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西门子在上海宝同粉煤灰系统中的应用

 摘要:本文主要以粉煤灰输送系统应用为例,其中用到了WINCC、S7200、440变频器,其中用了S7200的USS协议与变频器的通讯,WINCC与S7-200的PROFIBUS-DP通讯,S7-200间的PPI通讯。
  关键词:USS ,WINCC与S7200,PPI,PROFIBUS,通讯
 
项目简介
 实施地点:上海,建设单位:上海宝同实业有限公司
行业背景:分级、分选粉煤灰是实现粉煤灰资源化的关键,是有效利用各粒级特性的重要技术措施。粉煤灰的气力分级和分选涉及到粉体的输送、分级、收集、除尘等气—固两相流的多项粉体技术,其规模庞大、需与生产在线配套,分选生产的粉煤灰产品质量又要达到一定的工程指标,使分选工程带来相当难度。因此,设计和选用先进的分级设备和自动控制系统是这一技术的关键。
项目的大致控制的设备:
1、分级机:
型    号:            SFX-I-40
数    量:            1套
出    力:            40t/h  超负荷能力不低于15%
电机功率:           15KW
分级效率:            ≥80%
气流速度:            17.0~25m/s;
锁气阀卸料出力:      30t/h
电机功率:            2.2kw
防护等级:            IP44
灰气比:             0.7-0.9KG/KG
整机重量:            5100kg
整机寿命:           ≥50000h
分选机磨损件寿命:   ≥25000h
结构材料:主轴40Cr,叶轮叶片16Mn,分选机入口粘贴TMC-PS陶瓷耐磨片。
2、旋风分离器:
型    号:             SXF-I-40
数    量:             2台
效    率:             ≥95%
锁气阀卸料出力:       25t/h
电机功率:             2.2KW
防护等级:             IP44
整机重量:             1700kg×2
3、耐磨分选风机
型号:                 TM9-26
数量:                  1套
风量:                 45000~57000  m3/h
风压:                  11000~12100  Pa
风机转速:             1450   r/min
风机总重:             2110  kg  (未含电机重量) 
风机叶轮材质:         16Mn                          
电动机型号:           Y355M2-4
额定功率:              250kw
额定电压:              380V
额定电流:             461  A
额定转速:             1485 r/min
防护等级:             IP55 
绝缘等级:             F级(温升按B级)    
冷却方式:             空冷式 
轴承冷却方式:         空冷       
电动机总重:           2100  kg
排入飞灰库的含尘空气量:2600  m3/h
4、调速型电动锁气给料机
型号:                 YDJ-E-26
数量:                 2套
出力:                 40t/h
功率:                 2.2  kW
5、GSB输送泵
型号:                 GSB150-20
数量:                 2台
出力:                 20~25t/h
6、罗茨鼓风机(输送用)
型号:                 ARD-145
数量:                 1台
功率:                 45KW
气量:                 24.1m3 /min
气压:                 58.8KPa
转速:                 1750rpm
7、软启动器
型   号:              PSTB470/250KW
数    量:             1台
电压范围:             200~690V
8、变频器
型   号:              MM440
数    量:             2台
功    率:             2.5/15KW
接    口:             485通讯接口


系统工艺主要流程图
系统的简要工艺:
粉煤灰原灰由灰斗经输灰系统进入1#原灰库,再经下料器均匀进入混合器,在高压离心风机的作用下与空气充分分散混合后进入分选机。分选机内涡轮旋转产生高速旋流,在分选机下部还配有二次风调节阀,按原灰品质调整涡轮转速与二次风量,可借离心力与拖拽力的平衡以达到最合适的粉料粒径与收取率。分级后的粗颗粒自分选机下部锥斗经锁气器进入2#粗灰库中,分离出来的细灰则从分选取机上部出口随负压风抽入在细灰库顶的旋风分离器,旋风分离器每套两台一组,对称并列,在旋风分离器内灰气分离,分离出来的细灰(即分选成品灰)从旋风分离器下部出口往电动锁气器进入5#细灰库。3#细灰库和4#细灰库,作为5#细灰库的补充(图上未显),当5#细灰库料位高时,用户可选择通过一台罗茨鼓风机把5#细灰库的细灰往3#、4#细灰库分别输送。


在这套系统之后,笔者又采用了PC ACCESS作为接口软件 ,实现了WINCC与S7-200的通讯,于是上面的系统结构又可以改进为:(方案二)


