PLC在水泥散装机电气控制上的应用

PLC在水泥散装机电气控制上的应用

朱佩婷

合肥固泰自动化有限公司 安徽 合肥 230051

摘要：散装机是水泥罐车的特殊设施。具有自动升降、自动跟踪定位、料满自动报警关机、操作简便可靠、无尘等特点。随着散装水泥的快速发展，散装水泥机械逐渐成为水泥包装设备的主要市场。

关键词：PLC；水泥散装；机电气控制；应用

PLC由于其强大、可靠、使用灵活、易于编程功能，在使用越来越多地用于工业控制。是在系统的核心，不仅可以减小控制系统的大小，还可以降低控制系统的可扩展性、稳定性和成本。

一、散装机系统

1.散装机系统运行。散装机械系统的原理如图1所示。输送系统运行时，启动水泥筒仓、气力输送滑块和充气球形分配器上的风机。风机进料仓库的充气箱流态化充气仓内水泥，流态水泥或任何类似材料由卸灰阀支撑卸灰阀，具有流量调节范围广、维护量低、能耗低等优点。流态水泥通过斜槽时，气流通过斜槽底气流通道和顶部流态水泥通道空气层进入相应的斜槽水泥位置，充气式（充气式分配器上设有导料板，将流态化的水泥分成相应的气力输送支路斜槽，进入气力输送支路斜槽）等部分完成快速加料。

图1散装机系统原理图

2.散装机组的工作原理和特点。(1)定位流程。当散装水泥罐开口为散装当组卸载头正好在下方时，主开关启动，控制箱上的“下降”按钮打开，松绳开关机构和卷扬机工作，绕绳轮转动，钢丝绳松开，卸载头下降。当松绳开关机构到达散装水泥罐入口时，自动切断起重电机的电源。然后打开手动螺旋门，门安装在运输滑块(分支)顶部，手动螺旋门在部署机正常运行时始终打开，安装和维护时变为关闭状态。(2)装载过程。按下“装车”按钮，启动气压卸料阀、高压风机、分离式除尘器、料满检测器和辅助电气控制设备，打开卸料阀机组对应的支气动卸料阀，卸料阀是散料机系统启停装车的电气控制执行部分。水泥筒仓上的风机启动产生的气流通过水泥筒仓的进风口到达充气箱，使筒仓内的水泥松散流态化，同时，在每个空气输送斜槽启动风机。启动卸灰阀后，在卸灰阀的作用下，水泥仓内流动的水泥进入输送斜槽、各充气分配器、各斜槽、各散料单元卸料头，然后进入运输车的罐内。散料机系统进入卸料状态。放卸料过程中所有设备的动作顺序由电气自动化控制。(3)控制料满。当支气动卸料阀下的散装机组罐车装满或散装油箱内水泥达到一定高度时，检波器防旋转定位探头埋在水泥中。检测到防旋转计数器后，发出信号，将其转换为控制信号，关闭相应的支气动卸料阀，切断支气动卸料阀的供给，电气控制信号使支气动卸料阀稳定，卷扬机增加卸料头复位。当多个装车口满时，关闭总气动卸料阀阀，切断总斜槽，完成装车过程。

二、PLC

1.定义PLC。可编程控制器(PLC)是专为工业应用程序设计的电子数字操作系统。它使用可编程内存来存储用户程序，如逻辑操作、序列控制、定时、计数、算术操作等，并使用数字或模拟输入输出机或生产过程控制不同类型的计算机。PLC是一种综合计算机技术、自动控制技术、通信技术与微处理器为核心的通用自动工业控制装置。随着科技的进步可编程控制器不断变化，功能不断增强，定义也不断变化。

2.P LC的结构组成。可编程控制器PLC是一台专门从事工业控制的计算机该系统的实际组成与微机基本相同。它通常由以下五个部分组成:(1)中央处理器。进行逻辑和数学计算，以控制和协调整个系统；(2)储存。显示器、用户程序、逻辑变量等信息。对于存储系统；(3)接口电路。它是PLC与现场设备和外围设备(如输入/输出接口、键盘/显示接口、通信接口和扩展接口等)之间的通信通道；(4)输入/输出电路。输入电路隔离输入信号并将其转换为电气级；输出电路执行PLC输出结果的放大和电平转换，并对现场设备进行驱动；(5)电源。包括系统电源、备用电源和掉电保护。

