陈宝江

（广西春茂电气自动化工程有限公司，广西 南宁530000）

废沙为铸造固体废弃物的主要成份，约占70%.废沙的回收利用，不仅能提高资源的利用率，降低生产的成本，而且非常有利于环境保护。实践证明，废沙通过搓磨、除杂、高温焙烧等工艺完全可以实现再生。

西门子S7-300 PLC为西门子公司中型PLC，其具有运行可靠性高、组合灵活、功能强大和维护方便等优点，在工业自动化生产领域中的应用非常广泛[1]。TP1200属于西门子新一代HMI精致面板系列产品，精致面板系列产品具有分辨率高、多种下载方式、组态更方便、性价比更高等优点。通过对工艺及设备的分析，选择西门子S7-300 PLC作为生产线的核心控制器，选用西门子TP1200触摸屏为主要监控设备，基于TIA平台开发出设计相应的控制软件，TIA开发平台具有界面友好、操作方便、组态效率高等优点，十分有利于系统设计及缩短工程周期[2]。

1 工艺及主要设备简介

铸造废沙回收再生生产线主要工艺流程为：前处理区废沙、滤芯入料破碎、搓磨磁选除杂高温焙烧冷却再生。主要的工艺设备有圆磨破碎机、主线筛、磁选机、焙烧炉、沸腾冷却床、沙库等。

根据工艺及设备的分布，将整个生产线划分为废沙入料段、焙烧给料段、焙烧再生段。废沙入料段主要功能：将废沙、滤芯磨细除掉粗杂质，并放入废沙库；焙烧给料段主要功能：将已破碎磨细的废沙，通过直线筛、振动筛、磁选机等设备将杂质清楚干净，再送入焙烧炉。焙烧再生段主要功能：将废沙进行高温焙烧再生。其中焙烧再生为正生产线的核心工艺，焙烧炉内的温度直接影响再生沙的品质。焙烧炉主要靠燃烧天然气来升温，一共配有四套烧嘴，每套烧嘴均配有烧嘴控制器及阀门组件。

2 控制系统组成及主要功能

该生产线控制系统由控制柜及现场设备（如：接近开、热电偶、压力变送器、电磁阀、烧嘴控制器、烧嘴等）组成。控制柜主要完成现场设备信号采集、处理，实时动态显示生产线的实际运行状态，通过逻辑运算控制现场设备运行，诊断现场设备的运行状态，自动生成故障报警信息，归档生产数据，自动生成生产报表，同时提供曲线功能。

2.1 系统总体设计及任务规划

通过分析工艺的要求，设计了工艺控制流程图；编写了控制方案书，细化控制任务；分析主要设备功能，根据要求设计相应的电气控制原理图；根据电气控制需求选择PLC系统的IO模块并进行硬件组态，编写控制程序；根据实际生产线布局及操作需求，设计HMI画面；单体设备调试，系统联调，优化控制程序；总结及整理项目存档资料。

2.1.1 系统工艺

根据客户提供的资料，对铸造废沙回收再生产线的工艺进行深入的分析，对生产设备功能进行深入的了解，经过与客户共同仔细的研究、讨论，最终确定整个产线的生产工艺流程。最终制定的工艺流程如图1所示。

图1 铸造废沙回收再生产线工艺流程图

2.1.2 主要设备功能及控制

根据设备功能及控制任务，选择相应的控制方案，并设计电气控制原理图，主要设备及控制任务如表1.

表1 主要设备一览表

2.1.3 整体控制方案设计

深入分析生产工艺流程图以及主要设备的控制任务及联锁关系，选择将整个生产线分段管理的控制方案。根据实际情况将产线划分为废沙入料段、焙烧给料段、焙烧再生段。根据生产线控制要求，PLC做为核心控制器完全满足生产线控制要求。根据设备的控制任务及动作的特点，选择相应的传感器，并详细列出详细的I/O需求表，如表2系统I/O需求表，并设计相应的系统结构图，如图2系统结构图。

表2 控制系统IO需求表

图2 系统结构图

2.2 PLC系统硬件配置

根据对工艺及设备的分析，选用S7-300系列PLC中的S7-315 2PN/DP CPU作为核心控制器，S7-315 2PN/DP CPU集成有PROFIBUS DP接口及PROFINET接口，无需添加硬件就可以实现PROFIBUS DP、PROFINET通讯[3]。根据控制系统IO需要，系统硬件配置如表3所示，并设PLC系统电气控制原理图。

表3 控制系统硬件配置表

2.3 系统主要控制功能

控制系统软件分为PLC程序和HMI监控系统软件两部分，采用西门子TIA V13软件进行编程，PLC程序主要实现对现场设备控制、信号采集处理、故障诊断及报警输出。HMI监控软件主要实现实时监控现场设备、显示生产数据、实时显示报警信息、归档和存储生产线数据。系统控制流程如图3所示。

图3 系统控制流程图

2.3.1 物料控制

物料控制为产线基础控制功能，物料控制的依据是实时料位信号，沙库的料位信号由料位器检测；焙烧炉内料位采用差压变送器检测。根据料位信号调整产线的运行状态，通过改变变频器运行速度，调整焙烧炉进沙出沙速度，保证产线在最高效率下运行。如图4所示。

图4 焙烧炉料位控制功能图

2.3.2 炉温控制

炉温控制为整个产线控制的核心功能，炉温直接影响再生沙的品质。使用四个热电偶对炉内温度进行检测，采用四个热电偶的平均值为当前的平均炉温，将平均炉温与设定炉温进行PID运算，PID运算结果通过PROFIBUS DP传送到烧嘴控制器，烧嘴控制器根据控制系统的给定量，调节燃气阀的开度，从而控制烧嘴火的大小，实现对炉内温度的控制。如图5所示。

图5 炉温控制功能图

2.3.3 实时监控

该系统采用TP1200面板配2GB的数据存储卡，实时动态显示生产线运行状况及归档存储运行的数据。HMI软件使用TIA V13编程开发，HMI的主要功能有实时动态显示生产线设备运行状态、提供操作员操作设备的接口、设备故障报警信息提示、运行数据的归档存储。

3 实施效果

本项目已于2018年4月28日顺利投产，运行稳定，操作方便，功能丰富，产品质量极高，得到了客户非常高的评价，为后续的合作打下了坚实的基础。该生产线所达到的技术指标如表4（热法焙烧再生生产线达到技术指标统计表）。

表4 热法焙烧再生生产线达到技术指标统计表

4 结束语

采用西门子TIA平台软件，开发S7-300 PLC控制系统项目，PLC程序与HMI程序融合程度非常高，变量连接方便快捷，且不容易出错。同时TIA平台有十分强大的帮助系统，有助于提高编程调试的效率，缩短系统开发的时间。