其中的CP5611可用PC/PPI电缆代替,或者采用下表的硬件和相应的协议来实现,WINCC面对的只是PC Acess,而PC Access所支持的协议如下,所以下表中的硬件都可以采用。
PPI(通过RS-232PPI和USB/PPI电缆)
MPI(通过相关的CP卡)
Profibus-DP(通过CP卡)
S7协议(以太网)
Modems(内部的或外部的,使用TAPI 驱动器)
使用方案二的特点:
通信速度比较慢,依赖于PC Acess 软件,扩展不方便。
所有协议允许同时有8个PLC连接
一个PLC通信口允许有4个PC机的连接,其中一个连接预留给Micro/WIN
PC Access与Micro/WIN可以同时访问CPU
支持S7-200所有内存数据类型
而方案一
传送数据区域有限(最大64字节),在PLC中也必须进行相应的处理,且硬件成本高,需要的CP5611、EM277 Profibus-DP、Profibus总线等硬件,还需要配置虚拟PC STATION,较方案二而言,方案一的数据传输速度,扩展性(最大能扩展99个EM277),实时性都比方案二要好。
组态系统流程主画面


 分选系统参数及控制


 (分选机和给料机的返回代码注释)
分选机与给料机采用USS协议与PLC通讯,而这两台设备在这套系统中的起着关键的作用,特设代码反馈给上位机,第一时间给系统维护人员第一手资料,迅速的排除变频器通讯这方面的故障,下面是代码的说明:
0  无错。
1  驱动器不应答。
2  检测到来自驱动器的应答中检验和错误。
3  检测到来自驱动器的应答中校验错误。
4  来自用户程序的干扰造成错误。
5  尝试非法命令。
6  提供非法驱动器地址。
7  未为USS协议设置通讯端口。
8  通讯端口正在忙于处理指令。
9  驱动器速度输入超出范围。
10 驱动器应答长度不正确。
11 驱动器应答第一个字符不正确。
12 驱动器应答中的字符长度不受USS指令支持。
13 错误的驱动器应答。
14 提供的DB_Ptr地址不正确。
15 提供的参数号不正确。
16 选择了无效协议。
17 USS激活,不允许改动。
18 指定了非法波特率。
19 无通讯:驱动器未设为激活。
20 驱动器应答中的参数或数值不正确或包含错误代码。
21 返回一个双字数值,而不是请求的字数值。
22 返回一个字数值,而不是请求的双字数值。
  辅助设备:渣库设备的控制和状态显示


辅助设备:灰库设备的控制和状态显示


设备启停顺序表:


系统控制原理:
从原灰库取灰,启动变频给料机,并给出一定的频率,原灰进入分选系统气灰混合器。气灰在气灰混合器内充分混合后,在系统负压风的作用下,被及入安装在粗灰库顶的预处理器,10%左右的粗灰在此沉降进入粗灰库,其余原灰从预处理器上部出口进入分选机,粗细灰在此分离,分离出来的粗灰由分选机下部出口往给料机进入粗灰库;分离出来的细灰则从分选取机上部出口随负压风抽入在细灰库顶的旋风分离器,旋风分离器每套两台一组,对称并列,在旋风分离器内灰气分离,分离出来的细灰(即分选成品灰)从旋风分离器下部出口往电动锁气器进入细灰库。灰气则从旋风分离器下部出口往回到气灰混合器,形成负压闭路特环。
控制系统完成的功能
1)分选机涡轮转速可通过变频器对分级机电机实现无级调速;
2)系统风量可通过高压离心风机进口调节风门进行调节;
3)可通过分级机的二次风门进行调节;
4)可通过系统设置的调节门进行调节;
5)下灰给料机进行变频调节。
系统在正常运行时,只需通过对变频器数字调节,即可确保成品灰细度(45μm方孔筛筛余)达到在3~25%范围内的任意粒级要求。
  分选控制系统现具有以下功能:
1)计算机UPS断电保护
2)支持PROFIBUS-DP通信协议,通过此协议可将设备延伸到工业级全自动化通信网PROFIBUS中。
3)变频器通信控制系统的可扩展性。
4)全自动程控运行、远方软操、就地手操
5)分选机与给料机变频器的制控、频率设定、频率输出显示
6)主风机的电流、电压上位机中显示
7)对异常或事故状态下通过声光报警显示,并相应处理。
8)主要设备的运行状态上位机显示
9)灰库的料位时时显示
10)完整、清晰的煤灰工艺流向显示
  结束语
本系统施工单位:长沙德比粉煤灰工程设备有限公司,建设单位:上海宝同实业有限公司,从2005年11月施工到2006年5月峻工,我公司协同德比公司全面完成上海宝同粉煤灰工程的自动化控制系统的设计、调试、试运行工作,无论是从系统工艺、还是自动化控制,都受到了业主的一致好评,并顺利通过验收,现已投产使用。本次系统工艺和设备均由长沙德比粉煤灰工程设备公司提供,电气设计和设备调试由我公司(长沙易控工业自动化有限公司)李红、李先念、章武新完成,系统调试过程中得到了德比公司和宝同实业的大力支持,在此表示感谢!