6ES7223-1HF22-0XA8现货库存
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，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，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。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，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MELSECA系列中的A1SHCPU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(8Shots)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，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，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，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MELSECA系列PLC，具有强大的扩展功能、高度可靠性及向上兼容性。A1SHCPU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，可通过网络模块(CC-bbbb)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。
1 引言
从19世纪中叶台气力输送设备问世至今，气力输送技术在得到了迅速发展和应用。而输送对象也从早期的谷物、面粉和信件迅速发展到水泥、建材、化工、冶金、电力、矿山、铸造等行业。通过将气力输送工艺与当代自动化技术相结合，气力输送自动化系统得到了迅速发展，该系统的广泛应用也为提高生产效率、减轻劳动强度发挥了重大作用。随着实际应用要求的不断提高，当前的气力输送系统在系统设计与实际运行的过程中也逐渐暴露出诸如硬件设计理论依据不足、工艺参数不稳定、现场进出物料不畅、仓泵喷料等一系列问题。
为了解决实际生产中所凸现的问题并完善当前的气力输送系统，摸索气力输送系统生产运行的规律与工艺参数，从而为气力输送系统的现场应用提供可参照的科学依据与实验基础，建造一套能够模拟现场的气力输送实验系统就显得尤为必要。
在自动化领域，DCS、现场总线、SCADA、PLC技术的蓬勃发展为自动化技术的发展注入了新的活力。该领域先进技术与传统生产工艺的结合，已使得生产工艺、产品质量得到了较大的改善与提高。本文以南京顺风气力输送有限公司的气力输送机械平台为基础，结合SIEMENS公司的PRODAVE数据链接库、S7-300系列PLC等软硬件方面的先进技术，经过二次开发，成功的构建了一套能够模拟现场的气力输送自动化实验系统，为气力输送自动化系统的设计与现场实施提供了极大的帮助。
2 气力输送实验系统工艺及功能要求
气力输送就是利用气流作为输送动力，在管道中搬运粉、粒状固体物料的方法。一个完整的气力输送系统通常由空气或气体源、把物料加入管内的设备、输送管道以及从输送空气中分出被输送物料的分离设备等组成。以常用的粉煤灰仓式泵气力输送系统为例，它主要由仓式输送泵、管道、气源、输送目的地（如灰库）和控制部分组成，如图1所示。
图1 仓式输送泵气力输送系统组成
一个完整的气力输送工艺流程大体可分为仓泵装料阶段、仓泵充压阶段、物料输送阶段和管道清扫阶段。在卸料装灰阶段，打开进料阀和透气阀，灰斗中的物料在重力的作用下落入仓泵；关闭进料阀和透气阀，并打开进气阀为仓泵中的物料加压，即仓泵充压阶段；当压力达到某一定值时，则打开出料阀，进入物料输送阶段，此时，仓泵中的物料在气力作用下经输送管道被输送到目的地；为了防止在下次进行输送时发生管道堵塞现象，当仓泵中的物料被输送完成以后，还要让空气流对管道进行清扫。这样就完成了一个流程的物料输送，如此循环，可不断的将灰斗中的物料送往目的地。
作为一套气力输送实验自动控制系统，它不仅应当满足气力输送系统的基本要求，使得操作人员能够在监控界面上实时查看现场的仪表参数、设备状态，实现对设备的实时控制。还应具备实验系统所特有的在硬件与软件的灵活、可修改性、开放等方面的特点。
在对气力输送实验系统进行软件设计时，除了要满足气力输送系统实验人员实时监控现场运行状态的需要外，还应具有对实验所用的压力、延迟时间、循环次数等工艺参数的设置功能；根据实际需求，在监控界面上要能够容易地实现不同工艺流程之间的简单切换，或者实现工艺流程的随意组态；为了以后对实验数据的分析，软件的设计还应具备实验数据的实时采集、存档以及数据的分析绘图功能。
气力输送实验系统还应考虑经济高效、操作方便、界面友好等方面的因素。
3 气力输送实验系统构建方案
气力输送实验系统的构建主要包括机械部分硬件、电气自动化方面硬件以及自控系统软件等几部分组成。气力输送实验平台的机械部分设备主要包括：空气压缩机、储气罐、输送仓泵、喂料机、除尘器、气动阀门、压力表、称重传感器、以及输送管道等。自控系统方面，通过比较，系统采取了目前比较常用且稳定性较高的工控计算机（IPC）——可编程逻辑控制器（PLC）系统集成模式。该模式下，IPC与位于其上的监控软件作为监控级，PLC作为现场控制级，两者通过实时数据传输共同完成数据采集与设备监控任务。在软件组成方面，为了节省成本，增加系统灵活性，监控软件采取了VisualBasic与PRODAVE相结合进行二次开发的方式，与SIMATIC Step 7编写的PLC软件一起共同实现系统的自动控制。
