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【摘 要】 本文以北方重工集团双进双出磨煤机系统为研究对象，根据双进双出磨煤机的结构和工作原理，分析并得到双进双出磨煤机的控制工艺要求，确定采用PLC和现场总线相结合的控制方法，按工艺要求设计了控制系统。控制系统以西门子公司的S7-300系列PLC为网络主站，控制双进双出磨煤机的重要部件，如润滑站、喷射站、减速机油站、分离器、大齿轮密封风机、慢传电机等。通过PLC控制程序的编写及人机界面的画面的设计，完成了整个控制系统的设计和制造。
【关键词】 双进双出磨煤机；可编程控制器；设计；调试
1 双进双出磨煤机结构及工作原理
1.1双进双出磨煤机的主要结构
双进双出磨煤机本体部分由筒体转动部、主轴承、大小齿轮传动部、分离器、螺旋输送装置、隔音罩、混料箱、主电机、主减速机等组成，辅助设备主要有密封风装置、慢速传动系统、高低压润滑油站、大齿轮喷射润滑系统，压差和电耳测料位系统、电气控制系统、自动加球装置等。
双进双出磨煤机结构如图1.1所示。
1.2双进双出磨煤机的工作原理
双进双出磨煤机具有两个完全对称的粉磨回路，其工作原理如下：
原煤通过能自动控制速度的给煤机进入落煤管，靠重力的作用落入输送装置的下方，被旋转的绞笼送入磨煤机的筒体，旋转的筒体内装有一定量的钢球，把原煤研磨成煤粉。一次风从磨煤机两侧的中空管进入磨煤机的筒体，对原煤和煤粉进行干燥，并将磨制好的煤粉通过绞笼体的环形通道输送到磨煤机上方的分离器中，不合格的粗煤粉返回筒体内重新粉磨，合格的细粉被送到锅炉的燃烧器。部分一次风进入混料箱，对原煤进行充分预干燥后进入磨煤机分离器，与入磨一次风混合，共同完成对煤粉的进一步干燥和输送.
2 双进双出磨煤机控制系统选择
2.1双进双出磨煤机的控制工艺要求
2.1.1磨煤机主电机工艺控制要求
磨煤机主电机的启动和停止由中央控制室控制高壓开关柜来实现。通常主电机选用电压等级10000V、功率200-2000kW的三相异步电动机。主电机的轴承、定子等关键部位设有PT100铂热电阻测温元件，当温度达到设定值时发出一般报警信号，当温度继续升高时发出严重报警的停机信号。磨煤机各个设备都备妥后，主电机方可启动。
2.1.2润滑站的工艺控制要求
润滑站油箱内油池温度应保持在30-35℃，油箱温度在此范围内，方可启动低压油泵。若油箱温度低于30℃，启动电加热器，当油箱温度上升到35℃时，电加热器自动关闭。
当油箱温度满足条件后，首先开启一台低压油泵，低压油泵运行60秒且出口油压≥0.15MPa时，同时启动两台高压油泵，正常运行后并具备以下条件：
（1）低压油出口油压≥0.15MPa；
（2）高压油出口油压≥25MPa；
（3）液位正常；
（4）过滤器压差正常；
（5）出口油温正常；
当上述条件满足时，主电机启动的润滑站部分条件具备，主电机可启动。当主电机运行3分钟即高压油形成油膜后，高压油泵停止运行，低压油泵继续运行保持润滑状态。当主电机停止后，高压油泵再次自动启动运行，3分钟后停止，低压油泵在主电机停止5分钟后停止，整个润滑过程结束。慢传电机运行时，至少一台低压油泵和两台高压油泵同时运行。
运行期间监控：磨煤机运行时，当润滑站供油温度（测量点在润滑站出口供油管路上）升到45℃时，电磁水阀自动开启，冷却水投运，供油温度≤38℃时，冷却水电磁水阀关闭。运行时监控点有：
（1）润滑站油箱液位；
（2）润滑站供油管路流量；
（3）润滑站出口油压；
（4）润滑站过滤器前后压差；
一台低压油泵运行过程中，当低压油出口压力≤0.15MPa时，另一台备用油泵启动。当低压油出口压力≥0.25MPa时，备用油泵停止运行。当运行中的低压油泵因故障停止运行时，另一台备用的低压油泵随即启动。当低压油出口压力≤0.1MPa时，发出停止主电机信号，同时低压油泵停止运行。
2.1.3喷射站的工艺控制要求
