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本文介绍了PLC在石灰石粉磨控制系统中的应用。该控制系统采用了Modicon公司生产的Quantum系列可编程序控制器，上位机采用ifix3.5组态软件,具有良好的系统兼容性和人机界面。实践证明，提高了自动化控制水平，降低了工作人员的劳动强度，保证了石灰石粉磨的安全可靠运行，取得了良好的经济和社会效益。前 言
       
        　　由于国家对环保的日益重视，对企业达标排放监管力度的加强，从而促进了工业烟气采用湿式脱硫技术的广泛应用。而湿式脱硫的原料是石灰石粉，因此对石灰石粉的品质和产量要求越来越高，这样就需要具有先进水平、可靠性高的控制系统。
       
        　　当前的可编程序控制器（PLC），是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为控制系统中应用广泛的核心位置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，扩容方便。
       
        1、石灰石粉磨工艺简介
       
        　　石灰石粉磨是制备石灰石粉保证石灰石粉品质为关键的工艺设备。它由磨辊、磨盘、减速机、选粉机、主电机、辅传电机、密封风机、张紧结构、液压润滑站、冷却水组成。
       
        　　整个生产过程中包括各关键点的数据采集和记录、工艺流程的切换、冷却水泵的切换控制、选粉机的转速控制、液压润滑站的压力控制、石灰石粉磨内的温度、差压及料位控制、生产设备运行状态的监控等，如此多的设备和复杂的工艺运行操作，需要复杂的自动化控制。如下图：（目前#1线已投入生产，#2线正在筹备中）
       
        
       
        图1
       
        2、石灰石粉磨生产监控系统的运行环境
       
        　　（1） 在该生产过程中，有大量的物理量，如温度、压力、料位、流量等模拟量参数，需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。
       
        　　（2） 整个生产过程的模拟量自动控制和故障诊断。
       
        　　（3） 整个流程的顺序控制和实时报警、联锁保护停机。
       
        3、控制系统结构
       
        　　石灰石粉磨的控制系统采用Modicon公司生产的Quantum系列可编程序控制器。该系统由4台工业PC机与PLC通过网络交换机（冗余配置）构成物理结构为10BASE-T的局域网，工业PC机与PLC之间通过以太网进行数据通讯，数据传输率为10Mbp/s。整个控制系统由主系统和扩展系统组成，负责与现场测量和控制部分之间的数据传输，肩负着全部生产运行工艺、流程的逻辑控制、报警、联锁等。4台工业PC机均运行bbbbbbs2000 Professional操作平台，分为两台上位机操作员站，运行ifix3.5组态软件,实现监视、操作、报表打印、事故分析等功能；另外一台为工程师站，运行Quantum系列的Concept2.6组态软件，实现逻辑控制、逻辑与参数的修改、在线监视等功能；还有一台为通讯接口站，通过485电缆完成与6Kv高压综合保护的数据传输。配置结构采用双以太网的形式，保证了自动化控制系统运行的连续性，提高了设备运行的可靠性，保证了安全生产。其系统配置如下图所示。
       
        
       
        图2
       
        4、配 置
       
        　　（1）为了满足工艺过程的控制要求，控制中心采用了研华的工业控制计算机，其配置为：
       
        　　CPU Inbbb PⅣ2.4GB，内存256MB，硬盘80GB，软驱3.5in，光驱52X，彩显PHILIPS 21纯平，101键盘 光电鼠标。
       
        　　（2）Modicon Quantum系列CPU-434-12
       
        　　（3）Modicon Quantum系列8通道模拟量输入模块11块（包括热偶、热电阻）
       
        　　（4）Modicon Quantum系列8通道模拟量输出模块2块
       
        　　（5）Modicon Quantum系列32通道数字量输入模块7块
       
        　　（6）Modicon Quantum系列32通道数字量输出模块3块
       
        　　（7）Modicon Quantum系列以太网通讯模块2块
       
        　　（8）Modicon Quantum系列远程I/0通讯模块3块（主1，从2）
       
        　　（9）Modicon Quantum系列电源模块6块
       
        　　组态的主要工作是完成硬件型号参数设置、I/O地址的分配、传输方式等。使用Modicon Quantum系列PLC的专用编程软件Concept2.6进行组态。具体过程是：打开Concept2.6→File→New project，双击PLC Selection选CPU型号→OK，双击Config Extensions→双击Select Extensisns→双击Select Extensisns，在出现的对话框TCP/IP处选择以太网网络数目→OK。双击I/O Map，点击Head setup按钮→选择RIO数，这个数为主I/O通讯模块在主站背板所占用的槽号（从I/O通讯模块在扩展柜中根据自己的意愿随意放置）→OK。
       
