遵义西门子S7-200代理商

自动配料系统的恒liuliang控制采用PID调节，liuliang计量控制是计量偏差与变频调速的结合。依据系统工艺流程介绍了配料系统的liuliang控制方式和系统控制过程，详细讲述了PLC的选型及PLC配料系统变频控制中的硬件设置、参数设定和软件设计过程。
关键词：自动配料;PLC;控制;变频调速
0.引言
　　自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重。自动配料控制过程是一个多输入、多输出系统，各条配料输送生产线严格地协调控制，对料位、liuliang及时准确地进行监测和调节。系统由可编程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制网络,通过现场总线连接现场仪器仪表、控制计算机、PLC、变频器等智能程度较高、处理速度快的设备。在自动配料生产工艺过程中，将主料与辅料按一定比例配合，由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计量。PLC主要承担对输送设备、秤量过程进行实时控制，并完成对系统故障检测、显示及报警，同时向变频器输出信号调节皮带机转速的作用。
1.自动配料系统的构成
　　该自动配料系统由5台电子皮带秤配料线组成，编号分别为1#、2#、3# 、4#、5#、，其中1#～4#为一组，1#为主料秤，其余三台为辅料秤。当不需要添加辅料时，5#电子秤单独工作输送主料。系统具有恒liuliang和配比控制两种功能。对于恒liuliang控制时，电子皮带秤根据皮带上物料的多少自动调节皮带速度，以达到所设定liuliang要求。以主秤（1#）系统工艺流程来分析，工艺流程如图1所示。
　　自动配料系统加电后，皮带驱动电机开始旋转，微处理机根据当前操作控制电机转速。料斗中的物料落在落料区，经皮带运送到达称重区，由电子皮带秤对皮带上的物料进行称重。称重传感器根据所受力的大小输出一个电压信号，经变送器放大，输出一个正比于物料重量的计量电平信号。该信号送至上位机的接口，经采样后并转换成一个liuliang信号，在上位机上显示当前liuliang值。同时将此liuliang信号送至PLC接口，与上位机设定的各种配料给定值进行比较，然后进行调节运算，其控制量送至变频器，以此来改变变频器的输出值，从而改变驱动电动机的转速。调整给定量，使之与设定值相等，完成自动配料过程。

图1：系统工艺流程
　　liuliang就是一定时间内皮带上走过的物料量。电子皮带秤称量的是瞬时liuliang，上位机给出的是设定liuliang，二者在实时计量中有所偏差。在liuliang实际控制中采用工业控制中应用为广泛的PID调节，根据liuliang偏差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制，控制量输入和输出（误差）之间的关系在时域中可用公式表示如下：


　　公式中e（t）表示误差、控制器输入，u（t）是控制器的输出，kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。图2为系统liuliangPID闭环调节结构图。在生产过程进行自动调节时，以主料成分的liuliang计量为依据，根据生产工艺要求通过上位机设定出总liuliang及主、辅料配比参数，按配方比例掺杂其余辅料。liuliang计量控制是计量偏差与变频调速的结合，具有结构简单、稳定性好、工作可靠和调整方便等优点。

图2： liuliangPID闭环调节
2.系统控制流程
　　当系统开始工作时，启动配料生产线。首先系统程序进行初始化，通过上位机或触摸屏设置配料配比，检查料斗有无物料。若无物料，向料斗送料，启动配料生产线，由电子皮带秤进行称重并实时计量，CPU计算得实时liuliang及累计liuliang。若设定liuliang与实际liuliang有偏差，调节器根据系统控制要求比较设定值与实际liuliang的偏差，经PID调节改变输出信号以控制变频器对输送电机的速度调节，从而实现恒liuliang控制。根据配比各辅料同时混合计量，并按配方工艺要求添加。系统主程序控制流程如图3。

图3： 系统主程序控制流程
3.PLC控制系统硬件设置
　　系统中主、辅料秤由可编程控制器（PLC）和上位机实现两级控制。现以1#～4#四台电子皮带秤的PLC控制分析为例，每一电子皮带秤有一台皮带驱动电机，两个料位传感器，一个速度传感器，一个称重传感器，一台变频器，它们构成了被控对象。电动机的启、停由开关量控制，PLC数字量输出信号作为变频器的控制端输入信号，经变频器调制输出高频脉冲给皮带驱动电机。料位传感器检测料斗有无物料，速度传感器测量电机的转速。系统需8个数字量输入信号，25个开关量输入信号和24个开关量输出信号，I/O点总数量为57。I/O点数量和类型如表1所示。
　　表1： PLC I/O口数量和类型


