西門子SMART系列控制器在工業(yè)除塵系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

摘要：目前工業(yè)除塵系統(tǒng)自動(dòng)化集成度越來越高，本項(xiàng)目為小型工業(yè)除塵項(xiàng)目，故采用了SMART系列SR20作為控制器。通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC的通訊，PLC與變頻器的通訊采用USS協(xié)議。通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和控制，包括閥門系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)。

由于工業(yè)場(chǎng)所會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣粉塵，濾筒除塵器作為過濾粉塵的高效凈化設(shè)備在大氣治理項(xiàng)目中應(yīng)用越來越廣泛。除塵系統(tǒng)由以下幾部分組成：濾筒除塵器、外置風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器、管路系統(tǒng)及電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)主要的功能為：風(fēng)機(jī)變頻控制、管路風(fēng)閥控制及壓差清灰系統(tǒng)?？紤]系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單，因此選用西門子新一代小型自動(dòng)化產(chǎn)品中的SMART產(chǎn)品作為電控系統(tǒng)的控制器。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖1為系統(tǒng)的組成框圖，系統(tǒng)由以下幾部分組成：旋風(fēng)除塵器、濾筒除塵器、除塵風(fēng)機(jī)、管路系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)及在線壓差反吹系統(tǒng)。工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的含有粉塵顆粒的空氣，經(jīng)過旋風(fēng)除塵器和濾筒除塵器兩級(jí)過濾，從而達(dá)到凈化效果，凈化效率高達(dá)99%。除塵風(fēng)機(jī)功率為75kW，選擇與之對(duì)應(yīng)的西門子MM430變頻器作為其變頻調(diào)速裝置。濾筒除塵器配有在線壓差反吹系統(tǒng)，當(dāng)工作一定時(shí)間后，濾筒表面會(huì)吸附粉塵，導(dǎo)致壓差增大，此時(shí)壓差反吹清灰系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的限值進(jìn)行自動(dòng)清灰。

1)總體選型

根據(jù)客戶的實(shí)際需求，考慮到系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，并且考慮到成本問題。故選用西門子的小型PLC及SMART LINE 觸摸屏作為控制方案。變頻器選用西門子風(fēng)機(jī)水泵型專用變頻器MM430系列，系統(tǒng)部分原理圖見圖2及圖3。

圖2 系統(tǒng)原理圖（一）

圖3 系統(tǒng)原理圖（二）

2)電氣元件清單

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)電氣元件進(jìn)行了選型，清單見表1.

表1 電氣元件清單

3)PLC I/O口說明

表2 端口定義

4)系統(tǒng)通訊
? ? SMART PLC 本體具有兩個(gè)通訊口，一個(gè)以太網(wǎng)和一個(gè)串口。PLC與觸摸屏的通訊采用以太網(wǎng)方式，PLC與變頻器采用西門子專用的USS通訊。為了保證通訊的可靠穩(wěn)定，通訊接頭均采用西門子公司推薦專用接頭。

1)程序設(shè)計(jì)思路

考慮到控制流程較簡(jiǎn)單，編寫程序的程序主要由三部分組成：風(fēng)閥檢測(cè)模塊、變頻器USS通訊模塊、時(shí)間參數(shù)模塊。

2)檢測(cè)18路電動(dòng)閥門

現(xiàn)場(chǎng)共有18路風(fēng)閥工作，需要通過PLC檢測(cè)，并且當(dāng)有低于11路風(fēng)閥工作時(shí)，系統(tǒng)有報(bào)警輸出，提示用戶開啟更多風(fēng)閥，保證除塵系統(tǒng)穩(wěn)定工作。圖4是檢測(cè)其中一組風(fēng)閥，其他17路類似。圖5為最后統(tǒng)計(jì)開啟的風(fēng)閥數(shù)目，并報(bào)警。

圖4 檢測(cè)第一路電動(dòng)風(fēng)閥

圖5 統(tǒng)計(jì)總的風(fēng)閥數(shù)目

3)變頻器與PLC的USS通訊

變頻器與SMART PLC采用西門子專用的USS通訊，可直接在編程軟件中調(diào)用USS庫函數(shù)，簡(jiǎn)單易用，如圖6所示。本程序中主要通過USS對(duì)變頻器寫最低頻率和最高頻率，并且通過觸摸屏觀察實(shí)時(shí)的運(yùn)行頻率。圖8為通過USS對(duì)變頻器輸入最低頻率。

圖6 USS庫

圖7 USS初始化

圖8 寫變頻器最低頻率

4)系統(tǒng)累計(jì)上電時(shí)間

如圖9所示，該程序段為統(tǒng)計(jì)PLC上電的累計(jì)工作時(shí)間，具有掉電保持功能。

圖9 統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)累計(jì)上電時(shí)間

5)系統(tǒng)人機(jī)界面

人機(jī)界面采用西門子SMART LINE 系列精簡(jiǎn)面板，本項(xiàng)目中采用了7寸面板，帶有以太網(wǎng)接口，與SMART ?PLC通過此接口進(jìn)行通訊。圖11為其子畫面之一，監(jiān)控系統(tǒng)電動(dòng)風(fēng)閥的工作狀態(tài)。

圖10開機(jī)界面

圖11 ?風(fēng)閥監(jiān)控界面

6)控制柜布局及現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)

圖12至圖15為控制柜現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)及布局。

圖12 控制柜面板

圖13 設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)

圖14 SMART PLC

圖15 控制柜內(nèi)部布局

做為新一代西門子小型自動(dòng)化領(lǐng)域的S7-200 SMART，能滿足小型自動(dòng)化設(shè)計(jì)的需求。擴(kuò)展模塊豐富，可根據(jù)系統(tǒng)要求而組合搭配。編程方法完全移植S7-200CN系列，對(duì)于國內(nèi)客戶使用SMART系列的PLC，能很容易切換到此平臺(tái)，且編程軟件更小型化，對(duì)系統(tǒng)資源要求低，編程界面采用目前流行的平鋪式菜單，與時(shí)俱進(jìn)。此款PLC另一個(gè)亮點(diǎn)是本體集成了以太網(wǎng)接口，無論與觸摸屏組態(tài)，還是與上位機(jī)連接，都非常容易，通訊速度快，無需采用專用的通訊電纜。希望西門子公司能夠推出更加豐富的擴(kuò)展模塊，豐富目前的產(chǎn)品線。?