基于SIMATIC ET200SP分布式I_O的辊压机控制系统的结构设计.pdf

基于基于SIMATIC ETSIMATIC ET200200SPSP分布式分布式I I/OO的辊压机控制的辊压机控制系统的结构设计系统的结构设计黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺黄贺摘要：通过研究辊压机集中式布置控制系统的结构和优缺点，设计并开发了一种基于SIMATIC ET200SP分布式I/O系统的辊压机控制系统。集中式布置辊压机控制系统可实现设备的统一调度、集中控制，但兼容性及扩展性较差，施工维护难，经济投入大；而基于SIMATICET200SP分布式I/O系统的辊压机控制系统具有高度灵活、可扩展、功能全面、可靠性及安全较高的优点，已成功应用于多个现场。某项目现场实际应用显示，分布式I/O辊压机控制系统安装周期较预期缩短了约60%，施工投入减少了约50%，线缆使用量减少了约80%，系统运行稳定，经济效益显著。关键词：辊压机控制系统；集中式布置；现场总线；分布式I/O；智能化中图分类号：TP273.5 文献标识码：B 文章编号：1001-6171（2023）05-0077-04DOI：10.19698/ki.1001-6171.20235077通讯地址：中建材（合肥）粉体科技装备有限公司，安徽 合肥 230000；收稿日期：2022-12-26；编辑：孙 娟Structure Design of Control System of Roller Press Basedon SIMATIC ET200SP Distributed I/OHUANG He(CNBM(Hefei)Powder Technology Equipment Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230000,China)Abstract:The control system of roller press based on the SIMATIC ET200SP distributed I/O systemhas been designed and developed through the study of the structure and features of the centralizedcontrol system.The centralized layout control system of roll press enables unified scheduling andcentralized control of equipment,but it has poor compatibility and scalability,difficult construction,maintenance,and requires a large economic investment.The control system of roller press based onthe SIMATIC ET200SP distributed I/O system has the advantages of high flexibility,scalability,自动化技术2023年第5期771引言辊压机是一种基于料床粉碎原理设计而成的高效节能粉磨设备1，广泛应用于水泥、矿山、冶金、化工等行业2，目前已成为水泥行业首选的粉磨设备。辊压机主要由一对相向同步转动的辊子组成，其中一个辊子固定在机架上，称为固定辊；另一个辊子沿机架导轨板水平方向前后移动，称为活动辊。辊压机正常运转时，物料由上方落入辊压机挤压区域。挤压区域是由侧挡板等结构形成的相对密闭的挤压空间，确保物料尽可能多地被挤压。挤压物料所需的压力由液压系统提供，并施加在活动辊上。辊压机工作原理如图1所示。辊压机控制系统是辊压机的“大脑”，对辊压机的稳定运行至关重要，而自国内引进辊压机设备以来，辊压机控制系统多采用集中式布置结构，兼容性和扩展性较差，已难以满足辊压机发展需求。本文通过研究辊压机集中式布置控制系统，设计并开发了一种基于SIMATIC ET200SP分布式I/O的辊压机控制系统3-4，并通过对比分析该系统在具体项目的实施应用效果，验证了分布式I/O辊压机控制系统的优越性。2辊压机控制系统辊压机控制系统的主要控制内容如图2所示。辊压机控制系统通过检测与传感系统，实时采集现场的模拟量及开关量等信号，监测并判断辊压机实时运行状态，参与程序的逻辑控制，最终实现对主电机、主轴承及导轨板等干油润滑站、减速机稀油润滑站设备设施的启停控制以及液压系统的调节和连锁保护等。同时，辊压机控制系统还可通过通讯等方式将信号传输至上位系统，参与层连锁控制和保护等。2.1辊压机集中式布置控制系统目前，辊压机控制系统普遍采用集中式布置，主要由主控制柜、现场按钮箱及接线盒等组成，如图3所示。主控制柜内含PLC系统控制器、通讯模comprehensive functionality,and high reliability and safety.It has been successfully applied inmultiple projects.The actual application of a project shows that the installation cycle of the distributedI/O roller control system is about 60%shorter than expected,the construction investment is reducedby about 50%,and the cable usage is reduced by about 80%.The system operates stably and bringssignificant economic benefits.Key words:control system of roller press;centralized layout;field bus;distributed I/O;intelligent图1辊压机工作原理P图2辊压机控制系统的主要控制内容辊压机控制系统主电机传动系统减速机稀油润滑系统主轴承等干油润滑系统液压调节系统检测与传感系统与上位系统的数据传输及连锁控制自动化技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/5主控制柜检测及传感DCS柜硬接线硬接线触摸屏I/O模块辅机等电源模块PLC系统控制器通讯模块现场按钮箱现场接线盒温度电流压力位移仓位液压站稀油站干油站图3辊压机集中式布置控制系统主要组成78块、I/O模块、电源模块及触摸屏等。