3.1 气力输送实验自控系统硬件配置与选型
在PLC的选型上，气力输送实验系统选用了西门子公司SIMATICS7-300系列中型PLC，由于该系列PLC基于模块化结构设计，具有高速的指令处理和浮点运算、方便的人机界面、自诊断等功能，深受国内用户欢迎，应用广泛。
气力输送实验系统设计时，根据系统的现场设备情况和气力输送工艺功能要求，通过对各被控设备与输入/输出信号的统计，分别对PLC所需的I/O点数和存储容量估算，实验系统的PLC模块组可按以下方式进行配置：482.6mm单机架通用导轨一个、PS307 2A电源模块一块、CPU 312C一块、DO 16×DC24V/0.5A数字输出模块一块、DI16×DC24V数字输入模块一块、AI8×12Bit模拟输入模块两块。还为CPU模块配置存储容量为64KB的微存储卡MMC，用于存储CUP的用户程序（所有功能块）、归档和配方、S7项目组态数据、操作系统更新和备份数据等，参见图2。
图2 气力输送实验系统PLC模块配置示意图
系统配置研华IPC 610工控机，其性能为Inbbb Pentium Ⅲ,800MHz CPU,256M内存，40G硬盘，64M显存的显卡，三星19″，纯平面显示器，带多种通讯接口，易于扩展的ISA和PCI插槽，声卡及音响（作报警和提示用），配置满足系统要求。
3.2 气力输送实验自控系统软件设计
气力输送实验系统的软件主要包括用于控制工艺流程的PLC软件、上位机监控软件、上位机和PLC相互联系的通讯软件、数据分析与作图软件以及系统所要求的其他软件。
（1）PLC 软件部分设计。S7-300系列PLC的软件设计工作是在Step 7 SIMATICManager中完成的，块操作是STEP 7PLC程序的一大特色，软件程序功能是通过对功能块的不断调用实现的。气力输送实验系统的软件设计可以通过对功能块编程来实现。
一个完整的气力输送工艺流程主要包括进料、输送、清扫三个阶段，以普通无压开泵气力输送方式为例，其工艺流程根据顺序可分为如下几个步骤：系统启动—开透气阀（透气阀开到位）—开进料阀（进料阀开到位）—开喂料机（料位满信号到）—关喂料机—延时T1（T1可设定，下T2、T3同）—关透气阀、关进料阀（透气阀、进料阀关到位）—开除尘器、开出料阀（出料阀开到位）—开一次气阀—延时T2—开二次气阀（料位下限到）—关一次气阀—延时T3—关二次气阀—关出料阀（出料阀关到位）—关除尘器—设定泵数S未到，进入下一个循环；否则，系统停止。
根据上述工艺要求，该气力输送工艺的PLC软件组成可分为组织块OB1、功能块FB1、FB1的背景数据块DB11、共享数据块DB20、功能FC1、FC2、FC3以及循环中断组织块OB35几个部分。其中，OB1是程序循环执行的主体；FB1是气力输送工艺流程执行主体，气力输送的工艺流程可通过对FB1的编程来实现；FC1的作用是实时检测外界设备、仪表信号，并将检测到的信号传递给功能块FB1；FC2的作用是将工艺流程的执行结果传递给外界，以实现对外部现场设备的控制；FC3是为了和上位计算机监控软件实现通讯而建立的专用功能块，它和监控计算机共用共享数据块DB20中的数据；为了保证系统的稳定运行，程序中设计有中断组织块OB35。各功能块的调用情况如图3所示。
图3 气力输送系统PLC程序调用过程示意图
同理，按照以上方法，可以根据工艺要求对气力输送系统的普通无压开泵、一次气智能方式、有压开泵、一次气智能方式、普通无压开泵、流化、流化智能方式、有压开泵、流化、流化智能方式进行程序设计，通过建立不同的FB以实现不同的工艺和功能。
（2）监控软件部分设计。监控软件是人机交互的主要界面，是自动控制系统的重要组成部分，通常由监控软件与和PLC通讯的软件两部分组成。
Visual Basic上位机监控软件程序设计。由于VisualBasic采用可视化的编程环境，具有简单易学的特性，在对实验室气力输送系统进行设计时，可以结合VisualBasic的编程特点并根据系统的工艺功能要求开发出符合实际应用需要的IPC监控软件。
上位机与PLC通讯软件设计。当上位监控计算机需要与PLC通信时，通信软件的设计必须根据所采用PLC产品使用相应的通信协议，MPI（Muti-Point-Interface）便是集成在西门子公司的可编程序控制器、操作员界面和编程器上用于建立小型的通信网络的集成通信接口。为解决PC与SIEMENSPLC之间的通讯，西门子公司的PRODAVE函数包提供有一系列已经测试的DLL（动态链接库）或LIB（库）功能函数，为程序开发者建立与S7-200、S7-300系列PLC通讯提供了极大的方便。
PRODAVE的函数可分为基本函数、数据处理函数和电话服务函数（bbbeServiceFunctions）。基本函数用于建立、断开和激活PC与PLC的连接，以及读、写PLC中的各种数据。数据处理函数用于PC中用户数据的转换和处理。电话服务函数用于PC通过电话线与PLC建立连接。当利用MPI通讯口进行通讯时，要将PCAdapter的两端分别插在计算机的串行口和PLC CPU模块的MPI口通讯口上，PC适配器的波特率可根据情况设为187.5kbps或者更高。