　　公司的SIMATIC S7-/300，属于模块化小型PLC系统，各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。
　　根据系统被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，选用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU 315-2DP 。CPU 315-2DP是唯一带现场总线（PROFIBUS）SINEC L2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM，80KB的装载存储器，可用存储卡扩充装载存储容量大到512KB，大可扩展1024点数字量或128个模拟量。根据统计出的I/O点数选择一个直流32点和一个16点的SM321数字量输入模块和一个32点SM322继电器输出模块。
　　3.2变频器选型及其功能设定
　　三菱公司提供了FR-A540系列变频器与该公司的标准电机相匹配时的技术参数。采用三菱的标准电机，1#皮带机额定功率2.2KW，2～4#皮带机额定功率为0.4KW，额定电压380V，额定电流5A，转速1420r/ min，调速范围120～1200r/min。三菱FR-A540变频器自带有PID调节功能，根据自动配料系统生产工艺要求进行PID控制，需要检测设定的部分参数设定如下：
　　① Pr.1=50 Hz， Pr.2= 5 Hz，本系统Pr.18=120 Hz不变。
　　② Pr.19=9999，与电源电压相同
　　③ Pr.7=2s，加速时间（7.5K以下出厂设定值5s，0～3600s/0～360s）
　　Pr.8=2s，减速时间（7.5K以下出厂设定值5s，0～3600s/0～360s）
　　④ Pr.9 由电机额定值决定
　　⑤ Pr.14=0，适用恒转矩负载
　　⑥ Pr.79=3，外部/PU组合操作模式
　　⑦ Pr.183=8，实现RT开关=REX开关
　　⑧ Pr.128、Pr.129、Pr.130、Pr.131、Pr.132 、Pr.133、Pr.134根据现场PID调节具体要求来设定。
4.PLC控制系统软件设计
　　STEP 7是西门子的S7-300系列PLC所用的编程语言，它是一种可运行于通用微机中，在bbbbbbS环境下进行编程的语言。通过STEP 7编程软件，不仅可以非常方便地使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，并通过转接电缆可直接送入PLC的内存中执行，而且在调试运行时，还可在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断情况，甚至进行在线修改程序中变量的值，给调试工作也带来极大的方便。
　　STEP 7将用户程序分成不同的类型块。程序块分为两大类：系统块和用户块。用户块包括：OB=组织块，FB=功能块，FC=功能，DB=数据块。主程序可以放入“组织块”（OB）中，而子程序可以放入“功能块”（FB或FC）中。
　　在本系统中，PLC的主要任务是接受外部开关信号（按钮、继电器触点）和传感器产生的数字信号的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器、电磁阀等器件，以完成相应的控制任务。除此之外，另一个重要的任务就是接受工控机（上位机）的控制命令，以进行自动配料控制。
　　自动配料程序共有OB 1及FC1至FC6等7个“块”。OB1是主程序，通过6个“CALL”调用语句，依次调用FC1至FC6等功能模块，达到组织整个程序的目的。程序中6个功能块的任务分配如下所示：
　　FC l 负责系统开始运行以及运行方式的设定; FC2 负责对系统的停止;
　　FC3 负责计量泵和计量泵配比控制; FC4 负责故障、事故处理控制;
　　FC5 负责对变频器的控制; FC6 负责指示灯的显示控制。
5.结束语
　　PLC代替了传统的机械传动及庞大的控制电器，实现了电气的自动化控制。通过对皮带电动机的变频调速，达到节约能源和tigao配料精度。
　　本文的创新点是：自动配料系统采用PLC控制方案，具有功能强大、方便灵活、可靠性高、低成本、易维护等优点，大大tigao了配料精度，便于计量的微机化控制，实现网络化生产管理，通过投产使用取得了良好的经济效益。此项目的经济效益为20万元1、应用背景

主变压器是水电厂三大设备之一，其主要功能是改变电压等级、输送交流电能。由于结构和工作原理方面的原因，变压器运行时不可避免会产生铁损、铜损，并转化为热量令变压器温度升高。

过高的温度使变压器工作能力和效率降低、尽缘老化、使用寿命降低。因此，变压器冷却装置的可靠运行对于变压器的正常工作异常重要，如我公司《运行规程》规定：变压器带负荷过程中，如全部冷却器失往电源，答应继续运行20 min，但长时间不得超过1 h(视油温而定)。我公司共有4台主变，容量90-150 MVA不等，#2、#3、#4主变冷却器均为强迫油循环风冷却方式。冷却器原自动控制回路主要由常规继电器组成，运行维护中主要存在如下题目：设备残旧，尽缘低，回路元件数目多、接线复杂、通用性差，故障率高等，同时由于使用年限已久，备品备件缺乏，有的回路还存在寄生现象，给检验维护工作造成一定困难，也不能满足公司运行“少人值守”的需要。

