PLC在石灰石制粉控制系统中的应用.pdf

4 6 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 1年第 1期 P L C在石灰 石制粉 控制 系统 中的应 用 吴明亮 ， 随晶晶， 赵学 ， 黄健康 兰州理工大学 机 电工程学院， 兰州 7 3 0 0 5 0 摘要 由于 P L C具有操作 简单、 灵活， 可靠性好等特点， 那些独立的控制单元或信号比较集 中 的系统 ， 大都采用 P L C进行过程控制。该文以电厂烟 气脱硫 系统 中的石灰石粉制备控制 系统为 例 ， 主要介绍 了其控制 系统的软、 硬件配置 ， 软件设计， 实现方式， 控制过程等。 关键词 烟 气脱硫 ； 石 灰石制 粉 系统 ； P L C； 控制过 程 ； 监控 画面 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 1 o l 一 0 0 4 6 0 3 The a p pl i c a t i o n o f PLC i n l i me s t o n e mi l l i n g c o n t r o l s y s t e m wu M i n g l i a n g ， S U I J i n g j i n g ， Z H A O X u e ， H U A N G J i a n k a n g S c h o o l ofMe c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，L a n z h o u U n i v e r s i t y of T e c h n o lo g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a Ab s t r a c t As t h e P L C i s s i mp l e ， fl e x i b l e ， r e l i a b l e ， mo s t o f p r o c e s s c o n t r o l b y P L C h a s b e e n u s e d i n s e p a r a t e c o n t r o l un i t o r s i g na l mo r e c e nt r a l i z e d s y s t e m． I n t h i s p a p e r ， l i me s t o n e mi l l i n g s y s t e m o f g a s d e s u l f u r i z a t i o n s y s t e m i n p o we r p l a n t a s a n e x a mp l e，i t i n t r o d u c e s s o f t wa r e a nd h a r d wa r e c o n f i g u r a t i o n，s o ft- wa r e d e s i g n，i mp l e me n t a t i o n，a n d c o n t r o l p r o c e s s e s o f t h e c o n t r o l s y s t e m． Ke y wo r d s flu e g a s d e s u l f u r i z a t i o n； l i me s t o n e mi l l i n g s y s t e m ； P LC； ， c o n t r o l p r o c e s s ； mo n i t o r s c r e e n 0 引言 1 系统组成和控 制要求 随着人们对生活环境认识的提高 ， 越来越多 的 火电厂中配置了烟气脱硫系统， 石灰石粉作为燃煤 锅炉中主要的脱硫剂 ， 其购买价格 的高低 直接影响 发 电成本。一般石灰石粉粒度越低价格越高 ， 为了 降低成本 ， 大部分 电厂购买石灰石原料， 用 自设的制 粉系统制备石灰石粉， 因此制粉系统也成为 了环保 中脱硫环节的一个重要组成部分 ， 该系统的可靠性、 稳定性及 自动化程度直接关系到脱硫系统的正常运 行和火 电厂的经济效益。 