气力输送实验室系统中，利用VisualBasic编写的上位机监控软件在和S7-300PLC进行通讯时，主要调用了load_tool、unload_tool、new_ss、db_read、db_wtite、d_field_read、d_field_write等函数。其中，load_tool的作用是检查通讯、对通讯参数初始化；new_ss用于上位机需要和PLC进行数据交换时，进行通讯检查并激活通讯连接;db_read、db_wtite、d_field_read、d_field_write分别用来对S7-300系列PLC的数据单元（WORD或BYTE）进行读写操作；unload_tool用于在退出系统以前断开和PLC之间的通讯连接，当需要退出监控系统时可以调用此函数。
在对上述函数调用之前，需要在VB模块中作类似如下的声明，以调用相应的函数，例如，当在程序执行过程中调用load_tool函数时，可声明如下：
Declare Function load_tool Lib “w95_s7m.dll” （ByVal nr As Byte,ByVal dev As bbbbbb, adr As plcadrtype） As Long
这样，当上位机执行到对load_tool的调用时，它会自动访问安装在操作系统上的w95_s7m.dll动态链接库，从而可以实现初始化通讯连接的目的。
下面给出了气力输送实验系统上位机监控软件程序运行时实现与PLC通讯检查并加载主监控界面功能的程序代码。
Public Sub bbbb_Load（）
Dim ss As bbbbbb
Dim msg As Integer
plcadr（0）.adr = 2
plcadr（0）.SEGMENTID = 0
plcadr（0）.RACKNO = 0
plcadr（0）.SLOTNO = 2
plcadr（1）.adr = 0
plcadr（1）.SEGMENTID = 0
plcadr（1）.RACKNO = 0
plcadr（1）.SLOTNO = 2
res = load_tool（1, “S7ONLINE”, plcadr（0））
If （res <> 0） Then
ss = “通讯失败，无法建立连接！”
msg = MsgBox（ss, vbExclamation + vbRetryCancel, “提示信息！”）
If msg = 4 Then Call bbbb_Load
Else： maincontr.Show
End If
End Sub
上述代码执行时，用户启动上位机监控系统软件，软件检查是否有在线的PLC连接，如果在线连接成功，即上位监控计算机经由适配器与PLC的CPU模块通讯无误，那么系统将执行maincontr.Show语句，显示主监控界面。否则，将显示“提示信息”对话框，提示操作人员无法与PLC建立通讯，操作人员应当检查通信线路，重试建立连接，或者取消连接检查而直接查看监控画面。
上位机监控软件中其它诸如数据采集、状态显示、实时控制等方面功能的实现与此类似，不再赘述。
（3）数据采集与分析软件设计。数据采集与分析是实验系统重要组成部分，是改进系统和完善工艺的理论依据和科学基础。为了满足工艺研究人员对采集数据多方面的查看与分析要求，对实验数据的处理与分析可借助于专门的工程软件MATLAB来实现。
图4 实验数据作图GUI对话框
图4是在GUI环境下开发的对采集数据进行作图的初始对话框，它主要由两个操作按钮和文字提示信息组成。使用时，操作人员可通过点击“上载”按钮来指定采集数据所在位置，系统将自动绘制各采集模拟量的MATLAB图形，当操作人员点击“取消”按钮时，将关闭该对话框并返回。
上述的用户界面在MATLAB中保存为两个文件，它们分别时SF.m和SF.fig，其中SF.m为“上载”按钮的调用（Callback）函数，函数主要内容如下所示：
function pushbutton1_Callback（hbbbbbb, eventdata, handles）
Mpic
function pushbutton2_Callback（hbbbbbb, eventdata, handles）
close
其中，pushbutton1、pushbutton2分别是提示对话框中两个操作按钮的名称，而Mpic是被调用的又一M-file，作用是根据需要对采集到的各量绘制其MATLAB图形。作为示例，图5给出的是绘制仓泵重量随时间变化图形的M-file代码及趋势图。
bbbbb
x=load（‘E：/matlab6p5p1/work/数据/009.txt’）
t=1：360
plot（t,x（：,7）,‘.-k’）
title（‘Container Weight （Kg）’）
ylabel（‘DATA NO. 9’,‘fontsize’,12）
xlabel（‘TIME （S）’,‘fontsize’,10）
4 结束语
根据上述的气力输送实验系统，我们以粉煤灰为输送介质，通过对有压、无压、流化等不同工艺流程进行气力输送，为粉煤灰气力输送系统的研究和现场工程实施提供了大量的参考数据和设计依据。借助本文所构造的气力输送实验系统，并通过在该实验平台上的气力输送实验，我们完成了江苏靖江热电厂粉煤灰气力输送系统与上海外高桥热电厂烟气脱硫工程石灰石粉气力输送系统的设计，并在工程实际实施过程中为现场工作的顺利开展提供了大量的指导。
通过将该气力输送实验系统与工业应用实际相结合，并通过在该实验系统上的多次实验，本文所设计的气力输送系统可以很大程度地改进目前在气力输送领域所存在的问题，优化当前的气力输送系统结构，并为以后气力输送的发展与应用提供新的思路，具有广泛的实际应用价值。