嵌入式PLC在隧道窯控制系統中的應用
1 引言
隧道窯是一種連續式窯爐，由預熱區、高溫區、急冷區和緩冷區組成，主要用于建筑陶瓷、日用陶瓷等燒制。隧道窯的控制涉及傳動控制，溫度、壓力的檢測、控制以及其它控制。我們采用科威EASY系列PLC開發出的高可靠性、高性價比的隧道窯控制系統，已于2005年7月成功應用在湖北華窯集團中亞窯爐公司承建的越南某隧道窯中。下面介紹此窯的控制方案。
2 用戶要求
1、溫度控制區8組。
2、溫度顯示區10組。
3、熱電偶：18支。其中：K分度11支S分度7支
4、風機選型
排煙風機：15kw一開一備要星-三角啟動。
助燃風機：15kw一開一備要星-三角啟動。
急冷風機：11kw一開一備（變頻）
抽熱風機：15kw一開一備要星-三角啟動。
快冷風機：7.5kw一開一備直接啟動。
軸流風機：0.18kw8臺直接啟動
5、安全連鎖。
開關量互鎖：必須是硬件互鎖和軟件互鎖。在設計時進一步落實工藝互鎖要求。
6、使用人機界面控制
現場設人機界面，所有操作均可在人機界面上完成；
面板按鈕與人機界面按鈕互為備份。（集中分散型控制）
7.關控制信息能傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。
計算機畫面應含有：現場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報表打印功能。
3 解決方案
3、1系統分析
3、1、1溫度采集部分
10支熱電偶，K、S兩種分度號。
3.1、2溫度控制部分
18點溫度中，其中8點（設計時需指定）用來作溫度控制用。在這8點溫度控制中，其中7點是控制執行器閥位值，改變燃料注入量，從而使溫度穩定。另外一點是控制急冷變頻器輸出頻率，改變急冷風機運行速度，從而調節急冷區溫度。其它因素由人工調整（如助燃風、燃氣壓力等）。
每個控溫點占用一路模擬量輸出，急冷變頻器占用一路模擬量輸出，執行器采取開度定位方式。
因此溫度控制占用：
8 路模擬量（輸入、輸出）。
3.1、3相關風機部分
3.1.3、1排煙風機控制
排煙風機一用一備，二者邏輯上互鎖，電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制占用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.2助燃風機控制
助燃風機一用一備，二者邏輯上互鎖，電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制占用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.3急冷風機控制
急冷風機快慢由變頻器調整，通過PLC內部PID運算輸出4-20mA標準信號，來控制變頻器的輸出頻率。同時在人機界面上也可以實行手自動切換進行控制。因此急冷風機占用：
5點開關輸入：急冷A啟動、急冷B啟動、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
2點開關輸出：（運行控制）*2。
1點模擬輸出：頻率調節（手自動調節）。
3.1、3.4抽熱風機控制
抽熱風機一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此抽熱風機控制占用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.5快冷風機控制
快冷風機一開一備，直接輸出控制，因此占用：
6點開關量輸入：（啟動、停止、故障）*2。
2點開關量輸出：（運行控制）*2。
3.1、3.6軸流風機控制
軸流風機：0.18kw8臺，直接輸出控制，因此占用：
3點開關量輸入：啟動、停止、故障。
1點開關量輸出：運行控制。
3.1、3.7安全連鎖
開關量互鎖：必須的硬件互鎖和軟件互鎖。在設計時進一步落實工藝互鎖要求。
3.2控制器件選型
據以上統計，有溫度采集8點；
開關量輸入：49點模擬量輸入：8點
開關量輸出；34點模擬量輸出；8點
故需選用：溫度采集模塊：CAN―AD12161臺
溫度控制：EASY―M0808R―A0404NB2臺
風機控制部分采用：Easy-M1608R2臺
另需做主站的PLC（Easy-M1608R）1臺，用于控制拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4臺，
顯示控制的人機界面一臺（10.4英寸，真彩色），用于監控的普通計算機一臺。其他電器部分：變頻器，開關電源，空氣開關，接觸器，繼電器，按鈕，指示燈，報警器，柜體等。
CAN-AD1216：
有16路溫度輸入
有與CAN網連接的現場總線接口，可與各采集模塊、Easy系列的PLC互連組成網絡。
Easy-M0808R-A0404NB：