喷射站所用油为高粘度润滑油，正常工作油温为30-35℃。当油温低于30℃时，喷射站电加热器启动，当油温达到35℃时，电加热器自动关闭。当高低压润滑站中任意一台低压油泵运行时，由PLC控制的空气压缩机的气泵电机自动运行，直至贮气罐内的压力大于0.7MPa时喷射气泵停止运行，当贮气罐内的压力小于0.4MPa时喷射气泵电机便自动运行，贮气罐内的压力始终维持在0.7MPa。喷射油泵随主电机的启动而间歇启动，每半小时运行一次。当喷射系统运行时，喷射电磁阀首先打开，用压缩空气的高速气流将大齿轮齿面清理一遍，5秒钟后，喷射油泵启动，并向喷射板供油，润滑油在喷嘴中与压缩空气混合雾化后喷向大齿轮齿面，喷油时间为20秒钟，20秒后喷射油泵电机自动停止，再5秒后，喷射气阀关闭，喷射系统完成一个工作周期。30分钟后开始下一个工作周期。主电机停止运行后，喷射系统停止工作。
2.1.4减速机润滑油站的工艺控制要求
减速机的润滑油站采用自循环方式，润滑油的正常工作温度为30-35℃，当油箱温度低于30℃时，加热器开启，当油温达到35℃，加热器停止运行。当油温高于42℃时，冷却系统开启，当油温低于38℃时，冷却系统关闭。油泵电机与高低压润滑油站低压油泵电机同启同停。当供油压力≤0.07MPa时，发出油压低的一般报警信号，当供油压力≤0.05MPa时，发出油压超低的严重报警信号，同时停止油泵电机，以防损坏减速机及主电机。当油温升至50℃时发出一般报警，油温升至55℃时发出严重报警并停止油泵电机。减速机润滑油泵电机停止后需停止减速机及主电机。 2.2 PLC及人机界面（HMI）选择
PLC是专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。PLC于1969年诞生在美国。经过几十年的发展，PLC以其抗扰性强、体积小、扩展能力强、安装简单等特点，广泛应用于各行各业，目前已成为工厂自动化的三大支柱之一。
在PLC出现前，继电器硬接线电路是顺序、逻辑控制的唯一执行者。PLC出现后，几乎在所有方面都超越继电器控制系统。PLC相比于传统的继电器控制，有着如下优点：
（1）由半导体电路实现控制，指令执行时间短，响应时间快。
（2）无触点，使用寿命长，有自诊断功能。
（3）体积小、接线少、控制灵活。
（4）施工与程序设计可同时进行，周期短。
基于以上原因，本控制系统采用PLC控制方式。
2.2.1 PLC选择
选择PLC最重要的指标就是输入/输出（I/O）点数和存储容量，其他指标还包括扫描速度、寄存器、指令系統、扩展能力等等。PLC按I/O点容量可分为以下三种：
（1）小型PLC。小型PLC的I/O点数一般在128点以下。
（2）中型PLC。中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256～1024点之间。
（3）大型PLC。一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。
根据双进双出磨煤机控制工艺的要求，确定PLC的输入/输出（I/O）点数大约在400点左右，存储容量大约1000步。因此决定选用中型PLC。
选择PLC，品牌也是一个比较关键的因素。目前95%以上的PLC市场被国外品牌所占领，主要品牌有德国的西门子（SIEMENS），法国的施耐德（Schneider），奥地利的贝加莱（B&R），日本的三菱（MITSUBISHI）、日立（HITACHI）、松下（Panasonic），美国的通用电气（GE）、罗克韦尔（Rockwell）等。而中大型PLC主要以欧美品牌为主。