主控制柜与DCS系统之间可通过通讯方式传输信号，并实现相关的逻辑判断及连锁保护等。现场检测与传感设备以及辅机设备等的各种输入和输出信号，主要包括主电机绕组和前后轴承温度、主轴承温度、主电机电流、液压系统压力、活动辊左右位移及称重仓仓位等模拟量信号，以及液压站电磁阀、减速机稀油站及干油站等开关量控制及信号反馈等。现场检测与传感设备以及辅机设备均通过硬接线与现场接线盒及现场按钮箱连接，再通过硬接线与主控制柜中的PLC相应模块连接，以实现信号采集，并通过逻辑判断，控制设备启停和连锁保护等。触摸屏主要用于显示辊压机的运行状态及故障等信息，并对异常故障进行报警。但由于触摸屏和主控制柜均布置在电气室内，巡检人员很难及时查看辊压机的相关状态信息。现场按钮箱设置有控制按钮，便于切换主机及辅机的手/自动控制方式及调试操作液压系统等。虽然集中式布置方式能够实现对系统的集中控制、统一调度，但其兼容性和扩展性较差，当需增加控制内容时，现场改动量大、施工难度高、施工周期长。同时，随着对系统运行性能要求的提高，各类I/O信号不断增加，导致施工设计复杂，安装周期长、成本高、故障率高、维护困难等。主控制柜至现场的所有信号，均采用硬接线方式传输，桥架布置及线缆敷设施工量大、耗材多。电气室距现场相对较远，信号远距离传输时抗干扰能力较差。系统出现故障时，难以及时确认故障点。2.2基于分布式I/O系统的辊压机控制系统分布式I/O系统是一个可扩展的、高度灵活的系统，可将PLC系统的I/O控制站按机构或功能进行划分，以多个远程子站的形式分散布置在现场各个控制柜内，使之更接近仪表、传感器和执行器等，并应用现场总线传输各种信号，具有诸多优势。采用分布式I/O系统，现场不同功能单元设备可以相对独立开展安装等工作，仅用一条总线即可替代数量庞大的控制和信号线缆，并且可就近接线，减少安装工作量和工程建设时间，节省材料，降低成本。采用分布式I/O系统，可以减少潜在故障点，大幅降低故障率，避免信号因远距离传输导致产生干扰和不稳定性等，提高系统运行的稳定性，同时便于调试及维护。划分不同功能远程子站后，检修和维护更有针对性，可快速定位和排查故障点，也能快速诊断故障。SIMATIC ET200SP分布式I/O系统是一个高度灵活的可扩展分布式I/O系统，其通过现场总线，将过程信号连接到上一级控制器，功能全面，可使用多种CPU/接口模块连接到PROFINET I/O，整体性能较优。利用SIMATIC ET200SP分布式I/O系统建设的辊压机控制系统网络构成如图4所示，该控制系统包含主控制柜、现场I/O柜（含触摸屏）、稀油站及干油站控制柜等。主控制柜为主站，布置于电气室内，采用CPU1510SP（ET200SP CPU）作为主控制器，并配置I/O模块，用于完成主电机、液压泵、稀油站及干油站控制柜等的状态信号采集及控制信号输出等。现场I/O柜安装在辊压机附近，I/O柜面板上布置有辊压机备妥、报警和运行信号指示灯及急停按钮。柜内采用IM155-6PN接口模块，与主控制器连接，并配置有I/O信号模块，用于对现场主电机绕组及前后轴承温度、主轴承温度、活动辊左右侧位移、液压系统压力与称重仓仓位等模拟量信号进行采集，同时，用于对液压系统电磁阀等开关量状态信号进行采集以及控制信号输出等。另外，柜内安装有触摸屏，用于实现控制系统的人机交互操作。操作人员可通过触摸屏对辊压机的运行状态及报警故障等信息进行查看和处理，对辊压机一键启停及对辅传电机、液压泵与电磁阀等进行手动调试操作等。固定辊与活动辊稀油站及干油站控制柜，利用通讯线缆通过现场I/O柜内的工业交换机与主站进行连接，实现信号监测及逻辑控制。稀油站与干油站及液压系统的液压泵，与主站间仅需布置动力线缆即可。此种布置方式，实现了系统的强弱电分自动化技术2023年第5期79操作员站/DCSPROFINET工业交换机固定辊稀油站控制柜活动辊稀油站控制柜干油站控制柜现场 I/O 柜触摸屏PROFINETPROFINETPROFINETPROFINETPROFINET工业交换机PROFINET主控制柜PROFINET离，提高了设备操作的安全性。目前，基于分布式I/O系统的辊压机控制系统已在多个现场成功应用。在福建三明市某辊压机现场，该系统安装调试周期较预期缩短约60%，现场施工投入减少约50%，线缆使用量减少约80%，运行 9 个多月来，系统稳定安全可靠，经济效益显著。3结语现场实际应用表明，采用分布式I/O系统并应用现场总线技术的辊压机控制系统，较传统的集中式布置辊压机控制系统，具有明显优势。（1）提高了系统的可扩充性。便于后期在不影响其他I/O子站工作的前提下，增删I/O子站。（2）增强了系统的可靠性和安全性。基于分布式I/O系统的辊压机控制系统除部分驱动采用动力线缆外，其他信号均采用就近原则，利用通讯线缆进行采集。远距离传输信号采用工业以太网方式替代了繁杂的硬接线方式，极大地提高了信号的抗干扰能力和保真度，降低了信号采集和传输的故障率。（3）经济效益显著。主站与I/O子站间仅需一根动力线缆和一根通讯线缆，即可完成信号的传输和控制过程，减少了线缆、桥架等材料的使用，降低了运行成本。同时，各I/O子站间相对独立，施工及安装、接线工作可同步开展，缩减了项目的安装调试周期，降低了施工成本。参考文献：1 陈代彦.辊压机结构的优化与升级改造J.中国水泥，2020，（3）：92-94.2 蔡文举，韩修铭，潘旭，等.辊压机联合粉磨生产矿渣微粉的应用J.中国水泥，2017（4）：99-100.3 陈中华.基于总线控制的SIMATIC分布式I/O堆取料机电控系统的设计J.水泥工程，2022，（1）：66-67.4 栗承斌，马宁.应用现场总线的具有分布式I/O站的翻车机控制系统J.自动化技术与应用，2017，3（4）：111-115，147.图4基于分布式I/O系统的辊压机控制系统网络构成自动化技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/580