有8點開關量輸入、8點開關量輸出。有4路模擬量輸入、4路模擬量輸出。
有與CAN網連接的現場總線接口，可與各采集模塊、PLC互連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現場監視和操作。
有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
Easy-M2416R：
有24點開關量輸入、16點開關量輸出。
有與CAN網連接的現場總線接口，可與各采集模塊、PLC互連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現場監視和操作。
有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
每臺塊Easy-M1608R：
有16點開關量輸入、8點開關量輸出。
有與CAN網連接的現場總線接口，以便于各采集模塊相連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現場監示和操作。
有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
3、3控制結構圖
3、4PLC接線示意圖
1#從站接線示意圖
2#從站接線示意圖
3#從站接線示意圖
4#從站接線示意圖
5#從站接線示意圖
注：其中主站與拖車部分（6#從站-9#從站）的PLC接線示意圖略
4、系統控制的實現
4.1所有的風機控制和電磁閥以及拖車都是由PLC的開關量控制。
下面是排煙風機A的星--三角控制程序的梯形圖程序：
4、2模擬量溫度采集由一臺AD1216采集。
4、3所有的模擬量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，溫度由Easy-M0808R-A0404NB經過PID調節輸出（4-20mA給執行器和變頻器），控制執行器與變頻器，從而控制窯爐的溫度。
下面是其中一路PID輸出控制執行器的梯形圖程序：
4、4所有的控制設備組成一個網絡，整個CAN總線網絡互聯由CANSET軟件來實現,它是圖形化界面的軟件,設置起來十分簡便。設置內容包括：網絡設備總數、網絡設備地址、網絡通訊數據的內容、網絡數據通訊速度等。它還能根據用戶的需要，靈活設置每個設備的任務級別，以保證網絡資源的合理分配。
下圖是在CANSET下設置的本系統CAN網絡配置：
4、5相關信息通過RS485網絡傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。
在計算機中包含有：現場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報表打印功能。計算機中的各個曲線圖每隔2分鐘自動保存一次。
4、6人機界面操作說明
上圖是主畫面，由四部份組成。最上面是日期時間顯示與警報走馬燈及中英文切換按鈕。其中時間日期可以在“畫面四”中進行設置（一般情況下無須設置）。警報走馬燈顯示11臺風機的運行故障與燃氣超限（上下限）以及9個從站掉線顯示。當系統無故障時，報警走馬燈顯示設備運行正常。
中間上半部分是現場模擬圖，從中可以觀測到現場設備及工藝運行的一些情況，如11臺風機的運行指示燈，在風機運行時，相應的指示燈會變成綠色；主電磁閥以及各支電磁閥開啟時其對應的指示燈會變成綠色。
中間下半部分是11臺風機的啟動、停止按鈕以及主電磁閥的開、關按鈕，根據工藝及安全連鎖要求，只有排煙風機（A或B）啟動后才能啟動助燃風機（A或B），助燃風機啟動后（A或B）才能開啟總閥，總閥開啟后才能開啟各支電磁閥。以上各設備的連鎖要求依次是排煙風機――助燃風機――總閥――各支電磁閥。
在沒有啟動前級設備的情況下，是不會啟動后級設備的，反之如果停止了前級設備，后級設備也相應的自動停止。上述各設備之間的啟動順序在程序上進行了連鎖，同時在硬件配線上也進行了連鎖。
最底部是四個換面按鈕與警報解除按鈕以及按鍵鎖按鈕，按壓各個換畫面按鈕可以進入其對應的子畫面。“警報解除”按鈕是一個交替型按鈕，按壓“警報解除”按鈕可以解除發生故障時的聲光報警輸出，它只能暫時解除當前的聲光報警，報警走馬燈上還會顯示相應的故障，如果故障沒有排除，在下次PLC啟動運行時還會發出聲光報警。“按鍵有效”按鈕是一個交替型按鈕，“按鈕無效”鍵是為了保護界面按鈕不被誤按而設置的，當“按鈕無效”時，按壓風機啟停按鍵及總閥按鈕是不會產生動作的。
5總結
本控制系統采用EASY系列PLC，硬件結構簡單，成本低廉，響應速度快，性價比高，還可以根據實際需要很方便地進行擴展，有極強的靈活性和適應性。現場使用表明，其性能穩定，運行可靠。
