硬件系统集成优化方案

1.分析问题

根据已知的工艺要求，分析结论如下：

1）干粉给料器电动机的速度要求无级可调，所以干粉给料器电动机由变频器拖动。

2）当设备卡死时，系统能及时保护。当载荷超过一定数值时（特别是电动机卡死时），电流急剧上升，当电流达到一定数值时，相关的电气器件会给出报警信号。

3）由于本系统并不复杂，所以常规PLC即可满足要求，考虑到整个系统采用西门子系列PLC控制，因此该系统的PLC选定为S7-300PLC。

4）干粉喷射管路的堵塞以压力为判断依据，当压力超过30kPa值时，视为管路堵塞；当压力低于一定的压力时，视为缺料。压力测量选用压力传感器。因此，PLC系统要配置模拟量输入模块。

5）要求系统参数和压力数值能显示，所以需要配置触摸屏或者其他显示设备。

6）与系统相关的监控参数都要传送至DCS控制室因此需要通信，由于选用的是S7_-300系列PLC，因此选用PROFIBUS-DP通信协议。

7）系统相关控制量的数据如下：

干粉喷射量：0～300Kg/h。

变频器频率：0～50Hz。

SO₂的浓度：0～300mg/Nm³。

HCL的浓度：0～1800mg/Nm³。

有两种酸性气体，且都需要处理达标。

SO₂处理后的目标浓度值：0～50mg/Nm³。

HCL处理后的目标浓度值：0～10mg/Nm³。

2.主要软硬件

①1套STEP7V5.5SP4。

②1台CPU315-2DP。

③1台SM321、SM322、SM331和SM332。

④两台MM440变频器。

⑤1根编程电缆。

系统的硬件组态如图13-14所示。

3.PLC的I/O分配

PLC的I/O分配见表13-2。

(www.xing528.com)

图13-14 系统硬件组态图

表13-2 PLC的I/O分配表

4.控制系统原理图

控制系统的主回路原理图如图13-15所示。注意KA7和KA9的线圈如图13-16所示，频率反馈信号501、502、503和504来自图13-20，频率给定信号401、402、403和404与图13-19对应端子关联。当1#干粉给料器的变频器故障时，MM4-1和MM4-2触头闭合，使得如图13-16的KA8线圈得电，KA8的常闭触头断开，从而导致KA7线圈断电，1#干粉给料器的变频器停机。同理，2#干粉给料器的变频器故障时，也会导致2#干粉给料器的变频器停机，起到保护作用。

图13-15 主回路

控制系统的控制回路需要分别对1#干粉给料器、2#干粉给料器、1#干粉喷射风机和2#干粉喷射风机进行控制，由于控制原理类似，限于篇幅，这里仅设计了1#干粉给料器的控制原理图，如图13-16所示。

本系统的控制分为“远程”和“就地”两种模式。所谓“就地”模式控制，就是在工作现场对设备进行控制，而“远程”模式是在控制室对现场设备进行控制，这在工程中较为常用。当“就地”模式时，SA6旋转到“就地”模式，当按下SB9按钮时，KA7的线圈得电，自锁，使得图13-15中的KA7常开触头闭合，从而使得1#干粉给料器的电动机运行。当“远程”模式时，SA1旋转到“远程”模式，当按下HMI中的压下起动按钮时，PLC的输出模块使KA2的线圈得电，自锁，使得图13-16中的KA2常开触头闭合，从而使得1#干粉给料器的电动机运行。

图13-16 控制回路

控制柜的数字量输入模块原理图如图13-17所示。

图13-17 数字量输入模块原理图

图13-17 数字量输入模块原理图（续）

控制柜的数字量输出模块原理图如图13-18所示。

控制柜的模拟量输入模块原理图如图13-19所示。

控制柜的模拟量输出模块原理图如图13-20所示。

图13-18 数字量输出模块原理图

图13-19 模拟量输入模块原理图

图13-20 模拟量输出模块原理图