可编程控制器 P L C 具有结构紧凑 、 可靠性高、 组态灵活、 编程简单 、 调试维护方便等优点。该系统 以西门子 s 7 3 0 0系列 P L C编程软件为编程基础 ， 通过数字式和模拟式的输入 、 输出进行 自动控制 ， 结 合 Wi n C C的组态界面， 实行实时监控 。该石灰石制 粉控制系统已顺利投产 ， 目前运行稳定。 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 1 作者简介 吴明亮 1 9 6 4 ， 男 ， 甘肃 省白银 人， 副教授 ， 主要研究 方向为人工智能， 计算机和复杂工艺过程控制。 1 ． 1 制粉系统的组成 基于西门子 P L C的自动控制系统 ， 主要是将从 矿厂采购的石灰石经过一定 的加工过程， 制备 出满 足需要的石灰石成品粉 ， 用于火电厂的烟气脱硫剂。 该石灰石粉制备系统包括破碎系统和粉碎系统。破 碎系统主要包括振动给料机、 破碎机 、 斗式 提升机 等 ； 粉碎系统主要 由振动给料机、 粉碎机 、 斗式提升 机 、 振动筛 、 布袋除尘器等组成 。两系统中间通过块 料仓连接 ， 该块料仓起到一定的缓 冲作用。如 图 1 所示 。 图 1 石灰石粉制备系统工艺 流程简图 2 0 1 1年第 1 期 工业 仪表与 自动化装置 4 7 1 ． 2工艺 控 制要 求 工艺要求该制粉系统的各设备按预先指定的顺 序依次启 动和停止 ， 完成对石灰石的破碎 和粉碎过 程。系统设备启动时要按逆序进行 ， 先启 动布袋 除 尘器， 然后间隔一定 的时间依次启动其他设备 。停 机顺序正好 与启动顺序相 反 ， 要先停 振动给 料机。 如 图 2所 示 。 图 2 石灰石制粉 系统启 、 停控N／ tO , 序图 在该 系 统 中 ， 振 动 给 料 机 和粉 碎 机 之 间 不 需 要 闭环控制 ， 只要给振动给料机 预先设个定值来控制 给料量 即可。成 品仓中设置 2个小 型传感器作为料 位仪 ， 用来检测石灰石粉 的总量 ， 当粉量达到所设定 的高料位时 ， 通过程序控制立 即联锁停止破碎系统 ； 当粉量达到所设定的低料位时， 系统指示报警。 2 系统配置 根据工艺控制要求 ， 确定系统 1 ／ O点数见表 1 。 表 1 I ／ O 点数 所设 I ／ O点数应多于系统所需点数 ， 以作备用 。 根据 I ／ O点数确定该控制系统的配置。控制系统采 用传统的上、 下位机 的主从式结构 ， 一台配有 P R O ． F I B U S C P 5 6 1 1通讯卡 的 D E L L商务计算机作 为上 位机 ， 通过 P R O F I B U S D P总线与 P L C的 C P U连接。 根据控制方案的设计 ， 上位机监控软件采用西 门子 公 司 的 Wi n C C 6 ． 0组 态 软 件 ， 运 行 环 境 为 Wi n d o w s X P操作系统。下位机 的执行机构采用西 门子 s 7 3 0 0系列 P L C 电源模块 1个 ， P S 3 0 7 5 A； C P U模块 1个 ， 3 1 3 2 D P 1 6 D I ／ 1 6 D O； 数字量输人模块 1个 ， D I 3 2 x D C 2 4 V； 数字量输入／ 输 出模块 1个 ， 8 2 , ． ／ 8 出 ， D C 2 4 V， 0 ． 5 A； 模 拟 量 输入 模 块 2个 ， A I 8 1 2 B i t ； 模拟量输出模块 1个 ， A O 8 x 1 2 B i t ； 直流 2 4 V 开关电源 1个。控制系统的网络配置如图 3所示。 图 3 P L C控制系统配置 图 3 控制方 案 3 ． 1 制粉 系统 工作 过程 原料斗下设有 出料 口， 为保证石灰石原料能够 均匀地卸出并确保其卸空率， 出料 口设有振动给料 机给破碎机送料 ， 破碎机对石灰石进行一级破碎 ， 再 经斗式提升机将破碎后的石灰石运输到块 料仓 中， 至此 ， 石灰石破碎过程完成。块料仓 的出料 口处 同 样设置振动给料机 ， 按照粉碎机的台时粉碎量给振 动给料机设定给料量 ， 喂入粉碎机中进行粉磨 ， 磨出 的石灰石粉经 由斗式提升机送人振动筛 中进行粗、 细粉分离 ， 粗粉被送人粉碎机中继续研磨 ， 细粉即成 品粉被 收集送人成品仓储存 。 