一>、引言
隧道窯是一種連續式窯爐，主要用於陶瓷建材、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匯流排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，易於用戶使用和操作。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。
下面以是EASY系列的PLC以及AD模塊成功應用於湖北黃岡“華窯集團中亞窯爐公司”隧道窯的控制系統為例，介紹其控制系統的實現過程。
二>、用戶資料
1、溫度控制區8組。
2、溫度顯示區10組。
3、熱電偶：18支。
其中： K分度11支
S分度7支
4、風機選型
排煙風機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。
助燃風機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。
急冷風機： 11kw 一開一備 （變頻）
抽熱風機： 15kw 一開一備 要星-三角啟動。
快冷風機： 7.5kw 一開一備 直接啟動。
軸流風機： 0.18kw 8台 直接啟動
5、安全連鎖。
開關量互鎖：必須是硬體互鎖和軟體互鎖。在設計時進一步落實工藝互鎖要求。
6、使用人機界面控制
現場設人機界面，所有操作均可在人機界面上完成；
面板按鈕與人機界面按鈕互為備份。（集中分散型控制）
7.關控制信息能傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。
計算機畫面應含有：現場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、並完成報表列印功能。
三>、解決方案
1.溫度採集部分
10支熱電偶，K、S兩種分度號。選用每路每路分度號均可設的CAN—1216溫度採集模塊。
2.溫度控制部分
18點溫度中，其中8點（設計時需指定）用來作溫度控制用。在這8點溫度控制中，其中7點是控制執行器閥位值，改變燃料注入量，從而使溫度穩定。另外一點是控制急冷變頻器輸出頻率，改變急冷風機運行速度，從而使急冷區溫度變化。其它因素由人工調整（如助燃風、燃氣壓力等）。
每個控溫度點佔用一路模擬量輸出，急冷變頻器佔用一路模擬量輸出，執行器採取開度定位方式。
因此溫度控制佔用：
8路模擬量（輸入、輸出）。
3.相關風機部分
①、排煙風機控制。
排煙風機一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制採用兩套獨立的星-三角控制，每套佔三個開關輸出點（主、星、三角），佔三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制佔用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
②助燃風機控制。
助燃風機一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制採用兩套獨立的星-三角控制，每套佔三個開關輸出點（主、星、三角），佔三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此排煙風機控制佔用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
③、急冷風機控制。
急冷風機快慢由變頻器調整，通過PLC內部PID運算輸出4-20mA標準信號，來控制變頻器的輸出頻率。同時在人機界面也可以實行手自動切換進行控制。因此急冷風機佔用：
5點開關輸入：急冷A啟動、急冷B啟動、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
2點開關輸出：（運行控制）*2。
1點模擬輸出：頻率調節（手自動調節）。
④、抽熱風機控制。
抽熱風機一用一備，二者邏輯上互鎖，但電氣控制採用兩套獨立的星-三角控制，每套佔三個開關輸出點（主、星、三角），佔三個開關輸入點（啟動、停止、故障），因此抽熱風機控制佔用：
6點開關輸入：（啟動、停止、故障）*2。
