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1、西门子西门子 S7-200 系列系列 PLC 在石灰窑自控系统中的应用在石灰窑自控系统中的应用包头职业技术学院 董海英 摘要摘要：文章介绍了 S7-200 系列 PLC 在石灰窑自控系统中的应用Adoption of Industrial control production of Emerson in temperature control in oil boiler，and EC20(PLC) adoption in PID control. 前言：前言：石灰窑自动控制系统原系统采用国产 PLC 进行控制，由于原有 PLC 抗干扰能力差，在恶劣环境下运行不稳定。现场经常处于高温、多粉尘的状
2、态，导致 PLC 瘫痪而不能继续工作，因此根据现有工艺进行技术改造，应用西门子系列 S7-200 PLC 进行自动联锁顺序控制。1 1、系统工艺原理图系统工艺原理图1.11.1 系统参数:引风电机为 11KW，鼓风 2.2KW，炉排为 1.5KW设计采用 EV2000-4T0110P（通用型）系列变频器，鼓风采用 SK-4T0022G（矢量型，因为考虑到变频器体积较小，价格相差不多的情况下选择） ，炉排 SK-4T0015G。具体系统主电路结构图及原理图如下：引 风 变 频 器鼓 风 变 频 器炉 排 变 频 器EC20-1006RBAEC20-4DAEC20-4AD主 机模拟输出模拟输入温度
3、检测热电偶引风机3ML3PE L1 L21L211L111L31EV2000RUTSWVVVVF1L2KM11L1QF11L3U1W1V1鼓风机3M2L212L112L31SK-4T0022GRUTSWVVVVF2L2KM22L1QF22L3U2W2V2炉排电机3M3L213L113L31SK-4T0015GRUTSWVVVVF3L2KM33L1QF33L3U3W3V3控制原理：将现场热电偶信号（E 型）送至温度变送仪表，除显示温度外，还将温度信号转换成 4-20MA，送入 EC20 PLC（EC20-4AD）模拟量输入端，经过PLC 进行处理。EC20PLC 模拟量输出端将 PID 计算出的
4、给定信号分三路模拟量输出到三台变频器的给定。为保证鼓风、引风保证炉膛基本 负压的前提，因此具体变频器参数设置：引风：F0.00=4 CCI 模拟给定 F0.03=1 端子运行命令通道 F0.04=4 运转方向设定 F0.05=4 最大输出频率50HZF0.07=4 最大输出电压380V F0.08=1 机型选择 P（风机专用）F0.14=1 V/F 曲线设定 F2.01=30 启动频率30HZF2.08=0 停机方式（减速停机） FH.00=4 电机极数4鼓风：01=20 最低转速 02=50HZ 最高转速 03=5 04=10（加减速） 05=AIAU 给定设置 06=5A 电机电流 16=
5、4-20 电流输入（Ma） 41=FD 线性 U/F 控制 炉排：01=5.0 最低转速 02=40HZ 最高转速 03=5 04=5（加减速） 05=AIAU 给定设置 06=3A 电机电流 16=4-20 电流输入（Ma） 41=FD 线性 U/F 控制 1.21.2 变频器的设置基本遵循如下原则：鼓引风变频器控制风机，其机械特性属于平方转矩负载，因此其 V/F 曲线采用2 次方曲线。同时，引风机的惯性比较大,因此其降速时间要求比较大，这是由于降速过程中变频器处于回馈制动状态 ，回馈能量将会造成直流侧母线电压过高而停机，因此，必须增长降速时间。同时，停机也要求软停车，能够延长风机的机械寿命
6、。鼓风设置同引风差别不大，除了功率外几乎一致。但考虑为保持炉膛基本负压，必须将鼓风的升速时间要低于引风，而降速时间要快于引风。炉排传动属于机械负载，因此炉排的控制方式为 V/F 基本控制或采用开环矢量控制，其低速时提供的转矩比较大，能够满足重载启动的要求，另外，系统要求的加减速时间都比较短，在 5 秒以内。当检测点温度到达设定温度后，为保证温度稳定时间比较长，且要节约能源、降低损耗，因此引风、鼓风、炉排的最低运转速度分别设置为：30HZ、20HZ、5HZ。2.12.1:硬件配置由主机 EC20-1410BRA、模拟量输入 EC20-4AD、模拟量输出 EC20-4DA 组成。其中给定采用一块百
7、特公司的数字给定表，可以人为设置给定值（4-20MA 信号，在表上以百分数表示） ，给定信号送入 EC20-4AD 模拟量输入模块中，作为 PID给定信号。另外安装一块温度数显表，该表除显示温度外，还将 E 型热电偶检测温度信号变送输出 4-20MA 信号，送入 EC20-4AD 输入模块作为 PID 反馈信号。PID 控制程序是通过 EC20 编程软件 CONTROLSTAR 中调用固有 PID 控制子程序来实现出口温度 PID 恒定控制的。2.22.2:连锁控制连锁控制主要实现如下功能：一、启动先启动引风、后启动鼓风，一般引风启动后 3 秒左右鼓风才能启动。二、停车先停鼓风，鼓风不停，引风
