基于西门子S7-200的空气炮电磁阀组控制箱的设计与开发

陈 刚 张意舒（合肥水泥研究设计院，安徽合肥 230051）

基于西门子S7-200的空气炮电磁阀组控制箱的设计与开发

陈 刚 张意舒
（合肥水泥研究设计院，安徽合肥 230051）

如今窑尾循环吹堵，窑尾空气炮，窑头空气炮组，生料库、水泥库均化，已经成为确保大规模水泥生产线必不可少的重要组成部分，但控制吹堵、均化和空气炮的电磁阀，数量众多，如果所有控制点全部进入生产线DCS系统势必浪费大量I/O点数，并增加了整个系统的成本和故障率，针对于此，本文将介绍如何利用西门子S7-200控制器，开发一种低成本，高效率的，高可靠性，高通用性的电磁阀组控制箱，以解决以上问题。

S7-200；空气炮；电磁阀组

1.电磁阀组说明

窑尾循环吹堵，窑尾空气炮，窑头空气炮组，生料库、水泥库均化这些工艺设备，看似各不相同，但最终控制其的电气设备，却是一样——电磁阀。电磁阀一般来说分为380V和220V供电的两种，其送入DCS的点一般为1个DO点，或1个DO+2个DI，但一般国内水泥生产线的窑尾循环吹堵，窑尾空气炮，窑头空气炮组，生料库、水泥库均化这些子项，使用一个DO点控制即可。

而把功能相近，进行类似规律的动作（如定时开关、循环开关等）的电磁阀分成一个个组，称之为电磁阀组。

2.电气部分的设计

确定了电磁阀组，我们便可以开始电气部分设计，暂定电磁阀为220V供电，加上PLC所需要的备妥信号，已经要求DCS系统也能够单独驱动电磁阀，我们设计的控制箱主要部分电气原理图如图1。

图1 电气原理图主要部分

3. PLC程序的开发

3.1 控制要求

窑尾空气炮根据工艺流程，主要要求每隔一段时间，自动由预热器从下而上，定时循环释放。整个释放一次的时间，要能设定，每个空气炮之间释放的间隔时间需要能够设定。单个空气炮也要求能够单独释放。

3.2 计算点数和优化

以5000吨熟料生产线窑尾空气炮电磁阀为例，我们则可以将窑尾空气炮电磁阀，分为左列预热器10只空气炮电磁阀一组，右列预热器10只空气炮电磁阀一组，烟室和其他部分8只空气炮电磁阀一组，共三组。

三组28只电磁阀，我们都按只有DO点的计算，加上总的备妥点，每一个组的运行、故障、启停点，以及备用的点数，我们可以得出如下点数：

备妥（来自继电器）：1个DI点

启动1组（来自DCS）：1个DI点启动2组（来自DCS）：1个DI点启动3组（来自DCS）：1个DI点

备妥（送中控和箱体显示）1个DO点

运行（送中控和箱体显示）：3个 DO点

单个电磁阀驱动（发向电磁阀）：28个DO点

单个电磁阀驱动（来自DCS）：28个DI点

注：来自DCS的单个电磁阀的驱动，考虑到节约DCS成本，我们一般建议取消，如果业主坚持要求，我们再电气回路设计时，已经考虑到，和S7-200的驱动成“或”的关系，即可实现。故此28个DI点可以取消，如果取消，电气原理图中的“远程模式”按钮、DCS驱动节点也应相应取消。

综上所述，本系统共有DI点4个，DO点32个。

再考虑到备用的点数，和S7-200CPU自带点数和模块点数的配合，最终我们确定DO34点（其中CPU自带10点+3块8点DO模块[1]），DI14点（CPU自带的14点）。

硬件配置中只得注意的，考虑到以后维护更换方便，建议使用晶体管输出的CPU和模块，但相应会增加一些继电器成本。

3.3 程序的编制

S7-200程序编制使用西门子编程软件STEP7MICRWIN

1）定义如下变量

变量名称：T1 变量类型：time 说明：一次大循环间隔时间

变量名称：T2 变量类型：time 说明：每个开启间隔时间

变量名称：D1～D30 变量类型：bool 说明：单个电磁阀驱动（其中D29，D30为备用）

变量名称：R 变量类型：bool 说明：备妥

变量名称：S1～S3 变量类型：bool 说明：1～3组运行信号

变量名称：DCS1～DCS3 变量类型：bool 说明：来自DCS的组起驱动信号2）自动循环运行的程序：

程序说明：首先要求有备妥R的情况下，才能启动，启动分为两种方式，组启和单启。

组起方式，空气炮电磁阀按顺序，间隔T2时间依次开启；所有电磁阀完全开启一遍算一次大循环，大循环间隔T1时间再次循环。

单启方式，只要命令发出，立刻开启对应的电磁阀。

注意：两种启动方式并不冲突，不需要切换。也就是说组起方式时，也可以随时单启某一电磁阀。

启动方式，控制原理弄清楚，相信程序编制是很简单的事情了，西门子S7-200使用的基本梯形图编程，相信有编程基础的人都能够完成，在此，作者在此不再详细记录程序。

4. 实际使用效果

根据我院最近设计的5000吨生产线和几条粉磨站的使用情况，效果非常好，整个子系统在中控发出启动命令后，自动运行良好，根本不需要操作员人工干涉，得到了业主电气DCS维护人员的一致好评。

5. 总结电磁阀组控制箱结构简单，应用范围广泛，对于水泥行业，在窑尾吹堵，窑尾喷水，窑头喷水，生料库均化，水泥库均化等，电磁阀组控制箱都可以广泛应用。本文仅以窑尾空气炮为例，介绍了一种电磁阀组控制箱的设计和开发，希望给广大产品设计开发人员和水泥生产线维护调试人员以启示和帮助。

[1]《SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册》 03/2000 版本 02 作者：SIEMENS公司

[2]尹维生,汪涛,李岩. 西门子S7-200系列PLC在碎矿系统中的应用[J]. 吉林化工学院学报. 2010(04)

[3]史映红,周志海. 西门子S7-200PLC在机械手中控制的应用研究[J]. 煤矿机械. 2010(12)

[4]周斌.PLC在X62W卧式万能铣床电气控制系统改造中的应用[J]. 机电工程技术. 2009(01)

TQ172

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1007-6344（2016）04-0007-02

陈刚，男，本科，高级工程师