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 陈湘辉，任晓珠

1  引言
回转窑是应用于建材、冶金等行业的重要设备，主要起煅烧熟料的作用。2000年9月，我厂对始建于1958年的特水1#窑进行了技术改造。
2  工艺流程
1#窑经技改后的工艺流程是：生料储存库出库生料与电收尘窑灰按比例配合后入成球盘，加水成球后入振动烘干机，失去表面水分后逐库分布在五个料球库内，储存一定时间后入振动筛，中间粒度球入预热器，被高温窑尾废气加热后入窑煅烧，大球破碎后和小球一起直接入窑煅烧；成球盘和振动筛产生的粉尘由袋收尘器收集后入成球盘；窑尾废气出预热器后，经电收尘器净化入烟囱排出；出窑熟料经急冷（专利技术）入单筒冷却机，由拉链机送入熟料地坑；大块熟料经人工入鄂式破碎机后进入拉链机。
窑头采用三风道燃烧器，用罗茨风机供风，螺旋泵混煤，向窑内喷送煤粉煅烧熟料。
煤磨技改后流程为：出磨煤粉经高效超细选粉机选粉后，由高浓度袋收尘器收集后入煤粉仓，净化后经排风机排出。
3  系统设计
3.1  系统组成
特水窑控制系统的设计采用基于PLC的控制系统，它由两个中控室（窑尾控制室、窑头控制室），3个现场站（生料自动配料、加水成球、高温下料）及两个电视监控（预热器进口监控和窑头电视看火）组成。其中3个现场站是独立的微机自动控制系统，它与主站只进行模拟量的通讯和开关量的连锁。主站与从站间采用帧同步全双工通讯方式，系统结构如图1所示。

图1  系统配置框图

3.2  硬件配置
(1)  上位机配置
上位机采用美国DELL公司配置为Penten III级的PC机进行系统的监控和管理，它与下位机之间采用RS-232C异步半双工通讯。其具体配置为：Intel PIII 800CPU、64M内存、20G硬盘、21＂显示器
(2)  下位机设计
由于系统主要实现电气设备的自动控制与数据采集，没有复杂的运算操作，因而下位机采用了日本三菱的Ans系列机架式PLC，完成窑系统的逻辑控制和过程控制。
①  CPU的选择：用户控制程序所需内存容量受内存利用率、开关量输入/输出点数、模拟量输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素的影响。表1列出了计算机控制系统I/O点数的分布。

表1
 

最终我们选三菱A系列的CPU为A2ASCPU-S1。
②  基板的选择：根据上面的I/O点数，PLC主基板选AIS38B，扩展基板选AIS68B-S1，它们最大均有8个插槽。每个基板可装电源组件。主基板与扩展板之间通过扩展电缆（AISC07B）相连。
③  输入/输出模块的选择：考虑到有的设备距控制室较远，控制设备较多，所以输入采用AC220V类型模块；又因启动不很频繁，响应精度也不是很严格，因此选择继电器输出形式的模块，其中开关量输出模块为AY10，模拟量输出模块为AIS68DAI。该类型模块使用电压范围较宽，导通压降损失小。
④  通讯模块的选择：通讯模块的功能主要实现上位机与下位机间的通讯。由于上下位机同在一个控制室，最远没超过15m，所以选择AJ71C24通讯模块，采用半双工异步通讯方式，通信速度为9600bps.
⑤  网络模块的选择：网络模块的功能是将主PLC CPU挂接在三菱网络MELSECNT 数据线上。用模块上的开关设置该CPU是作为主站还是就地站。因为窑头、窑尾两PLC站间距离大约200m，所以选用AISJ71AR2类型模块。它采用帧同步、全双工、位串行的通讯方法，通讯速度为1.25Mbps。
3.3  软件设计
(1)  上位机软件主要实现系统的监控、管理、打印和产生报警等功能。其工作平台为WIN98系统，组态软件为FIX7.0，能够显示各工艺流程画面和各热工参数，在计算机上实现对主要电机的变频控制和冷风阀门的伺服控制。
(2)  下位机程序主要采用梯形图编制。其编程软件为三菱的GPPW，该软件装在上位机上，程序在上位机上编好后写进下位机。
①  I/O地址分配：输入输出地址以3位十六进制数表示，程序编址时，必须遵循以下原则：
?  I/O地址的赋值由主基板的第0槽（CPU组件的右侧）开始，向右展开，地址连续赋值；
?  对扩展基板，第一块扩展基板的首地址顺接主基板的末地址。其余扩展基板的赋值依据扩展电缆的连接顺序依次编址；
?  各组件所用的I/O点数等于该组件自身的I/O点数；
?  对没有插装I/O组件或特殊功能组件的空槽，所占I/O地址作16点处理。
②  初始化程序：对三菱AnS系列的PLC,其所用的模拟量模块均需初始化。
?  D/A初始化：模拟量输出主要是变频器、励磁装置的电流给定及风门的开度给定。其初始化主要包括平均次数、通道的启用/禁用等。
?  A/D初始化：对模拟量输入模块初始化主要包括采样时间、平均次数、通道的启用/禁用及上下位机的数值转换（因为上位机数字量为0～4095，下位机数字量为0～4000）。
③  主程序主要包括电机启停、连锁、报警、下料量累计及站间通信等。
④  下料累计量程序主要实现对窑尾高温下料量的累计与显示。
3.4  系统通信设计
(1)  系统网络构成：系统包括主站（窑头）、从站（窑尾）及三个现场站。窑头、窑尾两站通过通讯模块（AISJ71AR2）与同轴电缆组成了简单的三菱MELSEC NET系统，该网络为三菱MELSEC可编程控制器开发配备的数据通信网络，能执行工厂自动化所需的全部功能，既能进行数据控制，又能进行数据管理。其传输速度为1.25Mbps。
(2)  通信软硬件设计：数据通信有两个环路，主环路和副环路。两个环路均可做主环路，但正在工作的系统仅允许有一个主环路，若该环路发生电缆断路和从站故障，回送功能将通信从主环路切换到副环路并将从站故障断开，以保证整个通信系统继续进行；如主回路和副回路电缆均发生断路故障，系统即执行回送功能。此外，两个数据通信回路具有电源瞬间断路校正功能，保证通信可靠。
4  结语
特水1#窑采用基于PLC的控制系统，取代了传统继电器控制系统；所有参数的计算机显示，替代了传统的二次仪表柜显示，降低了维护费用与车间生产成本。该系统的应用提高了产品的质量与市场竞争力，经济效益显著提高。