8、认为不能停车；引风发生变频故障，则鼓风立即停止。三、故障报警、运行、停止指示通过 PLC 实现。四、炉排不参与引风及鼓风连锁。2.32.3:变频控制及温度 PID 程序一、变频器接触器得、失电由 PLC 控制二、变频器的启动、停止信号由 PLC 连锁控制。三、变频器的给定信号，由 PID 计算出的输出信号通过模拟量输出 EC20-4DA，以电流信号（4-20MA）的方式输出到变频器的电流给定端（CCI、GND）四、PID 控制由 PLC 应用软件通过编程的方式实现。具体过程比较简单，在CONTROLSTAR 软件中的 PID 命令向导一步步完成，主要设置个别参数即可。具体 PID 编程语言如下
9、：LD SM0PID D20 D21 D0 D22（PID 调用）LD SM0MOV D50 D20 /设定目标值MOV 10 D0 /采样时间(Ts) 范围为 132767(ms)但比运算周 期短的时间数值无法执行MOV 33 D1 /动作方向MOV 0 D2 /输入滤波常数()范围 099，为 0 没有输入滤波MOV 2000 D3 /比例增益(Kp)范围 132767MOV 10 D4 /积分时间(TI)范围 032767(100ms),为 0 时作为处理(无积分)MOV 0 D5 /微分增益(KD)范围 0100，为 0 时无微分增益MOV 0 D6 /微分时间(TD)范围 03276
10、7(10ms),为 0 时无微分处理MOV 0 D15 /输入变化量(增侧)报警设定值 032767MOV 0 D16 /输入变化量(减侧)报警设定值 032767MOV 2000 D17 /输出上限设定值-3276832767MOV 0 D18 /输出下限设定值-3276832767主程序给定部分如下：LD SM0CALL PID_EXE（调用 PID）LD SM0CALL PID_SET(PID 参数设定)LD X14 （系统自动运行）TO 0 1 D22 1 （将 D22 中内容写入模块 0 中的第一个单元中，即模拟量输出值，引风给定）TO 0 2 D22 1TO 0 3 D22 1TO
11、 0 0 16#0 1LD SM1TO 1 0 16#1313 1（设置模拟量输入信号方式，即 1、3 通道关闭，2、4 为电流信号）LD SM0FROM 1 10 D21 1LD SM1TO 1 36 16#1111 1LD SM1TO 1 14 16#1111 1LD SM0FROM 1 12 D50 1其中特别需要说明的是 FROM 和 TO 指令。这两条指令主要用于模拟量处理，它的使用不同于西门子公司的直接寻址方式（PIW 或 PQW） ，而是用 TO（写入）和FROM（读出）指令。对于模拟量模块，通过这两条指令来进行设置和参数的读出。比如 TO 1 14 16#1111 1 。 其中
12、第一个 1 是指和 CPU 连接的第二个模块（第一个是 0） ； 14 是指其信息存储器中的第 14 个存储单元；16#1111 是指 16 进制 1111；最后的 1 是指写入的单元数为 1（只占用 14 单元一个，后面的单元不再写）2.42.4:实际参数设置最后经多次修改和调试，确定比例系数为 20，积分时间为 1-3 秒，微分时间为零。经过运行发现能够满足现场的生产工艺，达到炉膛温度（实际为出口管道采集温度）恒定控制的要求。3 3、实际运行情况：实际运行情况：经过 2 个月左右的运行发现，系统能够运行非常稳定，能够维持出口风道温度在 286-288 摄氏度左右，满足了现场生产的要求。经过
13、基本测算，节电率能够达到 25%-35%左右；而节煤量几乎达到了 35%以上，得到了客户非常高的评价。经过节约资金量估算，经过半年左右即可收回全部设备投入资金。这对这次改造，我们认为在锅炉燃烧系统中的变频及 PLC 改造前景非常大，特别是艾默生公司变频器及 PLC 产品优异的性能、坚实耐用和高可靠性、高精度的新技术核心，会为我们的节能技术改造提供最坚实的后盾！参考文献参考文献艾默生公司 EV2000 系列通用变频器 艾默生网络能源有限公司新型 PID 控制及其应用 机械工业出版社 陶永华EC20 系统手册 西门子公司自动化与驱动服务有限公司通用变频器及其应用 机械工业出版社 韩安荣电机拖动与控制 西安电子科技大学出版社 刘保录百特工控现场仪表选型手册 福州福光百特自动化设备有限公司EC20-4DA 使用说明 艾默生网络能源有限公司EC20-4AD 使用说明 艾默生网络能源有限公司艾默生公司 SK 系列高性能变频器 艾默生网络能源有限公司
