基于西门子S7—300PLC和MP277触摸屏的MLK2650立式矿渣磨电控系统的设计
一、概述
德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商之一，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的SIMATIC S3 系列控制系统。最新的SIMATIC产品为S7系列。目前，SIMATIC S7系列产品分为：通用逻辑模块（LOGO！）、S7-200 PLC、S7-1200 PLC、S7-300 PLC和S7-400 PLC 5个系列产品[22]。目前，SIMATIC S7系列PLC在国内外占有相当大的市场，服务网络遍布全球。 S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。其模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案.SIMATIC S7-300可编程序控制器是模块化结构设计，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
融安县第二中学
MP277是西门子人机界面的一种触摸屏，具有独特的多视窗操作功能，大大增加可显示信息量; 另有操作方便、灵活性好、内置PROFINET/以太网等优点。
MLK2650矿渣磨是北方重工集团有限公司基于多年设计制造立磨的丰富经验自主研发的、用于粉磨高细矿渣微粉的立式辊磨机，填补了国内大型立式矿渣磨的空白。MLK2650立式矿渣磨是一种辊式磨机，具有体积小，重量轻，占地少;生产效率高，污染少，电耗低等特点;还有易损件使用寿命长等一系列优点，在粉磨水泥生料领域得到广泛的应用。 二、MLK2650立式矿渣磨的设备主要构成和对电气控制系统的要求
1.MLK2650立式矿渣磨的设备主要构成
MLK2650立式矿渣磨主要有以下各子系统：由辅传电机，超越离合器，主电机通过圆锥行齿轮减速机驱动磨盘，带动磨辊运转组成的主传动系统; 由高压油泵（电机），低压油泵（电机），电加热器，冷却器及电磁阀，油的温度，压力检测元件等组成的主减速机高低压润滑系统; 由张紧油泵（电机），电磁阀，油压力检测元件及拉紧油缸，蓄势器等组成的磨辊张紧液压系统; 由变频器驱动变频电机拖动动态分离器组成的选粉系统; 由三道锁风闸门油站油泵（电机），电磁换向阀，油温检测元件等组成的锁风上料系统; 还有用于磨辊轴承保护的密封风机系统等等。MLK2650立式矿渣磨的设备主要构成如图1所示。 图1
2.MLK2650立式矿渣磨工作原理
MLK2650立式矿渣磨工作流程及原理如下：高炉矿渣经锁风格轮或三道锁风阀进入矿渣磨喂料槽落到磨盘中心;在磨盘回转产生的离心力作用下，矿渣向磨盘边缘运动并通过磨辊下部及磨盘衬板上部之间的碾磨区被碾磨;被碾过的物料越过磨盘边缘的挡料环，被从喷口环喷出的热风吹起，进入磨机上方的选粉机;选粉机将合格的细粉选出，粗粉沿返料斗再次落到磨盘上被碾磨;未被热风带走的铁粉通过外循环系统时，被除铁器分离。
3. 设备对电气控制系统的要求
1）控制范围
----各油站的加热器及冷却器;
----辅传电机;
----密封风机;
----张紧液压站;等效转动惯量
----高低压润滑站;
----三道闸门（锁风阀）液压站;
----动态分离器（选粉机）;
胡焕庸线----减速机保护;
主电机为高压电机，起停（高压开关柜接通与断开）控制由中控室进行，但起停的允许信号及故障报警停车控制信号由本磨机的电气控制系统发出。
2）控制功能：
立磨控制系统要求具有“机旁手动--机旁自动--中控远程控制;”三种控制方式;
要求与中控室实现信号通讯;
具有机旁的起停操作/故障报警/状态指示功能;
北京青春
就地显示设备各种状态和测量的各参数，显示报警点及其位置;
3）控制方法：
磨机本体及其辅助系统（高低压润滑站，张紧液压站，三道闸门油站及密封风机等）的所有检测信号均输入到本立磨电控系统的PLC进行处理，实现对各电机和设备的控制及显示，并与中控室实现数据及指示与控制信号通讯联系，以满足水泥生料生产过程对磨机运行的控制工艺要求。
选择“机旁手动”控制方式时，各子系统的电机，加热器，电磁阀等均可独立的进行起停控制。用于单机试车，维修调试运行。 选择“机旁自动”控制方式时，各子系统则按工艺要求的顺序和参数，依次地启动和停止工作（主传动系统除外）。用于系统的联合调试。 选择“中控远程控制”方式工作时，磨机各部分在按工艺要求的顺序依次启停的过程与选择“机旁自动”方式时相同，但当主电机启动条件达到时即启动主传动系统，上料并使磨机投入研磨工作。“中控远程控制”是磨机正常工作时的操作方式，由远程操作，机旁电控柜上监测与显示磨机的工作状态。
三、电气控制系统的组成和PLC的硬件及程序设计
1）MLK2650立式矿渣磨电气控制系统的组成
MLK2650立式矿渣磨电气控制系统以PLC为核心，将现场及各子系统的检测信号输入到PLC中，通过程序的处理，输出相应的控制指令到动力柜，去控制各电机及阀门等执行机构的动作。MLK2650立式矿渣磨电气控制系统如图2所示。
图2
2）PLC硬件系统的组成：