德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商之一，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的SIMATIC S3系列控制系统。最新的SIMATIC产品为S7系列。目前，SIMATIC S7系列产品分为：通用逻辑模块（LOGO！）、S7-200PLC、S7-1200PLC、S7-300PLC和S7-400PLC5个系列产品[22]。目前，SIMATICS7系列PLC在国内外占有相当大的市场，服务网络遍布全球。德国的西门子（SIEMENS）公司也是较早进入中国市场的外资企业，国内很多公司也长期使用SIMATIC系列PLC。
基于以上原因，决定选择SIMATICS7系列的中型PLC，即SIMATICS7-300系列PLC。
2.2.2 HMI选择
HMI（Human Machine Interface），即人机界面，它是一种集信息处理、数据通信、远程控制功能于一体的，可以连接PLC、变频器、调整器、仪器仪表等各种工业设备，用单色或彩色显示屏显示相关信息，通过触摸屏、键盘、鼠标输入工作参数或操作命令，以实现人机交互的工业设备。
人机界面设备可以取代大部分的传统控制面板，可以节省PLC的I/O点数、大量按钮开关、数字设定及指示灯、显示仪表等装置，并且能明确显示重要的信息。在双进双出磨煤机控制系统中，所需控制的电机众多，大量温度、压力等运行参数需要显示，因此决定在控制系统中选用人机界面。
HMI是人与过程（机器/设备）之间的接口，PLC是控制过程的实际单元，因此二者之间存在着接口，通常情况下两者之间通过RS485接口相连接。由于RS485接口需使用PROFIBUS-DP等协议进行通讯组态等数据传输，因此使用同一家公司的PLC和HMI更加方便。
西门子公司有品种丰富的人机界面产品，如触摸面板（TP）、操作员面板（OP）、多功能面板（MP）等。双进双出磨煤机控制系统需使用大量的启停、显示等参数，因此决定选择能满足大多数工业现场需求的多功能面板MP系列。
3 双进双出磨煤机控制系统设计
3.1控制系统总体方案
双进双出磨煤机控制系统主要控制除主电机外的其他低压设备，因此需首先计算装机容量，以便对PLC等主要设备进行初步选型。双进双出磨煤机除主电机外，共控制电机类设备17台，总装机容量大约110KW。
双进双出磨煤机控制系统由4个控制柜及若干控制箱组成。其中G1柜、G2柜、G3柜为低压动力柜及变频控制柜，G4柜为程控单元柜。各控制柜所控制的设备为：
（1）G1柜主要控制设备包括：高低压润滑油站的1号低压油泵电机M1、2号低压油泵电机M2、1号高压油泵电机M3、2号高压油泵电机M4及电加热器M8，大齿轮密封风机M7，喷射站喷射气泵电机M5、喷射油泵电机M6。
（2）G2柜主要控制设备包括：减速机润滑油站的油泵电机M9、电加热器M13，慢速传动电机M10，慢速传动电机油泵电机M11，喷射站的电加热器M12，1号分离器的变频电机M14及变频电机冷却风机M15。
（3）G3柜主要控制设备包括：2号分离器的变频电机M16及变频电机冷却风机M17。
（4）G4柜为PLC所在的程控柜，接收所有从双进双出磨煤机及DCS中央控制室的控制信号，并对所接收信号按工艺要求进行反馈。所接收的控制信号包括：
①润滑站：液位开关SL1-2，低压压力变送器BP1，高压压力变送器BP3-4，流量变送器BL1，压差变送器SP17-18，电磁水阀YA2，油箱温度传感器（铂热电阻Pt100）RT1，供油出口温度传感器（铂热电阻Pt100）RT2。 ②喷射站：液位开关SL1-2，压力开关SP1-2，喷射风电磁阀YA，油箱温度传感器（铂热电阻Pt100）RT3。
③减速机润滑油站：液位开关SL1，压差开关SP1-2，压力变送器BP1，油箱温度传感器（铂热电阻Pt100）RT16，电磁水阀YA1。
④分离器：分离器轴承温度传感器（铂热电阻Pt100）RT8-9，分离器温度传感器（铂热电阻Pt100）RT10-15。
⑤主轴承：主轴承温度传感器（铂热电阻Pt100）RT4-7。