因此，公司相关部分对主变冷却器的控制回路提出了技术改进方案，新回路主要采用新型的自带编程器的微型可编程控制器(PLC)替换大部分继电器，使控制线路具有简单可靠、适应性强和功能丰富等特点。下面以#2主变冷却器控制回路改造为例说明可编程控制器的应用。

2、冷却器起停控制、运行监视功能实现

2.1 冷却器自动控制目标

规程规定各种运行状态下须投进冷却器组数见表1。

表1 规程规定各种运行状态下须投进冷却器组数

注：1)根据主变冷却器处于空载或带负荷状态投进位于“工作位置”的冷却器组；
2)当主变油温达到整定值(55℃)或负荷电流大于70％则再投进位于“辅助位置”的冷却器组；
3)当处于“工作位置”或“辅助位置”的冷却器组出现故障不能正常运行时，投进位于“备用位置”的冷却器组。

2.2 冷却器工作状态

#2主变冷却器共8组，分为以下4种状态运行：

状态1：空载1、2组；负载l、2、3、4、5、6组；辅助7组；备用8组
状态2：空载3、4组；负载3、4、5、6、7、8组；辅助1组；备用2组
状态3：空载5、6组；负载5、6、7、8、l、2组；辅助3组；备用4组
状态4：空载7、8组；负载7、8、1、2、3、4组；辅助5组；备用6组

4种状态问的切换每15天一次，由“定时切换”或“人工设定”实现。处于“人工设定”时，由运行职员在触摸屏设定分配冷却器组处于何种状态；当处于“定时切换”方式时，由可编程控制器流程内设定实现自动切换。

2.3 框图

可编程控制器流程的公道设计是回路的正常工作和稳定运行的关键因素。根据冷却器工作特性和控制目标，设定可编程控制器系列框图见图1。

图1 冷却器控制回路框图(PLC部分)

3、运行维护

因流程设计公道简捷，#2主变冷却器控制回路投运后，运行稳定可靠，同时，可编程控制器与触摸屏配合使用，人机界面友好，使日常维护工作变得简单而方便。示例如下。

3.1 接点更改

如#2主变22o2开关辅助接点原来取用的是闭接点，在改为开接点后，只需修改一下PLC流程。

3.2 消除主变温度临界时的影响

因流程内设置冷却器组的起停与主变温度有关，运行中发现，当主变温度表温度在冷却器启动值上下跳动，即处于临界状态时，会导致冷却器瞬间起、停，极轻易造成电机损坏，针对这一现象，我们在PLC流程中设了一个延时回路，题目马上得到解决。

3.3 实现“定时切换”功能

改造前，冷却器投进组数等运行方式由运行职员人工定期切换，既繁琐又不方便(主变平台与运行值班室相距较远)，现在在PLC流程内部设置即可实现自动“定时切换”，同时周期可任意选择，简单方便，减少了运行职员工作量。

3.4 外部回路异常时的报警功能

由于PLC具有极高的可靠性，因此PLC控制回路中尽大部分的故障不是来自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常见的按钮或继电器触点的熔焊及氧化造成回路短路或开路故障；操纵保险熔断使控制回路失电；热元件动作等，PLC一旦自动检测到元件故障，不仅具有报警功能，而且通过触摸屏能立即显示故障状况，使维护职员能迅速判定出故障原因。

4、结束语

#2主变冷却器回路投运后3年多的运行结果表明，以微型可编程控制器为核心的冷却器控制回路能够满足电厂主变冷却器自动控制要求，并且具有先进、可靠、控制性能好等优点。我公司在#2主变冷却器控制回路可靠运行后，又相继完成了#3、#4主变冷却器控制回路的改造，极大地进步了劳动生产率，有效地解决了生产中的很多题目：如减少了生产过程中冷却器的突发故障，缩短了生产预备时间和抢修时间，减少了维护职员的劳动强度等，推进了我发电公司设备治理现代化发展进程，是运行实行“无人值班”(少人值守)的可靠保障。

 1.概述

         　　现代焦炉由于炉容不断增大，冶炼强度不断进步，因而产生大量的副产品—焦炉煤气。假如直接把焦炉煤气放散到空气中，不仅会造成大气的污染，还会造成能源的浪费。鉴于此，鞍钢燃气厂新建了容积为150000 M3焦炉煤气柜，用以存储焦炉煤气。焦炉煤气柜自动化控制系统的设备性能和自动控制的好坏，将直接影响焦炉煤气的收集和利用。