6點開關輸出：（主、星、三角）*2。
⑤、快冷風機控制。
快冷風機一開一備，直接輸出控制，因此佔用：
6點開關量輸入：（啟動、停止、故障）*2。
2點開關量輸出：（運行控制）*2。
⑥、軸流風機控制。
軸流風機：0.18kw 8台，直接輸出控制，因此佔用：
3點開關量輸入：啟動、停止、故障。
1點開關量輸出：運行控制。
⑦、安全連鎖。
開關量互鎖：必須的硬體互鎖和軟體互鎖。在設計時進一步落實工藝互鎖要求。
4、系統構架
據以上統計，有溫度採集8點；
開關量輸入：49點模擬量輸入：8點
開關量輸出；34點模擬量輸出；8點
故需選用：溫度採集模塊：CAN—AD1216 1台
溫度控制：EASY—M0808R—A0404NB 2台
風機控制部分採用：Easy-M1608R 2台
另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1台，用於拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4台
每塊CAN-AD1216：
有16路溫度輸入
有與CAN網連接的現場匯流排介面，以便於各採集模塊相連以及Easy系列的PLC相連組成網路。
每台Easy-M0808R-A0404NB：
有8點開關量輸入、8點開關量輸出。有4路模擬量輸入、4路模擬量輸出。
有與CAN網連接的現場匯流排介面，以便於各採集模塊相連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便於現場監示和操作。
有與計算相連的RS1串口，便於計算機記錄管理。
每台塊Easy-M2416R：
有24點開關量輸入、16點開關量輸出。
有與CAN網連接的現場匯流排介面，以便於各採集模塊相連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便於現場監示和操作。
有與計算相連的RS1串口，便於計算機記錄管理。
每台塊Easy-M1608R：
有16點開關量輸入、8點開關量輸出。
有與CAN網連接的現場匯流排介面，以便於各採集模塊相連。
有與通用人機界面相連的RS0串口，便於現場監示和操作。
有與計算相連的RS1串口，便於計算機記錄管理。
另外做主站的PLC（Easy-M1608R）1台，用於拖車部分的PLC（Easy-M1608R）4台
顯示控制的人機界面一台（10.4英寸，真彩色），用於監控的普通計算機一台。
其他電器部分：
變頻器，開關電源，空氣開關，接觸器，繼電器，按鈕，指示燈，報警器，櫃體。
其中控制部分的硬體價格為：
CAN-AD1216A一台價格為1680元
Easy-M2416R兩台價格為1680×2=3360元
Easy-M0808R-A0404NB兩台價格為1680×2=3360元
Easy-M1608R五台價格為1280×5=6400元
人機界面一台價格為12000元
總計價格為：26800元
四>、控制結構圖
控制結構圖
五>、PLC接線示意圖
1#從站接線示意圖
2#從站接線示意圖
3#從站接線示意圖
4#從站接線示意圖
註：其中主站與拖車部分（6#從站-9#從站）的PLC接線示意圖略
六>、系統功能的實現
1．所有的風機控制和電磁閥以及拖車都是由PLC的開關量控制。
下面是排煙風機A的星--三角控制程序的梯形圖程序：
2．模擬量溫度採集由一台AD1216採集。
3．所有的模擬量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，溫度由Easy-M0808R-A0404NB經過PID調節輸出（4-20mA給執行器和變頻器），控制執行器與變頻器從而控制窯爐的溫度；
下面是其中一路PID輸出控制執行器的梯形圖程序：
4．所有的控制設備組成了一個網路，整個CAN匯流排網路互聯由CANSET軟體來實現,它是圖形化界面的軟體,設置起來十分簡便,並且在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。CANSET軟體能很輕鬆方便的完成通訊設置。設置內容包括：網路設備總數、網路設備地址、網路通訊數據的內容、網路數據通訊速度等。它還能根據用戶的需要，靈活設置每個設備的任務級別，以保證網路資源的合理分配。處於下層網路的AD，以及從站PLC設備，遵循CANBUS協議的介面，能很方便的聯入CAN匯流排網路中，構成系統的主體。（CAN網路的數據線在300米以內都為最佳傳輸距離）
