān)閉進(jìn)灰電磁閥，從而完成一個(gè)進(jìn)灰輸灰控制循環(huán)。

　　當(dāng)進(jìn)氣閥開啟而壓力表超時(shí)處于低壓位置時(shí)為加壓時(shí)間過長，或輸灰閥開啟而壓力表超時(shí)處于高壓位置時(shí)管路堵塞，存在加壓過長或管路堵塞時(shí)聲光報(bào)警停機(jī)，此時(shí)需要故障復(fù)位報(bào)警后才能啟動輸灰機(jī)控制系統(tǒng)。

　　(2) 啟動條件

　　●自動選擇;　　● 成品桶、入料桶連鎖信號正常;　　● 壓縮空氣壓力表正常。

　　(3) 停止條件

　　●入料計(jì)時(shí)到;　　● 入料桶處于高料位置;　　●進(jìn)氣閥開，1000s，管路不是高壓，加壓過長;　　●輸灰閥開，2000s，管路不是低壓，管路堵塞;　　● 其它故障信號。

　　根據(jù)輸灰機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程，畫出其PLC自動控制流程圖如圖2所示。

圖2 輸灰機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程簡圖

　　(4) 電磁閥配置結(jié)構(gòu)原理

　　輸灰機(jī)控制部分主要控制各種2位5通電磁閥。電磁閥配置結(jié)構(gòu)簡圖參見圖3所示。包括進(jìn)氣閥、輸灰閥、進(jìn)灰閥、助泄閥、壓力表、狀態(tài)指示燈、故障報(bào)警蜂鳴器等。正常時(shí)為自動控制狀態(tài)，由安裝在輸灰管路上的壓力表給出的壓力高、低限位的反饋信號，來控制各個(gè)電磁閥及電機(jī)的開停，當(dāng)系統(tǒng)需要強(qiáng)制輸灰、采樣、調(diào)試或出現(xiàn)故障時(shí)使用手動獨(dú)立回路啟動輸灰機(jī)控制系統(tǒng)。

圖3 電磁閥配置圖

　　4.2 螺運(yùn)機(jī)控制部分

　　螺運(yùn)機(jī)自動控制系統(tǒng)的工作流程。通過操作臺順序啟動按鈕啟動分離機(jī)1、2、3號，然后啟動風(fēng)車，打開風(fēng)擋，啟動轉(zhuǎn)飼機(jī)再啟動螺運(yùn)機(jī)，啟動過程中不斷觀察現(xiàn)場情況。在開啟風(fēng)車的同時(shí)或由壓差表給出的壓差值，按定時(shí)按順序間隔開啟1#～8#袋濾集塵閥，直至按下風(fēng)車停止按鈕停止集塵閥。各個(gè)電機(jī)的熱繼電器信號及轉(zhuǎn)速表高低速信號作為其停機(jī)信號反饋至PLC。分離機(jī)、風(fēng)車、風(fēng)擋、轉(zhuǎn)飼機(jī)、螺運(yùn)機(jī)及輸灰機(jī)在各個(gè)環(huán)節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣，按照一定工作順序自行投入運(yùn)行。

　　4.3 袋濾集塵閥的控制設(shè)計(jì)

　　袋濾集塵閥的自動控制設(shè)計(jì)主要是使用PLC內(nèi)部的軟定時(shí)器進(jìn)行從1#集塵閥到8#集塵閥時(shí)間順序循環(huán)工作，直至命令停止。

　　4.4 報(bào)警程序設(shè)計(jì)

　　各個(gè)控制部分或元件出現(xiàn)故障時(shí)要有聲光報(bào)警，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)故障部分設(shè)備停止運(yùn)行，或投入備用設(shè)備運(yùn)行，或進(jìn)行故障清理后繼續(xù)運(yùn)行，或使用手動獨(dú)立回路單個(gè)啟動控制系統(tǒng)。故障包括各個(gè)電機(jī)的熱過載繼電器、變頻器故障、輸灰機(jī)的加壓過長、管路堵塞故障等等，采用三菱PLC的PLS指令可以很好的實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制功能。

　　4.5 分離機(jī)控制部分

　　分離機(jī)屬于高慣性離心式機(jī)械，其工作特點(diǎn)為起動時(shí)工作電流較大，正常工作時(shí)負(fù)載較輕，停止時(shí)慣性較大，采用變頻器控制可以很好的減少啟動電機(jī)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，并采用屏蔽控制電纜減少變頻器對其它電器元件的高次諧波影響，本次設(shè)計(jì)采用富士FRNP11S系列變頻器控制分離機(jī)。

5 結(jié)束語

　　項(xiàng)目自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用MELSEC A系列PLC，具有強(qiáng)大的擴(kuò)展功能、高度可靠性及向上兼容性。A1SH CPU內(nèi)部64K內(nèi)存，8K步編程內(nèi)存，256個(gè)I/O點(diǎn)，可擴(kuò)展2048個(gè)遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)，鋰電池5年使用壽命，同時(shí)可通過網(wǎng)絡(luò)模塊(CC-link)與廠中臨近的另一套采用三菱A系列PLC生產(chǎn)線相兼容組網(wǎng)，也可組成分布式I/O，減少連線。投入使用一年多，設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期要求，大大提高了工作效率，降低了成本，達(dá)到生產(chǎn)改照的目的。