科威嵌入式PLC在隧道窯控制系統上的應用

隧道窯是一種連續式窯爐，主要用于陶瓷建材、日用陶瓷等燒制，就其結構而言主要由預熱區、高溫區、急冷區和緩冷區組成，隧道窯的控制涉及風機的控制、溫度的檢測、壓力的檢測，溫度的控制、壓力的控制以及其它控制。將CAN總線技術應用在隧道窯控制系統，可以很好地滿足溫度和壓力實時控制的要求，系統通信速率高、穩定性強，而工業級人機界面的參與，使得控制系統更加直觀化，易于用戶使用和操作。下面以河北唐山某陶瓷廠的一條隧道窯為案例，介紹其控制系統的實現過程。

二、控制對象

此窯是一條80m長的燃氣隧道窯，共有溫度檢測點20個（K分度12個，S分度8個），其中10個溫度點受控，壓力檢測點2個，10個燃氣執行器，10只燒嘴火焰檢測，風機有：排煙風機2臺（一用一備）、助燃風機2臺（一用一備）、急冷風機2臺（一用一備）、緩冷風機2臺（一用一備）、抽熱風機2臺（一用一備）、窯頭窯尾氣幕風機各1臺。10點溫度控制是通過控制執行器閥位大小，改變燃料注入多少，從而使溫度穩定。2點壓力控制通過調節排煙風機和急冷風機轉速來控制，實際上調節排煙和急冷變頻器頻率來控制壓力。此外還有風機連鎖，燒嘴熄火報警及各類故障報警。

三、窯爐控制系統的組成

本控制系統由3臺嵌入式PLC（EASY-M2416R）、2臺CAN-AD1216、1臺CAN-AD1208、1臺CAN-DA1208等部分組成。其中，嵌入式PLC用于邏輯開關量的控制，PID運算，以及通過CAN總線與下級的模塊進行通訊；溫度采集模塊CAN-AD1216用來完成20點溫度模擬量的采集；壓力采集模塊CAN-AD1208用來采集2點壓力信號；模擬量輸出模塊CAN-DA1208用來控制風機變頻器。

下面為系統框架圖：

作為本系統的控制核心嵌入式PLC Easy-AD1216，下層網絡采用CAN總線來進行通訊，對上分別用RS0口與HMI（人機界面），RS1口與計算機進行通訊。其特點如下：

1、有比較強大的通訊功能

一路CAN總線接口在應用層作了標準規劃，凡遵循該標準的CAN總線設備，可以通過CANSET軟件設置CAN網絡配置文件，并下載固化到EASY-M2416R中，就可以把該設備映射到CAN網絡中。CAN總線由于具有良好的實時性、可靠性、抗干擾能力及檢錯能力，所以在一些條件比較苛刻的場合里廣泛應用。

另外，串行口 RS0可用于梯形圖程序及上位機的監控，還可以與人機界面通訊；串行口RS1可用于下載CANSET軟件生成的CAN網絡配置文件，還可以通過RS485網絡連接第三方設備，如PC、三菱PLC。由于各個網絡都是獨立的，同個PLC在連接多個模式的網絡也不會受影響。如此多樣的通訊模式，確實為用戶提供了更多的靈活性。

2、有和三菱相當的運算速度和幾乎完全兼容的開發環境

經過測試，基本指令的運算速度在0.5u/步以下，和三菱FX2系列的PLC相當，這對于控制要求不是很高的用戶來說已是足夠了。它的梯形圖以及指令和三菱PLC的也是完全兼容，并且都能在三菱編程軟件里很好的運行。這對于使用過三菱PLC的用戶來說減輕了很多的困難。

3、獨立開發的CAN總線互聯CANSET軟件

CANSET軟件能很輕松方便的完成通訊設置。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。處于下層網絡的AD和DA，以及Easy-M2416R設備，遵循CANBUS協議的接口，能很方便的聯入CAN總線網絡中，構成系統的主體。

四、系統功能的實現

1、所有的邏輯控制和PID控制都由Easy-M2416R完成，在CAN總線網絡中，三臺PLC中任選一臺作為主站，這里選Easy-M2416R-1作其主站。它通過CAN總線與下層網絡的每個設備進行通訊，兩個設備之間的通訊也必須由主站來完成。同時它又作為從站與PC（上位機）和HMI（人機界面）進行通訊。

2、整個CAN總線網絡互聯也全由CANSET軟件來實現，它是圖形化界面的軟件，設置起來十分簡便，并且在PLC的梯形圖中除了地址和主從站外無須再對其他相關內容進行設置，在一定程度上簡化程序設計的工作量。

3、系統具有很大的擴展性和可維護性，在工作環境改變時，可靈活增添或減少設備。實現起來也只需在CANSET軟件中來設置即可，不用考慮其他事項，這對于系統的不斷完善和升級換代奠定了很好的基礎。

4、系統工作流程：下層網絡的AD1216、AD1208設備把采集上來的溫度，和壓力信號轉化為數據信號上傳到Easy-M2416R-1；運用于PID運算，控制各個執行器的正反轉和DA的輸入值，從而控制窯爐的各段溫度和壓力；另外在邏輯控制上完成各個風機和電磁閥的控制。下面是其中一路執行器正反轉控制的梯形圖程序：

5、人機界面通過串口RS0與EASY-M2416R-1連接，實現整個系統運行監控，其畫面包含：現場模擬圖、風機狀態指示、溫度壓力顯示、各種參數設置、變頻調節、實時溫度曲線圖、設定溫度曲線圖以及報警信息。

五、結束語

由于嵌入式PLC EASY-M2416R兼有CAN總線接口和與三菱相同的數據鏈協議接口、編程環境等特色，因此它既能很好的構建以CAN總為下層網絡，又能構建以RS485和RS232總線為上層網絡的系統。將它應用在隧道窯爐系統，既可以滿足底層的控制又可以滿足上層的監控，尤其是CAN總線的應用，使它的實時性、靈活性、組網方便性以及可維護性獲得很好的保證。

作者單位：黃石市科威自控有限公司