今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道1、引言
隨著社會經濟的飛速發展，人們的生活水平的提高，各種住宅小區、商用建筑、寫字樓像雨后春筍般拔地而起。建筑業的繁榮昌盛，帶動了砌塊生產業的飛速發展與技術革新。傳統的砌塊上在全自然的環境中生產出來的，加工周期長，成功率不高。現在各個建材生產廠商專門研制出了一種砌塊養護窯，用來加快砌塊的出廠周期，以便提高生產效率與經濟效益。對GJ型系列養護窯，整個控制系統是由新式窯體結構、熱工供調系統、工業計算機控制系統組成的成套技術工藝設備，一般的其控制核心為單片機，這類控制系統雖然具有成本低、體積小、程序簡短等優點，但只適合小型控制系統，對于較大型控制系統，不但成本大大增加，而且可靠性較差，對要求較高的系統難以實現。PLC具有功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于編程及適應工業環境的優點，是一種通用的自動控制裝置，結合當今發展較快、應用越來越廣的模糊控制技術，可實現較大型控制系統，且功能完善，效果好。下面介紹一種以PLC為控制核心、以模糊控制理論為依據，爐窯溫度控制系統。
2、爐窯溫度控制要求
砌塊在生產過程中最后一道工序是養護。目前養護的方法有兩種。一種是傳統的自然養護；自然養護只需要一個可供養護的露天場地，靠陽光加溫。這種養護方法 投資少，養護成本低。缺點是養護周期太長，受環境溫度影響大，對產品質量要求較高時，無法保證高質量與短生產周期。尤其在我國北方地區的冬季，溫度低，陽光少，風沙大，天氣條件惡劣，不適用這種養護方法。但是在一些規模較小的砌塊加工場所還經常用到這種養護方法。另一種養護方法就是在養護窯中進行養護。用戶可以根據砌塊的工藝要求指定養護規則，由手動或自動方法控制養護程序的進行。養護窯養護過程是嚴格按照砌塊的工藝要求實施控制的。它能保證產品質量，保證生產進度，不受天氣影響。
控制過程應該滿足如下要求：總起動按鈕按下以后，整個系統允許運行。按下總停止按鈕，整個系統停止運行。每個窯都可以自行控制。按下各窯的起動按鈕后，各窯開始運行，按下其停止按鈕，各窯停止運行，按下急停按鈕，禁止各窯的輸出控制。
每個窯的具體流程控制要求：啟動電動機，供風循環熱氣流；開啟進氣閥門，供熱氣控溫；經過一定時間（設恒溫10h），關閉進氣閥門；打開排氣閥門，排氣；按下停止按鈕，關風機，關排氣閥，準備砌塊出窯。連鎖要求只要有一個窯排氣，總排氣閥要打開，只有總進氣閥打開，才能起動各窯進氣閥。窯溫控制示意圖如圖1所示
3、輸入輸出量的分析及硬件的選擇
系統控制兩個養護窯。每個養護窯有1個測溫輸入點(模擬量輸入)。1個進氣電磁閥控制輸入蒸汽(開關量)，1個排氣電磁閥控制熱氣的排出(開關量)，一臺送風電動機(開關量)，共3個開關量輸出。1個起動按鈕，1個停止按鈕，1個急停按鈕。一個養護窯需要3個開關量輸入，3個開關量輸出和1個模擬量輸入。整個系統還需要設置1個總起動按鈕，1個總停按鈕(共2個開關量輸入點)。1個總進氣電磁閥，1個總排風電磁閥(共2個開關量輸出點)。合計整個控制系統需要開關量輸入8點，開關量輸出8點，模擬量輸入2點。
控制核心采用西門子PLC的CPU224，提供數字量輸入點數14點，數字量輸出點數10點(提供給擴展單元DC5V電流能力為660mA)，完全滿足系統的數字量和開關量輸入輸出點數的要求。CPU224本身不具備模擬量輸入和輸出單元，本系統擴展一模擬量輸入模塊EM231，提供4路模擬量輸入（消耗DC5V電流為10mA）。模擬量輸入部分，由熱敏電阻R1，R2（PT100）和恒溫變送器（電流輸入型）構成，組成硬件部分如圖2。
4、輸入輸出地址和內存變量分配表
（1）輸入輸出點地址分配（見表1）。
表1輸入輸出地址分配
（2）內存變量分配表（見表2）
表2內存變量分配表
5、程序設計
（1）總體思路：
因為本系統用來控制規模相同的2個養護窯，所以控制程序采用分塊結構。其中子程序SBR0控制1號窯溫，SRB2控制2號窯溫。主程序0B1分別調用SBR0，SBR2子塊程序，對2個養護窯分別控制。每個養護窯由一個熱敏電阻檢測窯內溫度，由1個進氣電磁閥周期閉合與斷開來控制進氣量，調節窯內溫度。本例子中采用的控制算法，根據經驗寫成控制規則，成為簡單的模糊控制。
（2）主程序中的具體流程控制：
本例子中，由于只采用了子程序調用而沒有采用中斷，因此結構比較簡單。在系統總起動之后，主程序只要不斷查詢各個子程序的起動條件，并根據啟動條件去決定是否調用溫控程序即可，如圖3所示。
圖3 窯溫數字量輸出控制程序流程圖
系統的控制核心采用S7-200型PLC，外加輸入輸出模塊構成自動控制系統，控制算法有多種。本例子所采用的控制算法是根據經驗寫成的控制規則，用模糊控制算法去控制的。其控制規則有：
如果檢測溫度低于設定值的50%，則進氣閥門打開的占空比為100%。
如果檢測溫度高于設定值的50%，則低于設定值的80%，則進氣閥門打開的占空比為70%。
如果檢測溫度高于設定值的80%，且低于設定值的90%，則進氣閥門打開的占空比為50%。
如果檢測溫度高于設定值的90%，且低于設定值的100%，則進氣閥門打開的占空比為30%。
如果檢測溫度高于設定值的100%，且低于設定值的102%，則進氣閥門打開的占空比為10%。
如果檢測溫度高于設定值的102%，則進氣閥門打開的占空比為0%。
為了實現控制算法，在程序設計中，每個養護窯安排了8個延時斷開定時器（TON），產生4種不同占空比的脈沖。再由這些脈沖去控制進氣閥門的打開與關斷。
（4）控制程序：
主程序OB1和子程序SBR0、SBR2略。
6、結束語
本文介紹了一種利用S7-200型PLC的模糊控制技術來實現砌塊養護窯的自動控制系統，詳細介紹了系統的硬件配置以及軟件設計流程圖，并介紹了編程中的關鍵問題。該控制系統提高了砌塊的生產周期和質量，創新了"強制式熱交換、聲能、負壓養護技術"，使窯內溫度場、濕度場、壓力場、速度場、聲能場分布均勻，使水泥制品水化反應具備良好條件，提高水泥砌塊等制品密實度和彈性模量，相應地提高了砌塊的抗壓強度、抗凍性能、抗滲透性能，減少相對含水率，有效地解決了砌塊建筑存在的熱、裂、滲等難題。
該控制系統實用性強，可靠性高，以一臺PLC控制2個養護窯為例，用戶也可根據控制需要，對系統的I/O模塊進行擴展，控制多個養護窯。所以，系統的可擴展性強。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號