3.PLC的工作方式。PLC使用扫描技术，不同于一般个人计算机。在调试过程中，PLC通过循环扫描运行。它通常分为三个阶段:输入采样、运行用户程序和更新输出。完成上述三个步骤称为扫描周期。在整个执行期间，PLC CPU会重复上述三个步骤特定的扫描速度，其中一个周期的时间为:T=(读取时间*输入点)+执行速度*程式步骤数)+输出时间*输出点)+自我诊断时间。

三、PLC控制的优点

1.控制方式。继电器控制通过硬件布线进行。控制逻辑由并联到继电器的一系列机械触点和延时继电器的延时动作组成。它只能执行已建立的逻辑检查。PLC使用存储逻辑。其控制逻辑以程序的形式存储在内存中。要更改控制逻辑，只需更改过程，方便快捷。

2.速度控制。继电器控制逻辑依靠触头的机械动作进行控制。工作频率低。以毫秒为单位，机械接触抖动。PLC由半导体电路和程序指令控制。它具有高速、微秒级、严格同步、无抖动等特点

3.控制延迟。继电器控制系统依靠时间继电器定时动作实现定时控制，但时间继电器定时精度不高，受到环境的严重影响。PLC使用半导体集成电路作为定时器。时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，时间调节方便，不受环境影响。

4.数据传输。随着水泥自动化程度的提高和DCS设备要求的提高，在电气领域需要以下功能:(1)从启动除尘设备到装载卡车装满的整个过程可以实现自动化。(2)在操作过程中，所有设备的操作信号均可返回中央控制室。(3)中央控制室可在设备准备就绪时远程启动和停止设备。(4)如果关闭，提供设备准备信号。(5)故障时，可向中央控制室提供故障信号。(6)实时监测罐体中水泥的数量。

四、PLC控制的具体实现

根据以上情况，我们选择S7-200PLC作为控制核心完成所有设备的操作。

1. 系统硬件组成。主要组件包括S7-200系列CPU、EM223数字扩展模块和EM231模拟扩展模块。每个电机和阀的状态和控制信号都连接到PLC。PLC控制这些设备:EM3l可以接收罐车重量为4-20mA的信号电流信号。还可以根据PROFIBUS-DP协议通过模块EM277将这些信号连接到整个工厂的PROFIBUS-DP总线，并将系统升级到PROFIBUS-DP站，由中央控制室进行批量车间控制。

2.系统软件。从站控制主要通过PLC编程实现。在程序设计中，使用五定时器来控制每个电机和阀的启动和停止时间和顺序。定时器的时间长度可以根据实地情况加以调整。确保设备工作正常。当 灌装装置启动时，表示灌装装置启动；当灌装停止时。S1复位。与此同时，各发动机和阀门的运行也受到相互制约，保证了配料机的运行过程更加合理。在复位之前，PLC接收每个检测信号，并且在满足所有条件之前无法进行复位。EM277模块可以方便地升级到PROFIBUS-DP从站，以实现站点与中央控制室之间的通信。

用于许多水泥厂实践表明。采用PLC控制对水泥散装机械进行控制后，不仅系统安全可靠，故障率低，操作方便，降低了工人的劳动强度，改善了工人的工作环境，保证了设备的正常运行，大大提高了自动化程度通过EM277将系统连接到PROFIBUS-DP总线后，可直接在中央控制室内看到所有设备的运行状态，通过上级机器下达指令，即可轻松实现散装机的控制。设备故障时，可及时在中央控制室找到，避免事故发生，保证生产顺利进行。该系统不仅可用于水泥工业，而且可用于灌装其他精细材料。

参考文献：

［1］周涛.粉体高浓度气力输送控制与分配技术［M］.北京:冶金工业出版社，2018.

［2］卢建.水泥散装机电气控制上的应用［M］.北京:中国轻工业出版社，2018.