隧道窯是一種連續式窯爐，由預熱區、高溫區、急冷區和緩冷區組成，主要用于建筑陶瓷、日用陶瓷等燒制。隧道窯的控制涉及傳動控制，溫度、壓力的檢測、控制以及其它控制。我們采用科威EASY系列PLC開發出的高可靠性、高性價比的隧道窯控制系統，已于2005年7月成功應用在湖北華窯集團中亞窯爐公司承建的越南某隧道窯中。下面介紹此窯的控制方案。
2 用戶要求
1、溫度控制區8組。
2、溫度顯示區10組。
3、熱電偶：18支。其中：K分度11支S分度7支
4、風機選型
排煙風機：15kw一開一備要星-三角啟動。
助燃風機：15kw一開一備要星-三角啟動。
急冷風機：11kw一開一備（變頻）
抽熱風機：15kw一開一備要星-三角啟動。
快冷風機：7.5kw一開一備直接啟動。
軸流風機：0.18kw8臺直接啟動
5、安全連鎖。
開關量互鎖：必須是硬件互鎖和軟件互鎖。在設計時進一步落實工藝互鎖要求。
6、使用人機界面控制
現場設人機界面，所有操作均可在人機界面上完成；
面板按鈕與人機界面按鈕互為備份。（集中分散型控制）
7.關控制信息能傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。
計算機畫面應含有：現場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報表打印功能。
3 解決方案
3、1系統分析
3、1、1溫度采集部分
10支熱電偶，K、S兩種分度號。
3.1、2溫度控制部分
18點溫度中，其中8點（設計時需指定）用來作溫度控制用。在這8點溫度控制中，其中7點是控制執行器閥位值，改變燃料注入量，從而使溫度穩定。另外一點是控制急冷變頻器輸出頻率，改變急冷風機運行速度，從而調節急冷區溫度。其它因素由人工調整（如助燃風、燃氣壓力等）。
每個控溫點占用一路模擬量輸出，急冷變頻器占用一路模擬量輸出，執行器采取開度定位方式。
因此溫度控制占用：
8 路模擬量（輸入、輸出）。
3.1、3相關風機部分
3.1.3、1排煙風機控制
排煙風機一用一備，二者邏輯上互鎖，電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制占用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.2助燃風機控制
助燃風機一用一備，二者邏輯上互鎖，電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制占用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.3急冷風機控制
急冷風機快慢由變頻器調整，通過PLC內部PID運算輸出4-20mA標準信號，來控制變頻器的輸出頻率。同時在人機界面上也可以實行手自動切換進行控制。因此急冷風機占用：
5點開關輸入：急冷A啟動、急冷B啟動、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
2點開關輸出：（運行控制）*2。
1點模擬輸出：頻率調節（手自動調節）。
3.1、3.4抽熱風機控制
抽熱風機一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制采用兩套獨立的星-三角控制，每套占三個開關輸出點（主、星、三角），占三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此抽熱風機控制占用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.5快冷風機控制
快冷風機一開一備，直接輸出控制，因此占用：
6點開關量輸入：（啟動、停止、故障）*2。
2點開關量輸出：（運行控制）*2。
3.1、3.6軸流風機控制
軸流風機：0.18kw8臺，直接輸出控制，因此占用：
3點開關量輸入：啟動、停止、故障。
1點開關量輸出：運行控制。
3.1、3.7安全連鎖
開關量互鎖：必須的硬件互鎖和軟件互鎖。在設計時進一步落實工藝互鎖要求。
3.2控制器件選型
據以上統計，有溫度采集8點；
開關量輸入：49點模擬量輸入：8點
開關量輸出；34點模擬量輸出；8點
故需選用：溫度采集模塊：CAN―AD12161臺
溫度控制：EASY―M0808R―A0404NB2臺
風機控制部分采用：Easy-M1608R2臺
另需做主站的PLC（Easy-M1608R）1臺，用于控制拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4臺，
顯示控制的人機界面一臺（10.4英寸，真彩色），用于監控的普通計算機一臺。其他電器部分：變頻器，開關電源，空氣開關，接觸器，繼電器，按鈕，指示燈，報警器，柜體等。
CAN-AD1216：
有16路溫度輸入
有與CAN網連接的現場總線接口，可與各采集模塊、Easy系列的PLC互連組成網絡。