⑥与中控的信号：变频器的速度给定、速度反馈，设备的一般报警、停机报警及各设备的启动信号等。
3.2双进双出磨煤机控制系统调试与运行
双进双出磨煤机控制系统的调试过程，就是使用可编程控制器和人机界面的内部数据和程序语言，按工艺控制要求及现场实际应用情况，通过编程器将控制系统的PLC及人机界面程序分别写入PLC和人机界面内部，从而实现控制工艺要求的过程。
整个控制系统的完成，需要经过软硬件的联合调试才能成功。PLC的程序编写完成后，需要在现场工作情况下，进行实际的调试工作。首先需使用专用的MPI适配器，将编程器（或PC电脑）与主CPU连接，然后将编写好的PLC程序下载至CPU中。西门子的STEP7带有自诊断功能，硬件组态和程序中有语句错误是无法下载到CPU中的。
STEP7带有在线显示功能，调试中可以通过STEP7进行在线调试程序，寻找并发现程序设计中的问题。还可以通过变量表，强制赋予某一个I/O点的值，以检验程序的正确性。
现场调试时还需针对现场运行的实际要求，对报警等参数做细微调整。如在气温高的地区，油箱的加热器的启动温度可以提高；根据油品的不同及齿轮的磨损情况，可以调整喷射站的喷射润滑周期等。这些参数的调整，都可以通过改变STEP7内的用户程序，轻松实现。
程序调试完成后，还需对人机界面进行画面编辑。人机界面MP277使用的组态软件为SIMATICWinCCflexible。使用WinCCflexible时，需在编程器（计算机）中先安装STEP7。根据双进双出磨煤机控制工艺的实际要求，制作了操作画面、模拟量画面等几个操作界面。
（1）操作界面。操作界面可以实现各个电机的手动启动、停止。并可以显示电机的备妥、运行等状态。
（2）模拟量界面。在模拟量界面上可以显示现场所有的模拟量信号，包括压力、流量、温度等等，方便监控。
（3）参数设定画面。参数设定画面可以设定温度、压力、流量等的报警参数。在实际运行中，可根据实际情况，对报警参数进行适当的修改。
3.3系统运行分析
傳统的双进双出磨煤机使用大量的由时间继电器和中间继电器组成的实序逻辑控制电路来控制各个阀门、电机的启停时间和顺序，在整个工作流程中各元器件动作很频繁，尤其是时间继电器在现场环境比较恶劣的条件下更是容易损坏，故障率高。经常造成工作被迫中断，降低了工作效率。现场的压力信号使用指针式的电接点压力表，而温度信号则使用数字显示仪表显示，不仅数值精确度不够，而且无法参与到自动控制中，更需要大量的操作人员进行现场就地操作，自动化程度低。
双进双出磨煤机控制系统采用PLC控制后，有着如下优点：
（1）执行速度更快。传动的控制需要按顺序一个接一个的手动启动（停止）电机，浪费时间。而用PLC控制后，只需一个驱动命令，整个系统就能按顺序先后启动，极大地提高了效率。
（2）控制更加方便。传统的继电器控制，一旦制作完成，除非重新设计，否则很难更改工艺流程。而PLC的控制逻辑是以程序方式存储在内存中，如要改变控制逻辑，只需改变程序即可，简单方便。
（3）定时控制更加精确。传统的时间控制器精度低，而且易受环境影响而损坏。PLC使用半导体集成电路作为定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，时间调整方便，且受环境影响小。
（4）数据可交换。传统的控制方式无法实现压力、温度、运行状态在火力电厂中央控制室的显示。使用PLC后，可很方便的与火力电厂中央控制室进行数据交换，提高了自动化程度。
结束语
本控制系统目前已应用于国内外多个电厂，经多年现场使用证明，本控制系统完全符合双进双出磨煤机的工艺要求，系统运行稳定，保证了双进双出磨煤机及整个发点机组的安全、稳定地运行。同时，PLC及变频器的使用，使得双进双出磨煤机的出力增加，减少了原煤的消耗，提高了效率，取得了较好的经济效益。
参考文献：
[1]袁钢.双进双出钢球磨煤机控制系统研究[D].长沙：长沙理工大学，2009.
