PLC在化工厂粉体生产线中的应用

1 引言
生产微细滑石粉、超微细碳酸钙粉的某一化工厂，其粉体生产线中的矿粉的分离、运输、收集、整理、打包出货等是通过多台电机、各种电磁阀、运输带的顺序开启来实现的。工厂过去采用的是人工值守，需要工作人员就近启停机器，而且要按照一定的操作顺序进行，增加员工的劳动强度。由于生产规模的扩大及改善员工工作环境的需要，原有设备已不能满足需要，必须增加生产设备，同时对原有生产线设备进行改造扩充。可编程控制器(PLC)由于具有了体积小巧、易于设计更新、调试方便、简化线路、可靠性高等优点，为各种生产线自动化设备提供可靠的控制方案。因此在本生产线自动化控制改造中，采用PLC来实现原有设备的改造扩充及对新增设备的自动化控制。

2 生产线工艺设备描述
控制系统包括原有生产线及新增生产线，使用PLC在完成新生产线控制的同时还要与原有生产线进行兼容控制，原有设备的一些动作信号要与新设备进行连锁控制，在新生产线中，用分离机分离矿颗粒，通过输灰机完成粉料的输送处理，用转饲机进行粉料的混合，最后螺运机对粉料完成提升、分类收集、运送等处理。
在本次PLC改造应用控制系统中，PLC除了控制原有的8个袋滤集尘阀的定时顺序工作，新增加控制2套输灰机控制系统、分离机3台(15HP)、风车1台(100HP)、螺运机2台(2.2kW)、转饲机1台(3.5kW)、2位5通电磁阀及各种仪表若干。从提高工厂供电电网的功率因素及节电方面考虑，采用变频器对生产线上长期运行的各个电机进行变频驱动控制，并且在变频器电源进线端加装进线三相交流电抗器，用于减少电机启动时对电网冲击。PLC接收变频器的故障信号及其他反馈信号，控制电机的启动停止及各电磁阀的开闭动作来完成对整个设备的自动化控制功能。

3 PLC型号配置及控制对象
根据控制功能要求，需要对设备进行各种逻辑、顺序、过程控制，包括对设备的手自动控制、各种报警输入、输出，信号反馈等的多层控制等，对PLC的输入输出的点数要求较多。其中，PLC控制的输入信号包括:操作台的启停按钮、压力表的高低压反馈信号、各个电机运行反馈信号、转速表高低速反馈信号、各种故障输入信号等共42个输入点;PLC控制的输出信号包括:各个电机、电磁阀、变频器、状态指示输出等共38个输出点。本系统中采用三菱MELSEC A系列中的A1SH CPU模块及其扩展I/O模块，包括1个A1SHCPU、1个电源模块A1S61PN、4个继电器型输入模块A1SX20、3个继电器型输出模块A1SY10，1个连接底盘A1S38B(8 Shots)等。三菱A1S系列PLC配置的如图1所示，所控制的主要对象见附表所示。

图1 PLC的硬件配置

附表 PLC控制对象

4 软件设计
根据生产线的工作要求，首先确定各个动作的先后次序和相互关系，写出PLC各个输入输出信号间的逻辑关系，再由逻辑关系转为梯形图。PLC控制分手动和自动控制两部分控制，根据系统控制要求，程序设计包括输灰机控制及螺运机控制设计等等。
4.1 输灰机工艺原理
(1) 基本工艺过程
由原设备成品桶、入料桶连锁信号及压缩空气压力表反馈信号作为输灰机控制系统的启动停止信号，正常状态下由操作人员通过操作台启动停止按扭启动输灰机控制系统，压缩空气异常时报警停机。按下启动按钮后，打开进气电磁阀加压，若管路压力表此时处于设定压力上限位置(高压)，则开启输灰阀输送粉料，若此时压力表处于设定压力下限位置(低压)，则计时停止进气及输灰，打开进灰阀入料，同时开启收尘机助泄阀助泄，当入料计时到或入料桶处于高料位位置时关闭进灰电磁阀，从而完成一个进灰输灰控制循环。
当进气阀开启而压力表超时处于低压位置时为加压时间过长，或输灰阀开启而压力表超时处于高压位置时管路堵塞，存在加压过长或管路堵塞时声光报警停机，此时需要故障复位报警后才能启动输灰机控制系统。
(2) 启动条件
●自动选择;
● 成品桶、入料桶连锁信号正常;
● 压缩空气压力表正常。
(3) 停止条件
●入料计时到;
● 入料桶处于高料位置;
●进气阀开，1000s，管路不是高压，加压过长;
●输灰阀开，2000s，管路不是低压，管路堵塞;
● 其它故障信号。
根据输灰机控制系统的工作流程，画出其PLC自动控制流程图如图2所示。

图2 输灰机系统结构流程简图

(4) 电磁阀配置结构原理
输灰机控制部分主要控制各种2位5通电磁阀。电磁阀配置结构简图参见图3所示。包括进气阀、输灰阀、进灰阀、助泄阀、压力表、状态指示灯、故障报警蜂鸣器等。正常时为自动控制状态，由安装在输灰管路上的压力表给出的压力高、低限位的反馈信号，来控制各个电磁阀及电机的开停，当系统需要强制输灰、采样、调试或出现故障时使用手动独立回路启动输灰机控制系统。

图3 电磁阀配置图

4.2 螺运机控制部分
螺运机自动控制系统的工作流程。通过操作台顺序启动按钮启动分离机1、2、3号，然后启动风车，打开风挡，启动转饲机再启动螺运机，启动过程中不断观察现场情况。在开启风车的同时或由压差表给出的压差值，按定时按顺序间隔开启1#～8#袋滤集尘阀，直至按下风车停止按钮停止集尘阀。各个电机的热继电器信号及转速表高低速信号作为其停机信号反馈至PLC。分离机、风车、风挡、转饲机、螺运机及输灰机在各个环节之间环环相扣，按照一定工作顺序自行投入运行。
4.3 袋滤集尘阀的控制设计
袋滤集尘阀的自动控制设计主要是使用PLC内部的软定时器进行从1#集尘阀到8#集尘阀时间顺序循环工作，直至命令停止。
4.4 报警程序设计
各个控制部分或元件出现故障时要有声光报警，当报警发生时故障部分设备停止运行，或投入备用设备运行，或进行故障清理后继续运行，或使用手动独立回路单个启动控制系统。故障包括各个电机的热过载继电器、变频器故障、输灰机的加压过长、管路堵塞故障等等，采用三菱PLC的PLS指令可以很好的实现报警控制功能。
4.5 分离机控制部分
分离机属于高惯性离心式机械，其工作特点为起动时工作电流较大，正常工作时负载较轻，停止时惯性较大，采用变频器控制可以很好的减少启动电机时对电网的冲击，并采用屏蔽控制电缆减少变频器对其它电器元件的高次谐波影响，本次设计采用富士FRNP11S系列变频器控制分离机。

5 结束语
项目自动控制系统设计采用MELSEC A系列PLC，具有强大的扩展功能、高度可靠性及向上兼容性。A1SH CPU内部64K内存，8K步编程内存，256个I/O点，可扩展2048个远程I/O点，锂电池5年使用寿命，同时可通过网络模块(CC-link)与厂中临近的另一套采用三菱A系列PLC生产线相兼容组网，也可组成分布式I/O，减少连线。投入使用一年多，设备的各项技术性能指标均达到了预期要求，大大提高了工作效率，降低了成本，达到生产改照的目的。