Easy-M0808R-A0404NB：
有8點開關量輸入、8點開關量輸出。有4路模擬量輸入、4路模擬量輸出。
有與CAN網連接的現場總線接口，可與各采集模塊、PLC互連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現場監視和操作。
有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
Easy-M2416R：
有24點開關量輸入、16點開關量輸出。
有與CAN網連接的現場總線接口，可與各采集模塊、PLC互連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現場監視和操作。
有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
每臺塊Easy-M1608R：
有16點開關量輸入、8點開關量輸出。
有與CAN網連接的現場總線接口，以便于各采集模塊相連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便于現場監示和操作。
有與計算相連的RS1串口，便于計算機記錄管理。
3、3控制結構圖
3、4PLC接線示意圖
1#從站接線示意圖
2#從站接線示意圖
3#從站接線示意圖
4#從站接線示意圖
5#從站接線示意圖
注：其中主站與拖車部分（6#從站-9#從站）的PLC接線示意圖略
4、系統控制的實現
4.1所有的風機控制和電磁閥以及拖車都是由PLC的開關量控制。
下面是排煙風機A的星--三角控制程序的梯形圖程序：
4、2模擬量溫度采集由一臺AD1216采集。
4、3所有的模擬量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，溫度由Easy-M0808R-A0404NB經過PID調節輸出（4-20mA給執行器和變頻器），控制執行器與變頻器，從而控制窯爐的溫度。
下面是其中一路PID輸出控制執行器的梯形圖程序：
4、4所有的控制設備組成一個網絡，整個CAN總線網絡互聯由CANSET軟件來實現,它是圖形化界面的軟件,設置起來十分簡便。設置內容包括：網絡設備總數、網絡設備地址、網絡通訊數據的內容、網絡數據通訊速度等。它還能根據用戶的需要，靈活設置每個設備的任務級別，以保證網絡資源的合理分配。
下圖是在CANSET下設置的本系統CAN網絡配置：
4、5相關信息通過RS485網絡傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。
在計算機中包含有：現場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、并完成報表打印功能。計算機中的各個曲線圖每隔2分鐘自動保存一次。
4、6人機界面操作說明
上圖是主畫面，由四部份組成。最上面是日期時間顯示與警報走馬燈及中英文切換按鈕。其中時間日期可以在“畫面四”中進行設置（一般情況下無須設置）。警報走馬燈顯示11臺風機的運行故障與燃氣超限（上下限）以及9個從站掉線顯示。當系統無故障時，報警走馬燈顯示設備運行正常。
中間上半部分是現場模擬圖，從中可以觀測到現場設備及工藝運行的一些情況，如11臺風機的運行指示燈，在風機運行時，相應的指示燈會變成綠色；主電磁閥以及各支電磁閥開啟時其對應的指示燈會變成綠色。
中間下半部分是11臺風機的啟動、停止按鈕以及主電磁閥的開、關按鈕，根據工藝及安全連鎖要求，只有排煙風機（A或B）啟動后才能啟動助燃風機（A或B），助燃風機啟動后（A或B）才能開啟總閥，總閥開啟后才能開啟各支電磁閥。以上各設備的連鎖要求依次是排煙風機――助燃風機――總閥――各支電磁閥。
在沒有啟動前級設備的情況下，是不會啟動后級設備的，反之如果停止了前級設備，后級設備也相應的自動停止。上述各設備之間的啟動順序在程序上進行了連鎖，同時在硬件配線上也進行了連鎖。
最底部是四個換面按鈕與警報解除按鈕以及按鍵鎖按鈕，按壓各個換畫面按鈕可以進入其對應的子畫面。“警報解除”按鈕是一個交替型按鈕，按壓“警報解除”按鈕可以解除發生故障時的聲光報警輸出，它只能暫時解除當前的聲光報警，報警走馬燈上還會顯示相應的故障，如果故障沒有排除，在下次PLC啟動運行時還會發出聲光報警。“按鍵有效”按鈕是一個交替型按鈕，“按鈕無效”鍵是為了保護界面按鈕不被誤按而設置的，當“按鈕無效”時，按壓風機啟停按鍵及總閥按鈕是不會產生動作的。
5總結
本控制系統采用EASY系列PLC，硬件結構簡單，成本低廉，響應速度快，性價比高，還可以根據實際需要很方便地進行擴展，有極強的靈活性和適應性。現場使用表明，其性能穩定，運行可靠。
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