[2]李洪胜.大型双进双出磨煤机的研究与开发[D].沈阳：东北大学，2011.
[3]北方重工.双进双出磨煤机安装使用说明书[M].北方重工集团，2011.
[4]侯东伟等.磨煤机减速机润滑油系统优化[J].华电技术，2011（10）：25-28.
【关键词】 双进双出磨煤机；可编程控制器；设计；调试
1 双进双出磨煤机结构及工作原理
1.1双进双出磨煤机的主要结构
双进双出磨煤机本体部分由筒体转动部、主轴承、大小齿轮传动部、分离器、螺旋输送装置、隔音罩、混料箱、主电机、主减速机等组成，辅助设备主要有密封风装置、慢速传动系统、高低压润滑油站、大齿轮喷射润滑系统，压差和电耳测料位系统、电气控制系统、自动加球装置等。
双进双出磨煤机结构如图1.1所示。
1.2双进双出磨煤机的工作原理
双进双出磨煤机具有两个完全对称的粉磨回路，其工作原理如下：
原煤通过能自动控制速度的给煤机进入落煤管，靠重力的作用落入输送装置的下方，被旋转的绞笼送入磨煤机的筒体，旋转的筒体内装有一定量的钢球，把原煤研磨成煤粉。一次风从磨煤机两侧的中空管进入磨煤机的筒体，对原煤和煤粉进行干燥，并将磨制好的煤粉通过绞笼体的环形通道输送到磨煤机上方的分离器中，不合格的粗煤粉返回筒体内重新粉磨，合格的细粉被送到锅炉的燃烧器。部分一次风进入混料箱，对原煤进行充分预干燥后进入磨煤机分离器，与入磨一次风混合，共同完成对煤粉的进一步干燥和输送.
2 双进双出磨煤机控制系统选择
2.1双进双出磨煤机的控制工艺要求
2.1.1磨煤机主电机工艺控制要求
磨煤机主电机的启动和停止由中央控制室控制高壓开关柜来实现。通常主电机选用电压等级10000V、功率200-2000kW的三相异步电动机。主电机的轴承、定子等关键部位设有PT100铂热电阻测温元件，当温度达到设定值时发出一般报警信号，当温度继续升高时发出严重报警的停机信号。磨煤机各个设备都备妥后，主电机方可启动。
2.1.2润滑站的工艺控制要求
润滑站油箱内油池温度应保持在30-35℃，油箱温度在此范围内，方可启动低压油泵。若油箱温度低于30℃，启动电加热器，当油箱温度上升到35℃时，电加热器自动关闭。
当油箱温度满足条件后，首先开启一台低压油泵，低压油泵运行60秒且出口油压≥0.15MPa时，同时启动两台高压油泵，正常运行后并具备以下条件：
（1）低压油出口油压≥0.15MPa；
（2）高压油出口油压≥25MPa；
（3）液位正常；
（4）过滤器压差正常；
（5）出口油温正常；
当上述条件满足时，主电机启动的润滑站部分条件具备，主电机可启动。当主电机运行3分钟即高压油形成油膜后，高压油泵停止运行，低压油泵继续运行保持润滑状态。当主电机停止后，高压油泵再次自动启动运行，3分钟后停止，低压油泵在主电机停止5分钟后停止，整个润滑过程结束。慢传电机运行时，至少一台低压油泵和两台高压油泵同时运行。
运行期间监控：磨煤机运行时，当润滑站供油温度（测量点在润滑站出口供油管路上）升到45℃时，电磁水阀自动开启，冷却水投运，供油温度≤38℃时，冷却水电磁水阀关闭。运行时监控点有：
（1）润滑站油箱液位；
（2）润滑站供油管路流量；
（3）润滑站出口油压；
（4）润滑站过滤器前后压差；
一台低压油泵运行过程中，当低压油出口压力≤0.15MPa时，另一台备用油泵启动。当低压油出口压力≥0.25MPa时，备用油泵停止运行。当运行中的低压油泵因故障停止运行时，另一台备用的低压油泵随即启动。当低压油出口压力≤0.1MPa时，发出停止主电机信号，同时低压油泵停止运行。
2.1.3喷射站的工艺控制要求