5．相關信息通過RS485網路傳到計算機，計算機只作信息管理用，不參與控制。
在計算機中包含有：現場模擬圖、溫度實時曲線圖、控制設定曲線圖、歷史趨勢曲線圖、並完成報表列印功能。其中在計算機中的各個曲線圖每隔2分鐘自動保存一次。
七、 人機界面操作說明
主畫面由四部份組成，上面是日期時間顯示與警報走馬燈及中英文切換按鈕。其中時間日期可以在“畫面四”中進行設置（一般情況下無須設置）。警報走馬燈顯示11颱風機的運行故障與燃氣超限（上下限）以及9個從站掉線顯示。當系統無故障時，報警走馬燈顯示設備運行正常。
中間是現場模擬圖， 從中可以觀測到現場設備及工藝運行的一些情況。包括11颱風機的運行指示燈，在運行時相應的指示燈的燈會變成綠色；主電磁閥以及各支電磁閥的開啟指示，當電磁閥開啟時其對應的指示燈的燈會變成綠色。
下面是11颱風機的啟動與停止按鈕以及主電磁閥的開與關按鈕，根據工藝及安全連鎖要求，只有排煙風機（A或B）啟動后才能啟動助燃風機（A或B），助燃風機啟動后（A或B）才能開啟總閥，總閥開啟后才能開啟各支電磁閥。以上各設備的連鎖要求依次是排煙風機——助燃風機——總閥——各支電磁閥。在沒有啟動前級設備的情況下是不會啟動后級設備的，反之如果停止了前級設備，后級設備也相應的自動停止。上述各設備之間的啟動順序在程序上進行了連鎖，同時在硬體配線上也進行了連鎖。
底部是四個換面按鈕與警報解除按鈕以及按鍵鎖按鈕，按壓各個換畫面按鈕可以進入其對應的子畫面。“警報解除”按鈕是一個交替型按鈕，按壓“警報解除”按鈕可以解除發生故障時的聲光報警輸出，它只能暫時解除當前的聲光報警，報警走馬燈上還會顯示相應的故障，如果故障沒有排除，在下次PLC啟動運行時還會發出聲光報警。“按鍵有效”按鈕是一個交替型按鈕，“按鈕無效”鍵是為了保護界面按鈕不被誤按而設置的，當“按鈕無效”時，按壓風機啟停按鍵及總閥按鈕是不會產生動作的。
此畫面是溫度與急冷變頻器手自動調節畫面，按溫度對應的“自動”按鍵變為“手動”時，此時可以人為的“+”與“-”調節輸出閥位值，當按一下“+”或“-”時，閥位值“增加”或“減少”1.25。當手自動調節為“自動”時，閥位值輸出由PLC的PID程序控制輸出。按急冷控制下面的“自動”按鍵變為“手動”時，通過的“增速”和“減速”鍵調節輸出閥位值，從而改變變頻器的頻率輸出來控制急冷風機的運行速度。當按一下“增速”或“減速”時，閥位值“增加”或“減少”1.25。當手自動調節為“自動”時，變頻器的頻率由PLC的PID程序控制輸出。
在此畫面中的溫度給定與實測溫度都是不能改變的，都只是數值顯示。
按壓返回按鈕返回主畫面。
故障信息顯示有三部分組成，分別是當前警報表，歷史警報表，和在主畫面中的警報走馬燈組成。如果有故障發生首先在警報走馬燈上會有指示，這時打開故障信息畫面在當前故障表中有關於此故障的詳細說明。待排除故障后，當前警報信息會自動消失，但在歷史警報表中會有記錄，當前故障顯示裡面記錄20條故障信息，其中運行正常也放進了故障顯示裡面。當前故障顯示與歷史故障顯示裡面最多分別能夠存儲1000故障信息。當有1001條故障信息發生時，系統會自動刪除第一條信息。但在計算機上面還會保存這些故障信息。在當前故障顯示與歷史故障顯示裡面能夠顯示發生故障的詳細時間。
按壓返回按鈕返回主畫面。
此畫面顯示的是PLC 8組PID運算所需要的參數設置值，這些值按照現場工藝要求一經設置好后不許改動。它由密碼進行保護，只有持有密碼者才可以打開畫面進去修改。“設定日期時間”是一個設值按鈕，可以設置時間日期。其中上限值與下限值最大值限定在100以內，在設定時，上限值應該大於下限值，閥位開度顯示值為“0-100”，當閥位開度為“0”時，PLC輸出電流實際值為4mA，當閥位開度為“50”時，PLC輸出電流實際值為12mA。當閥位開度為“100”時，PLC輸出電流實際值為20mA。按壓返回按鈕返回主畫面。
此畫面是溫度實時曲線，溫度實時曲線由兩條曲線組成，紅色為實測值曲線，藍色為設定值曲線。橫坐標表示溫度點，縱坐標表示溫度值。按壓採樣周期設定按鈕可以設置採樣周期，採樣周期設定按鈕其實是設置曲線的更新時間。