        　　一般情况下，1和16槽放置电源模块；2槽放置CPU模块；3槽防止主I/O通讯模块；4和5槽放置冗余的以太网通讯模块；6至15槽放置I/O模块。
       
        　　硬件组态图如下：
       
        
       
        图3
       
        5、软件组态
       
        　　在该系统中，上位机采用ifix3.5组态软件，下位机采用Modicon Quantum系列的Concept2.6编程软件。
       
        　　1）人机界面组态
       
        　　（1）工艺流程图：该画面通过编程实现动态模拟显示整个石灰石粉制备的过程——从上料、进磨到出粉再到仓储。实现整个生产过程中各个运行设备的程控启停以及各个运行设备的单体操作，并对故障进行实时诊断。
       
        　　（2）系统操作功能：它有自动和手动两种工作方式，正常运行时采用自动方式，故障和调试时采用手动方式。它由PID控制回路实现对一些重要的模拟量数据的jingque控制，以达到期望值。
       
        　　（3）报警记录：实时地发出所有发生故障的参数的声光报警，提醒值班人员采取相应的措施。
       
        　　（4）实时曲线：在线监视所有重要参数的实时变化，以便提前采取维持正常参数的措施和手段。
       
        　　（5）历史曲线：检查过去的数据记录，以便发生故障时，分析出故障原因。
       
        　　（6）报表打印：按不同的时间段实现统计与计量。
       
        　　2）PLC控制程序设计
       
        　　PLC采用Modicon Quantum系列Concept2.6编程软件。Concept适用与所有的bbbbbbs操作系统，强大的梯形图面向用户，其电路图符号和表达式与继电器电路原理图非常接近，控制过程形象、直观、易于掌握、易于修改。有实用的功能块和在线仿真功能，并且不需要停止CPU运行，就可以下载修改的配置与逻辑。丰富的功能可以满足系统的各种要求。下图是冷却水泵的启动/停止逻辑：
       
        
       
        图4
       
        　　冷却水系统由两台冷却水泵及冷却水泵出口电动门组成。两台冷却水泵一用一备，当启动其中的一台冷却水泵后，必须投入另一台冷却水泵备用，以保证这台冷却水泵故障停泵时另一台冷却水泵自启，也就保证了冷却水系统的正常运行，进而保证了石灰石粉磨系统的安全、可靠、稳定的运行。冷却水泵与冷却水泵出口电动门之间联锁，冷却水泵出口电动门在关闭位置才允许启动冷却水泵。在联锁解除时，可以单体操作冷却水泵，实现冷却水泵的检修调试。
       
        6、系统通讯功能
       
        　　Modicon Quantum系列PLC可编程序控制器利用其先进灵活的通信方式，方便地组成了PLC处理器与就地控制柜、远程控制柜、计算机工作站及其电子设备之间的通讯，其通讯方式是多渠道、多方式的。
       
        结束语
       
        　　本控制系统功能全面，可靠性高，操作简单实用，提高了劳动生产率，避免了由于操作人员操作失误而造成的事故，改善了现场操作人员的劳动条件，对提高石灰石粉磨管理水平，保证设备安全稳定运行起到了很好的促进作用。并已在生产上得到实际应用，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。

将PLC和单片机结合，设计了用于轻轨精整钻、铣床设备的控制系统，用于取代继电器控制。
        1、引 言
       
       
       
        　　唐山钢铁公司中型厂是生产型钢的企业，原有4套钻、铣床设备，用于轻轨精整。其电气控制系统采用继电器及接触器构成，控制手段比较落后，控制效果完全取决于操作工经验和精神状态，各道工序间连贯性差，费时又费力，故障率较高且维修困难，影响了生产效率。因此，有必要进行技术改造。PLC控制具有可靠性高、柔性好、开发周期短等优点，特别适合于机床控制和故障自诊断系统，可以大大减少继电器等元器件的数量，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而,用PLC控制系统替代体积大、投资大、耗能大的继电器是电气控制系统发展的趋势。鉴于上述原因，我们利用PLC技术对原有电气系统进行了全面技术改造。
       
        2、系统功能
       
        　　轻轨精整PLC智能控制系统包含铣床和钻床控制，实现的基本功能如下：
       
        　　（1）切换功能：可实现手动与自动控制的切换。在通常情况下使用自动档，当需要检修或调试的时候，切换到手动档。
       
        　　（2）自动报警功能：发生异常情况，可随时报警。当夹紧头快下、动力头快进、动力头工进以及动力头快退四个部分中任何一段出现异常情况时，与之相应的声光报警就会动作，让现场工作人员迅速采取措施，避免或减少事故所造成的损失。
       