喷射站所用油为高粘度润滑油，正常工作油温为30-35℃。当油温低于30℃时，喷射站电加热器启动，当油温达到35℃时，电加热器自动关闭。当高低压润滑站中任意一台低压油泵运行时，由PLC控制的空气压缩机的气泵电机自动运行，直至贮气罐内的压力大于0.7MPa时喷射气泵停止运行，当贮气罐内的压力小于0.4MPa时喷射气泵电机便自动运行，贮气罐内的压力始终维持在0.7MPa。喷射油泵随主电机的启动而间歇启动，每半小时运行一次。当喷射系统运行时，喷射电磁阀首先打开，用压缩空气的高速气流将大齿轮齿面清理一遍，5秒钟后，喷射油泵启动，并向喷射板供油，润滑油在喷嘴中与压缩空气混合雾化后喷向大齿轮齿面，喷油时间为20秒钟，20秒后喷射油泵电机自动停止，再5秒后，喷射气阀关闭，喷射系统完成一个工作周期。30分钟后开始下一个工作周期。主电机停止运行后，喷射系统停止工作。
2.1.4减速机润滑油站的工艺控制要求
减速机的润滑油站采用自循环方式，润滑油的正常工作温度为30-35℃，当油箱温度低于30℃时，加热器开启，当油温达到35℃，加热器停止运行。当油温高于42℃时，冷却系统开启，当油温低于38℃时，冷却系统关闭。油泵电机与高低压润滑油站低压油泵电机同启同停。当供油压力≤0.07MPa时，发出油压低的一般报警信号，当供油压力≤0.05MPa时，发出油压超低的严重报警信号，同时停止油泵电机，以防损坏减速机及主电机。当油温升至50℃时发出一般报警，油温升至55℃时发出严重报警并停止油泵电机。减速机润滑油泵电机停止后需停止减速机及主电机。 2.2 PLC及人机界面（HMI）选择
PLC是专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。PLC于1969年诞生在美国。经过几十年的发展，PLC以其抗扰性强、体积小、扩展能力强、安装简单等特点，广泛应用于各行各业，目前已成为工厂自动化的三大支柱之一。
在PLC出现前，继电器硬接线电路是顺序、逻辑控制的唯一执行者。PLC出现后，几乎在所有方面都超越继电器控制系统。PLC相比于传统的继电器控制，有着如下优点：
（1）由半导体电路实现控制，指令执行时间短，响应时间快。
（2）无触点，使用寿命长，有自诊断功能。
（3）体积小、接线少、控制灵活。
（4）施工与程序设计可同时进行，周期短。
基于以上原因，本控制系统采用PLC控制方式。
2.2.1 PLC选择
选择PLC最重要的指标就是输入/输出（I/O）点数和存储容量，其他指标还包括扫描速度、寄存器、指令系統、扩展能力等等。PLC按I/O点容量可分为以下三种：
（1）小型PLC。小型PLC的I/O点数一般在128点以下。
（2）中型PLC。中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256～1024点之间。
（3）大型PLC。一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。
根据双进双出磨煤机控制工艺的要求，确定PLC的输入/输出（I/O）点数大约在400点左右，存储容量大约1000步。因此决定选用中型PLC。
选择PLC，品牌也是一个比较关键的因素。目前95%以上的PLC市场被国外品牌所占领，主要品牌有德国的西门子（SIEMENS），法国的施耐德（Schneider），奥地利的贝加莱（B&R），日本的三菱（MITSUBISHI）、日立（HITACHI）、松下（Panasonic），美国的通用电气（GE）、罗克韦尔（Rockwell）等。而中大型PLC主要以欧美品牌为主。
德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商之一，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的SIMATIC S3系列控制系统。最新的SIMATIC产品为S7系列。目前，SIMATIC S7系列产品分为：通用逻辑模块（LOGO！）、S7-200PLC、S7-1200PLC、S7-300PLC和S7-400PLC5个系列产品[22]。目前，SIMATICS7系列PLC在国内外占有相当大的市场，服务网络遍布全球。德国的西门子（SIEMENS）公司也是较早进入中国市场的外资企业，国内很多公司也长期使用SIMATIC系列PLC。