3 ． 2系统 的控 制 控制方式分 为就地控制、 远程手动控制和 自动 联锁控制。就地控 制 即在生产 现场对设备进行控 制 ， 一般是某个设备现场检修或故 障时使用。远程 手动控制是在控制室 中利用程序进行手动控制 ， 可 对设备进行单独调试。 自动联锁控制是完全交由已 经编制好的程序进行全部生产控制 。 工作原理 通过对各设 备得 电、 失 电的控制 ， 来 控制设备的启动 、 停止 ； 通过改变 P L C的输入 ， 来实 现系统 的联锁 动作。控制 流程如 图 4所示 。其 中 D 1 0 1 、 D1 0 2 、 D1 0 3分别为破碎 系统的振动 给料 机、 破 碎 机 和 斗 式 提 升 机 ； D1 0 4 、 D 1 0 5 、 D 1 0 6、 D 1 0 7、 D1 0 8依次为粉碎系统 的振 动给料机 、 粉碎机 、 斗式 提升机 、 振动筛和布袋除尘器。 为了提高控制系统的可靠性和效率 ， 在方案中 设计 了 2条生产线 ， 即常规的冗余 ， 采用成倍增加设 备的方式来参与控制， 以期能够将 因控制设备 的意 外而导致 的整个制粉系统停机减少。 4 8 工业仪表与自动化装置 2 0 1 1 年第 1期 自动 Y 开始 系统初始化 l 匿 网 Dl 0卜D1 O 8任 一 设 备故障 ／ 停 J 1 ． Dl 0 2 ～ D1 O 8任 一 设备故 障／ 停 I } D1 0 3 ～ D1 O 8任 一 设备故 障／ 停 止 Dl O 4 ～ Dl O 8任 一 设 备故障 ／ 停 l i Dl 0 5 ～D1 O 8任 一 设 备故障／ 停止 Dl O 6 ～ D1 0 8任一 设备故 障／ 停 I f Dl 0 7 ～ Dl 0 8任 一 设备故 障／ 停 止 Dl O 8设备 l 故障／ 停 J I 匿 图 4 控制流程图 4 软件设计 4 ． 1 控 制程序设 计 系统采用的是西门子系列编程软件 S T E P 7 ， 此 编程软件中用户可以编写子程序放在程序模块 F C 中， 在主程序中可直接调用这些程序模块 ， 为编程带 来方便。程序中子程序为各电动机启 、 停的程序， 在 循环主程序中， 对每台设备的启 、 停的控制都可调用 此电动机的控制程序。编程语言使用简单易懂的梯 形 图 ， 如 图 5所示 。 ＼ 拣 憩 、 博 蟪 l | ＼ 一H 图 5电 机 控 制程 序 当“ 启动” 位常开触点闭合 ， “ 运行” 输 出位得 电， 同时其常开触点闭合， 这样达到 自锁的目的。 为了实现顺序联锁控制 ， 启动时， 先启动 D 1 0 8 ， 然后把 D 1 0 8的运行 输 出状 态经 过延 时 后， 作为 D 1 0 7的启动输入 ， 然后依次启动 D 1 0 6～D 1 0 1 。停 止时 ， 先停 D 1 0 1 ， 再把其停止输出状态延时后， 作为 D 1 0 2停止 的输入， 然后依次停止 D 1 0 3～D 1 0 8 。同 时任一设备 的故 障都可作为其前面设备停 止 的输 入 ， 使其前面的设备紧急停车， 而其后面的设备可顺 序延时停车。 4 ． 2监控 界面设 计 系统采用西门子公司的 Wi n C C 6 ． 0组态软件设 计监控界面， 外表美观 ， 设计简单 ， 操作方便。如图 6所示 。 图 6 石灰石制粉控制系统界面 下转第 7 0页 一 ／ 达 肩 目 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ～ 一 一 7 0 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 1 年第 1 期 表 1 各算法性能 比较 L MS E可由下式计算 e ∑ y 一 1 4 一 t x i ，y i E S s a Ⅲ 。 其中 s 。 { x j ， ， 1 ， 2 ， ⋯， Ⅳ} 是学习样本集 ， 多 是 L S S V M模型的输出。 G MS E可由下式计算 ∑ 一 ’ 1 5 t x i ， r 1 ES t e s ‘ 其中 s { ， y ， 1 ， 2 ， ⋯ ， Ⅳ} 是检验样本集。 