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采用PLC實(shí)現(xiàn)的熔鹽爐電伴熱溫度控制
采用PLC實(shí)現(xiàn)的熔鹽爐電伴熱溫度控制
1、現(xiàn)場PLC站
該監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)采用日本三菱A系列PLC，設(shè)計(jì)2個站組成1個網(wǎng)，1個站進(jìn)行溫度信號的采集及傳遞，另1個站對回路電流進(jìn)行采集，對33個回路進(jìn)行控制。硬件的具體選擇是：A62P為電源模板；A2NCPU為中央模板；AY13為開關(guān)量輸出模板；A68RD3為PT100溫度測試模板；AJ71C24為計(jì)算機(jī)通訊模板；A61AD為模擬量輸入模板；AX41為開關(guān)量輸入模板。
2、上位機(jī)
采用2臺386PC作為上位機(jī)，1臺在現(xiàn)場操作室，1臺在中央控制室，分別進(jìn)行本地及遠(yuǎn)程監(jiān)視管理，負(fù)責(zé)對溫度、電流實(shí)時監(jiān)測顯示，重要信號保留歷史曲線、信號報(bào)警及報(bào)表打印，2臺上位機(jī)既是操作員站，又可作為工程師站。
三、軟件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)軟件包分為上位機(jī)監(jiān)控軟件包和下位機(jī)控制軟件包。
上位機(jī)監(jiān)控軟件是用SCRENWARE軟件工具包開發(fā)而成，用于各種監(jiān)控畫面的顯示和上、下位機(jī)之間的通訊，采用實(shí)時動態(tài)仿真模式進(jìn)行顯示，并在具體部位顯示實(shí)時工藝參數(shù)，操作人員可根據(jù)此實(shí)時畫面了解有關(guān)工藝設(shè)備運(yùn)行情況；控制參數(shù)設(shè)定畫面可完成控制參數(shù)的設(shè)定和修改；系統(tǒng)狀況報(bào)警畫面實(shí)現(xiàn)對各工藝設(shè)備故障情況進(jìn)行聲光報(bào)警，并輸出故障類型、時間等，除此之外，本軟件包還具有數(shù)據(jù)分析、建立歷史數(shù)據(jù)庫及定時、隨機(jī)打印各種報(bào)表功能。下位機(jī)軟件包采用A2系列PLC自帶的梯形圖法和語句法編寫而成，軟件程序框圖及清單略。
四、電伴熱過程檢測
按照熔鹽爐系統(tǒng)工藝流程的要求：系統(tǒng)停車時，確保鹽罐電伴熱保溫180℃以上；系統(tǒng)啟動時，確保鹽罐及鹽管路和鹽閥電伴熱保溫在180℃以上（依工藝要求而定），以保證鹽泵啟動后，熔鹽能順利通過和回流。一旦電伴熱系統(tǒng)發(fā)生故障，熔鹽凝固將致使整個熔鹽爐系統(tǒng)無法運(yùn)行，造成較長時間的停產(chǎn)事故。設(shè)計(jì)的特點(diǎn)說明如下：
1、將整個鹽管路按照、工藝劃分為32個控制回路：鹽罐13個回路、鹽管14個回路、鹽閥一個回路、旁通管4個回路。采用A2系列可編程控制器對101個溫度測點(diǎn)采集顯示，對32個回路直接進(jìn)行控制；
2、本系統(tǒng)考慮到啟動時減少對供電系統(tǒng)的沖擊，系統(tǒng)啟動時，對每一個控制回路，采用分別程控（間隔5-10秒鐘）由PLC程控啟動，轉(zhuǎn)入運(yùn)行由PLC進(jìn)行監(jiān)測分時調(diào)節(jié)，減少系統(tǒng)供電負(fù)荷沖擊；
3、本系統(tǒng)的溫度檢測元件，共選用101支PT100鉛電阻溫度計(jì)，其信號采樣方式在系統(tǒng)說明部分有詳細(xì)介紹；
4、電流和電壓信號采集是通過電量變換器將互感器的信號轉(zhuǎn)換成4-20mA（0-5V）信號送入PLC。
五、系統(tǒng)說明
由于本系統(tǒng)中大部分為模擬量信號，分電流和熱電阻溫度2種信號，電流信號監(jiān)視各回路三相電是否正常，斷、短路報(bào)警，但不參與控制；溫度信號參與控制，測溫元件均為PT100熱電阻。針對本系統(tǒng)特點(diǎn)：模擬量多、實(shí)時性要求不是很高。在保證控制、監(jiān)視的基礎(chǔ)上，采用32點(diǎn)開關(guān)量輸出模板進(jìn)行切換，公共輸出接至模擬量采集模板，配合軟件編程可實(shí)現(xiàn)8路信號通過切換公用一個模擬量模板的通道。可節(jié)省大量模擬量模板，從而大大降低了系統(tǒng)成本。下面以溫度信號為例說明信號切換采集的實(shí)現(xiàn)。接線圖如圖2所示。
三線制PT100測溫元件的二根線分別接至開關(guān)量輸出模板AY13三組中相同次序的通道上，AY13三組共可接8個PT100信號，將AY13上三組的公共端分別接至PT100采集模板的第一通道的三個端子上（注意：將AY13上接PT100元件兩個短路端的組的公共線接至A68RD3通道的B和C端子上），配合程序即可實(shí)現(xiàn)8路溫度信號公用一個模擬量通道。程序框圖如圖3所示。
通過定時接通AY13的相應(yīng)通道，使得PTI-PT8信號依次與A68RD3的第一個通道接通，將每個信號接通時，所采集到的數(shù)據(jù)保存至相應(yīng)的地址單元，即可實(shí)現(xiàn)多路信號切換采集。在編程時需注意：AY13通道切換后應(yīng)在延時1個A68RD3處理周期后再讀取A68RD3通道中的數(shù)據(jù)，否則采集的數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)跳變，這是由于A68RD3采樣方式分：Sampling、Time averaging 、count averaging3種，A68RD3的采樣時間隨啟用的通道數(shù)而不同計(jì)算公式為：啟用的通道數(shù)×40ms； Sam-Pling方式為每個采樣周期采一次樣，采樣值存入相應(yīng)的緩沖區(qū)；Time averaging方式為在的時間內(nèi)每個采樣周期內(nèi)的采樣值除去最大、最小值后的平均值存入相應(yīng)的緩沖區(qū)；count averaging方式為將經(jīng)過次數(shù)的采樣周期后所采集的采樣值平均后放入存入相應(yīng)的緩沖區(qū)。現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用時，為保持?jǐn)?shù)據(jù)準(zhǔn)確，一般采用后2種方式。
由于A68RD3通道一經(jīng)啟用，信號處理就會一直進(jìn)行，A68RD3的一個處理周期為：Time averaging方式為的時間；count averaging方式為次數(shù)×啟用通道數(shù)×40ms。因?yàn)樵撓到y(tǒng)采用切換方式，每一信號只在相應(yīng)時間段內(nèi)接入A68RD3，如果切換后，延時小于一個A68RD3處理周期，則上一信號的部分采樣值將被計(jì)入當(dāng)前處理周期和當(dāng)前信號的部分采樣值一起進(jìn)行平均輸出，造成數(shù)據(jù)誤差，如上一信號和當(dāng)前信號差別比較大，就會造成數(shù)據(jù)跳變。特別是如果采用上升沿取值，就會造成數(shù)據(jù)錯誤。
電流信號的采集原理與溫度信號的采集原理相同，此處不再多述。