基于以上原因，决定选择SIMATICS7系列的中型PLC，即SIMATICS7-300系列PLC。
2.2.2 HMI选择
HMI（Human Machine Interface），即人机界面，它是一种集信息处理、数据通信、远程控制功能于一体的，可以连接PLC、变频器、调整器、仪器仪表等各种工业设备，用单色或彩色显示屏显示相关信息，通过触摸屏、键盘、鼠标输入工作参数或操作命令，以实现人机交互的工业设备。
人机界面设备可以取代大部分的传统控制面板，可以节省PLC的I/O点数、大量按钮开关、数字设定及指示灯、显示仪表等装置，并且能明确显示重要的信息。在双进双出磨煤机控制系统中，所需控制的电机众多，大量温度、压力等运行参数需要显示，因此决定在控制系统中选用人机界面。
HMI是人与过程（机器/设备）之间的接口，PLC是控制过程的实际单元，因此二者之间存在着接口，通常情况下两者之间通过RS485接口相连接。由于RS485接口需使用PROFIBUS-DP等协议进行通讯组态等数据传输，因此使用同一家公司的PLC和HMI更加方便。
西门子公司有品种丰富的人机界面产品，如触摸面板（TP）、操作员面板（OP）、多功能面板（MP）等。双进双出磨煤机控制系统需使用大量的启停、显示等参数，因此决定选择能满足大多数工业现场需求的多功能面板MP系列。
3 双进双出磨煤机控制系统设计
3.1控制系统总体方案
双进双出磨煤机控制系统主要控制除主电机外的其他低压设备，因此需首先计算装机容量，以便对PLC等主要设备进行初步选型。双进双出磨煤机除主电机外，共控制电机类设备17台，总装机容量大约110KW。
双进双出磨煤机控制系统由4个控制柜及若干控制箱组成。其中G1柜、G2柜、G3柜为低压动力柜及变频控制柜，G4柜为程控单元柜。各控制柜所控制的设备为：
（1）G1柜主要控制设备包括：高低压润滑油站的1号低压油泵电机M1、2号低压油泵电机M2、1号高压油泵电机M3、2号高压油泵电机M4及电加热器M8，大齿轮密封风机M7，喷射站喷射气泵电机M5、喷射油泵电机M6。
（2）G2柜主要控制设备包括：减速机润滑油站的油泵电机M9、电加热器M13，慢速传动电机M10，慢速传动电机油泵电机M11，喷射站的电加热器M12，1号分离器的变频电机M14及变频电机冷却风机M15。
（3）G3柜主要控制设备包括：2号分离器的变频电机M16及变频电机冷却风机M17。
（4）G4柜为PLC所在的程控柜，接收所有从双进双出磨煤机及DCS中央控制室的控制信号，并对所接收信号按工艺要求进行反馈。所接收的控制信号包括：
①润滑站：液位开关SL1-2，低压压力变送器BP1，高压压力变送器BP3-4，流量变送器BL1，压差变送器SP17-18，电磁水阀YA2，油箱温度传感器（铂热电阻Pt100）RT1，供油出口温度传感器（铂热电阻Pt100）RT2。 ②喷射站：液位开关SL1-2，压力开关SP1-2，喷射风电磁阀YA，油箱温度传感器（铂热电阻Pt100）RT3。
③减速机润滑油站：液位开关SL1，压差开关SP1-2，压力变送器BP1，油箱温度传感器（铂热电阻Pt100）RT16，电磁水阀YA1。
④分离器：分离器轴承温度传感器（铂热电阻Pt100）RT8-9，分离器温度传感器（铂热电阻Pt100）RT10-15。
⑤主轴承：主轴承温度传感器（铂热电阻Pt100）RT4-7。
⑥与中控的信号：变频器的速度给定、速度反馈，设备的一般报警、停机报警及各设备的启动信号等。