        　　（3）自动记忆功能：配有“停车”及“继续运行”按钮。当工作过程中出现某些问题需要暂停运行时，按下“停车”按钮后，机床停止运行，各部分均停留在原处不动。再按下“继续运行”按钮，则机床继续运行。
       
        　　（4）紧急停车复位功能：配备有“紧急停车复位”按钮。当在工作过程中发生异常，或中途突然停电后恢复时，按下此按钮使机床各部件回到加工前的初始状态。
       
        　　为实现上述功能，需要对运行过程进行智能判断，进行相应的控制。同时考虑到PLC的运算功能的限制，需要加入故障诊断模块，并进行相应的显示。
       
        3、系统组成
       
        　　PLC选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器实现，由可编程序控制器构成的轻轨精整智能控制系统结构如下：
       
        
       
        图1 轻轨精整智能控制系统结构图
       
        　　该系统有输入、控制运算和输出三大部分组成。
       
        　　1）输入部分包括操作按钮和信号检测两部分
       
        　　a.操作按钮用来人工设置参数或进行手动操作，处理紧急情况。
       
        　　b.信号检测是由传感器自动监测生产线上机床的工作情况，一旦出现异常情况，马上报警提示操作者，以进行相应的故障处理，如紧急停机处理等，从而避免事故的发生。
       
        　　2）控制运算部分
       
        　　控制运算部分主要由PLC来完成，由控制系统的应用软件来完成信号的输入、处理、控制输出的主要功能。
       
        　　3）输出部分包括报警装置、输送和动力装置、固定装置
       
        　　a.报警装置由闪烁的红、黄、绿三种颜色灯和报警铃声构成，三种颜色分别对应三种不同报警级别。绿色表示系统正常；黄色表示系统参数超范围，但仍能工作，需要进行处理；红色报警并伴随报警声音，必须紧急停机处理。
       
        　　b.输送装置由PLC输出的信号控制主电路，给电机发送指令，让其自动完成原料的传送与动力传送。
       
        　　c.液压装置是固定装置，由PLC控制器给定的信号，经电磁阀控制液压设备，将原料固定在某一位置，为原料加工服务。
       
        4、系统软件设计
       
        　　4.1 PLC软件设计考虑的问题
       
       
       
        　　利用梯形图编制控制程序，在 PLC软件设计中要考虑以下几个问题：
       
        　　（1）强电关断优先原则：在铣床软件设计中，只要控制信号中有强电关断的信号，则不管其它信号如何都要关断强电。如图2所示，只要关断信号XO2＝1，则中间继电器 M100 都要被关断。 （2） 动作互锁原则：有些控制不能同时动作，就要进行互锁。如主轴正、反转控制，图 3为主轴互锁控制示意图，任何一个回路启动后必须同时关断另一 个回路，从而保证两者不能同时动作。
       
        
       
        图2
       
        
       
        图3
       
        　　（3）顺序联锁控制原则：即有些控制要求次序不能颠倒，这就要求前一个动作常开触点串在下一个控制动作中，同时将后一个动作中的常闭触点串在上一动作的控制回路中，如图4所示。
       
        
       
        图4
       
        　　影响PLC控制系统的因素很多，只要我们在软件设计时充分考虑到各方面因素，就可避免出现故障，控制系统的运行就会更加稳定。
       
        　　4.2 PLC基本控制程序设计
       
        　　具体铣床控制功能框图如图5所示，钻床控制功能与之类似。
       
        
       
        图5 铣床控制顺序功能框图
       
        　　4.3 故障诊断模块的程序设计
       
        　　对于PLC系统，由于内存资源有限，复杂的智能诊断难于实现，为此加入了故障诊断智能模块，该模块以单片机为基础，采用C51编程，可方便实现各种控制算法。
       
        　　采用故障树推理与专家经验规则推理相结合的方法，利用智能模块的I/O功能及内部信息进行故障诊断。
       
        　　（1） 故障结构分析
       
        　　在进行故障诊断设计时，首先必须对整个系统可能发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。图6为系统的故障层次结构。
       
        
       
        图6 故障层次结构框图
       
        　　（2）程序设计
       
        　　系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意两点：
       
        　　a. 必须将系统所有可能引起故障的检测点引入PLC，这主要是从系统的安全可靠运行考虑，以便系统能及时进行故障处理；
       
        　　b. 应在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入PLC的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
       
        5、结束语
       
        　　经过在线调试和工业试验运行阶段后，该控制系统已于2004年正式投入运行，运行以来，效果良好,实现了预定的控制功能要求，克服了继电器、接触器控制带来的局限，避免了原控制系统辅助元件多、故障率高、工作噪声大、控制方式单一、维护困难等问题。手动与自动切换方便，抗干扰能力强，适合钢厂生产线的恶劣的工作环境,且易于计算机通讯，实现网络监控。