通过仿真结果和模型性能比较 ， 局部 L S S V M的 模型比全局思想下的建模具有更好的预测效果。并 且通过改进的 P S O算法进行模型参数优化 ， 软测量 模型的泛化能力和预测精度都得到了显著的提高。 5结论 该文在明胶浓度 的软测量研究中， 考虑到生产 原料批次和工况变化会对模型造成影响， 引入 “ 局 部” 的概念 ， 对已有 的软测量模型进行改进 ， 得 到了 更好 的预测模型 ， 有利于缩短建模周期和在线检测 工作 。同时， 提出了采用 K m e a n d算法和 P S O算法 相结合对基于 L S S V M的软测量模型进行参数优化 ， 仿真结果表明， 模 型的预测精度 和泛化能力 较好 。 利用软测量技术在线监测明胶生产提胶工艺的胶液 浓度 ， 对完善提胶工艺的 自动化控制系统 ， 为企业降 低成本 、 提高经济效益具有重要的意义。 参考文献 [ 1 ] H a o r a n Z h a n g ， X i a o d o n g Wa n g ， C h a n g j i a n g Z h a n g ， e t a 1 ． A B e w s o f t s e n s o r m e t h o d b a s e d o n S V M[ C] ． I E E E ， 2 0 0 6 5 46-5 49． [ 2 ] A r t h u r K o r d o n ．R o b u s t s o f t s e n s o r s o n i n t e g r a t i o n o f g e n e t i c p r o g r a mmi n g，a n a l y t i c a l n e u r al n e t wo r k s，a n d s u p- p o r t v e e t o r m ac h i n e s E v o l u t i o n a r y C o mp u t a t i o n[ J ] ． P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 0 2 C o n g r e s s o n ， 2 0 0 2 ， 1 1 2 1 7 8 96-9 011 ． [ 3 ] 明胶科学与技术 编辑部信息组． 骨胶工艺及设备 [ J ] ． 明胶科学 与技术 ， 2 0 0 5 ， 2 5 4 1 7 3 1 8 2 ． [ 4 ] 陈其康． 骨明胶工艺生产[ J ] ． 明胶科学与技术， 2 0 0 0， 2 0 4 1 8 0 1 8 7 ． [ 5 ] 邓文． 明胶生产工艺的要点 [ J ] ． 明胶科学与技术 ， 1 9 9 8 ， 1 8 3 1 3 8 1 4 0 ． [ 6 ] 毕士强， 赵恒永， 毕士勇． 基于径向基函数神经网络和 N L I 优化算法的精馏塔控制[ J ] ． 工业仪表与 自动化装 置 ， 2 0 0 6 3 3 3 3 6 ． [ 7 ] 张小云， 刘允才． 高斯支撑向量机的性能分析[ J ] ． 计 算机工程， 2 0 0 3 ， 2 9 8 2 3- 2 5 ． [ 8 ] A t k e s o n C G ． Mo o r e A w． S c h a al S ． L o c a l l y w e i g h t e d l e a r n i n g [ J ] ． A t i fi c i a l I m e l l i g e n c e R e v i e w， 1 9 9 7 1 1 1 1 73． [ 9 ] 崔宇 ， 薛美盛． 局 部 L S S V M方法 在飞灰含碳量 软测量 中的应用[ J ] ． 仪表技术， 2 0 0 9 5 6 2 6 4 ． [ 1 0 ] 陈国初， 俞金寿． 增强型微粒群优化算法及其在软测 量中的应用[ J ] ． 控制与决策， 2 0 0 5 ， 2 0 4 3 7 7 - 3 8 1 ． [ 1 1 ] 李炜， 石连生， 李征宏． 基于双层智能结构的多模型 软测 量 方法 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