对磨机机械系统及控制要求进行分析。拖动磨机各子系统运行的电动机均为交流异步电动机;控制这些电机运行的主令信号在手动时是按钮开关元件，在自动时是顺序控制，时间控制和检测信号/参数控制。检测信号有开关量信号，如液位开关，压力开关和电接点温度计;也有模拟量信号，如风压，油压的变送器和测温的铂电阻等。输出信号有电机起停及电磁阀通断的控制信号;也有运行状态，测量参数显示，故障报警，停机报警的显示信号;还有与中央控制室通信的数据信号等。为了满足控制工艺要求，并体现装机水平的先进性，设计采用了西门子公司生产的S7-300 型 PLC 作为组成立磨电控系统的核心控制设备。其体积
小、运算速度快、系统配置灵活、适应面广、通用性强、使用方便、可靠性高、抗干扰、编程容易、操作简单、维护方便、成本较低等特点，非常适用于立磨对电控的要求。
根据磨机各系统中，输入开关量和模拟量的类型和点数，输出开关量的点数，信号通信等要求，CPU模块确定选用S7-315-2DP，带DP通信口，便于与中控室的信号通信;开关量输入模块选用SM321，输入信号电平为24VDC，用于将各油站的开关量检测信号输入到PLC，也包括主令元件;开关量输出模块选用SM322，输出24VDC信号，通过中间继电器带动交流接触器等，用于控制各电机的起停及各电磁阀的动作，也包括指示灯和变频器的运行;模拟量输入模块选用SM331，8路多种信号输入，用于各油站及磨机上的温度，压力传感器和铂热电阻等模拟量信号输入到PLC进行处理。
为了实现对磨机各子系统的操作及信号数据的显示要求，设计采用触摸屏做为操作显示单元，选择西门子公司生产的触摸屏MP277。MP277为彩10寸的触摸屏，显示的文字为中文简体。PLC与触摸屏之间用通信电缆连接，以实现操作与显示功能。PLC及触摸屏组成的硬件系统如图3所示。
图3
3）控制系统程序设计的主要内容：
（1）触摸屏的组态设计。
触摸屏使用组态软件SIMATIC WinCC flexible进行组态。触摸屏组态有主画面，操作指示画面，各子系统状态显示监控画面，参数设定画面，自动运行及与中控室的信号通信控制状态画面等等，画面中除操作元素外，还有文字标注与说明。各画面之间可以转换。
图4 手动操作画面
图5 闸门站监控画面
益智玩具七巧板
触摸屏实现如下功能：
a）操作功能：机旁按钮操作，实现手动控制，用于单机调试，维修调试运行。设计的操作画面如图4所示。
b）检测和参数设定功能：立磨子系统工作状态监测，控制参数设定/显示，用于如闸门站工作状态的检测和变频器频率给定及速度显示; 设计的闸门站检测，变频器频率设定及显示
画面如图5所示。
c）信息显示报警功能：子系统如润滑站的压力，流量等检测参数的显示，执行元件的动作状态显示，故障报警及文字提示;设计的润滑站信息显示的画面如图6所示。
除触摸屏上的操作显示元素外，根据立磨用户对本控制的要求，在PLC的控制柜上设计了一个选择开关，用于选择“机旁手动-机旁自动-远程控制”操作方式;设计了“自动开始—自动停止”按钮，用于“机旁自动”的控制;及“电源”，“备妥”，“运行”等几个指示灯。花儿为什么这样红教案
图6 润滑站监控画面
（2）PLC的软件程序的设计：
PLC使用STEP7编程软件组态编程，实现各种信号的处理及要求的控制功能。
设计的PLC控制程序主要实现如下控制功能：
a）当控制方式选择开关选择“机旁手动”时，各子系统中的执行元件如密封风机电机;张紧液压站的油泵电机，电加热器及电磁换向球阀;三道闸门站的
油泵电机，电加热器，冷却水电磁阀，电磁溢流阀等;高低压润滑站各油泵电机，电加热器，冷却水电磁阀;辅传电机;超越离合器电磁换向阀;动态分离器等，均可通过触摸屏操作画面上的按钮独立的进行操作。（各油泵电机启动时需要相应的油温要达到允许运行的下限值。）
b）当控制方式选择开关选择“机旁自动”时，控制程序先对三个油站的油温进行检测，当润滑站油箱油温低于25℃时加热器接通对油加热;张紧油站及闸门油站在油温低于20℃时加热器接通对油加热;为油泵电机的运行创造条件。当监控到润滑油站油箱油温达25℃，张紧油站及闸门油站油箱油温达20℃，按下“自动开始”按钮时，系统各部分即按要求的顺序，即按密封风机—分离器电机—润滑站低压泵电机—高压泵电机—张紧油泵电机—闸门站电机及三道闸门换向阀的顺序及要求的时间间隔投入工作，直至发出允许磨机运行信号。在以上子系统运行时，按下“自动停止”按钮，各子系统则按规定的顺序和时间间隔依次停止工作。
c）当控制方式选择开关选择“远程控制”时，首先检测和控制油温，润滑油箱中油温低于25℃时加热器接通加热;张紧油站及闸门油站在油温低20 ℃时加热器接通加热;当润滑油站
油箱油温达25℃，张紧油站及闸门油站油箱油温达20℃，并收中控室的“DCS驱动”指令，则磨机各子系统即按规定的顺序和时间间隔，启动密封风机—分离器电机—润滑站低压泵电机—高压泵电机—张紧油泵电机;检测温度和压力达到要求后，接通超越离合器，启动辅传电机，带动磨盘转动，经延时后启动主电机，同时启动闸门站电机及三道闸门换向阀投入上料工作。磨机运行后，超越离合器脱开，辅传电机停止。磨机主传动系统启动的程序框图如图7所示。
图7
d）从磨机开始投入工作到磨机停止工作期间，密封风机始终运行，密封风压力要大于最低设定值，以保证对磨辊轴承润滑油室的密封;
e）从磨机开始投入工作到磨机停止工作期间，分离器电机转速可根据要求调整到设定转速，以保证出料的粒度合格;
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议