3.2双进双出磨煤机控制系统调试与运行
双进双出磨煤机控制系统的调试过程，就是使用可编程控制器和人机界面的内部数据和程序语言，按工艺控制要求及现场实际应用情况，通过编程器将控制系统的PLC及人机界面程序分别写入PLC和人机界面内部，从而实现控制工艺要求的过程。
整个控制系统的完成，需要经过软硬件的联合调试才能成功。PLC的程序编写完成后，需要在现场工作情况下，进行实际的调试工作。首先需使用专用的MPI适配器，将编程器（或PC电脑）与主CPU连接，然后将编写好的PLC程序下载至CPU中。西门子的STEP7带有自诊断功能，硬件组态和程序中有语句错误是无法下载到CPU中的。
STEP7带有在线显示功能，调试中可以通过STEP7进行在线调试程序，寻找并发现程序设计中的问题。还可以通过变量表，强制赋予某一个I/O点的值，以检验程序的正确性。
现场调试时还需针对现场运行的实际要求，对报警等参数做细微调整。如在气温高的地区，油箱的加热器的启动温度可以提高；根据油品的不同及齿轮的磨损情况，可以调整喷射站的喷射润滑周期等。这些参数的调整，都可以通过改变STEP7内的用户程序，轻松实现。
程序调试完成后，还需对人机界面进行画面编辑。人机界面MP277使用的组态软件为SIMATICWinCCflexible。使用WinCCflexible时，需在编程器（计算机）中先安装STEP7。根据双进双出磨煤机控制工艺的实际要求，制作了操作画面、模拟量画面等几个操作界面。
（1）操作界面。操作界面可以实现各个电机的手动启动、停止。并可以显示电机的备妥、运行等状态。
（2）模拟量界面。在模拟量界面上可以显示现场所有的模拟量信号，包括压力、流量、温度等等，方便监控。
（3）参数设定画面。参数设定画面可以设定温度、压力、流量等的报警参数。在实际运行中，可根据实际情况，对报警参数进行适当的修改。
3.3系统运行分析
傳统的双进双出磨煤机使用大量的由时间继电器和中间继电器组成的实序逻辑控制电路来控制各个阀门、电机的启停时间和顺序，在整个工作流程中各元器件动作很频繁，尤其是时间继电器在现场环境比较恶劣的条件下更是容易损坏，故障率高。经常造成工作被迫中断，降低了工作效率。现场的压力信号使用指针式的电接点压力表，而温度信号则使用数字显示仪表显示，不仅数值精确度不够，而且无法参与到自动控制中，更需要大量的操作人员进行现场就地操作，自动化程度低。
双进双出磨煤机控制系统采用PLC控制后，有着如下优点：
（1）执行速度更快。传动的控制需要按顺序一个接一个的手动启动（停止）电机，浪费时间。而用PLC控制后，只需一个驱动命令，整个系统就能按顺序先后启动，极大地提高了效率。
（2）控制更加方便。传统的继电器控制，一旦制作完成，除非重新设计，否则很难更改工艺流程。而PLC的控制逻辑是以程序方式存储在内存中，如要改变控制逻辑，只需改变程序即可，简单方便。
（3）定时控制更加精确。传统的时间控制器精度低，而且易受环境影响而损坏。PLC使用半导体集成电路作为定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，时间调整方便，且受环境影响小。
（4）数据可交换。传统的控制方式无法实现压力、温度、运行状态在火力电厂中央控制室的显示。使用PLC后，可很方便的与火力电厂中央控制室进行数据交换，提高了自动化程度。
结束语
本控制系统目前已应用于国内外多个电厂，经多年现场使用证明，本控制系统完全符合双进双出磨煤机的工艺要求，系统运行稳定，保证了双进双出磨煤机及整个发点机组的安全、稳定地运行。同时，PLC及变频器的使用，使得双进双出磨煤机的出力增加，减少了原煤的消耗，提高了效率，取得了较好的经济效益。
参考文献：
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