         　　本工程采用以产品可靠性高著称的罗克韦尔自动化公司的新一代控制平台ControlLogix系列的PLC冗余系统。在ControlLogix系统中，所有的维护和通讯都是由系统自动完成的，更加方便、可靠，而且用户可编写状态读取程序，随时监控冗余系统的状态。

         2.系统的硬件配置

         　　鞍钢150000 M3焦炉煤气柜自控系统PLC选用ControlLogix L5550冗余系统。考虑到间隔远、节点多、抗干扰等因素，采用ControlNet网络类型，抗干扰性好，网络通道冗余，保证可靠通讯和人机界面的数据显示，又有利于快速的现场数据采集。该系统的硬件配置如图1所示。

图1 系统的硬件配置

         　　CPU选用1756-L62模块，通讯模块选用1756-CNBR，DI选用1756-IB16I，DO选用1756-OB16I，AI选用1756-IF16I。以太网模块选用1756-ENBT。冗余机架上除了CPU模块，还有通讯模块1756-CNBR，热备模块1756-SRM（保持主、从机架之间的通讯）和两个热备模块间的连接电缆1756-SRC3。

         　　服务器、操纵站系统平台为bbbbbbs2000（服务器/客户版），操纵站上位监控软件为RSView 32，PLC编程组态软件为RSLogix5000。另外还有一套数据库治理系统，利用网络组态软件RSLinx所提供的OPC接口进行采集数据。

         3 自动化控制系统

         　　煤气柜自控系统包括对煤气柜本体、油泵站组、换热机组、煤气进出口管、电动蝶阀以及紧急放散阀的控制。

         　　3.1油泵站治理

         　　对任意一个油泵站内二台油泵启动次数和运行时间（时、分、秒）分别进行单独累计，并且相加后得到本油站启动总次数和总运行时间，在主画面上进行显示供油泵站进行运行治理，另外还设有清零按钮，按下之后则次数与时间回零重新开始统计。

         　　3.2 进出口阀和放散阀的手/自动控制

         　　进出口阀和放散的控制分为现场手动和PLC自动两种。这两种控制方式是在现场操纵箱上进行选择。现场手动可通过现场操纵箱上的操纵按钮对设备进行操纵。PLC自动可通过操纵画面对设备进行操纵。

         　　在画面上操纵进出口阀/放散阀时，必须首先确认下述的基本运行条件：现场操纵箱上选择PLC自动方式 + 阀主开关合闸 + 阀无故障。三个条件同时达到时，称作满足基本运行条件。

         　　进出口阀安装在煤气柜进出口管道上，放散阀安装在煤气柜放散管道上。均可通过弹出窗口进行手/自动切换，操纵可分两种方式：

         　　（1）在手动状态下，按下手动开阀按钮后，则发出开启进出口阀/放散阀信号，按关阀按钮时则封闭信号，手动启动无任何外部连锁关系。

         　　（2）在自动状态下，满足基本运行条件，当活塞升到上上限（69.3m）95%容积，或活塞降到下下限（7.3m）10%容积时，则发出封闭进出口阀信号，要想开启阀时，只能靠手动状态来打开;当活塞达到69.3m即 95%容积，则发出开启放散阀信号;若活塞恢复到65.6532m即90%容积时，则发出封闭放散阀信号。

         　　3.3上位监控系统的构成

         　　本系统共分7个画面，包括“煤气柜监控主画面”、“换热机组监控画面”、“监控主画面”、“设备监控画面”、“历史趋势画面”、“报警画面”、“趋势打印画面”。各个画面可以自由切换。煤气柜监控主画面如图2所示：

图2 监控主画面

         　　3.3.1 动画显示功能

         　　在各个画面中，系统各部分运行的实际状况均具有动画显示功能。

         　　例如：当阀为关状态时阀身显示为红色，当阀为开状态时阀身显示为绿色;选定工作泵与备用泵后，会在泵下出现相应的字样，当泵工作时小灯变为绿色，停止时是红色;极限点到来时，就会在相应的位置亮灯;当柜位达到上上限或下下限时，柜内填充会变成红色，当达到上限或下限时，柜内填充会变成黄色，正常情况为绿色。

         　　3.3.2 综合报警功能

         　　对于煤气柜系统的重要报警，在每幅画面上均有显示：改变颜色、音响报警、报警状态记录。另外还有一幅报警总汇画面，可以从画面上查看报警和事件信息。

         　　3.3.3 历史趋势记录功能

         　　系统对油槽油温、liuliang参数、压力参数、温度参数、进出口压力、柜内压力可进行长达、一周或一个月的历史曲线记录。

         4 自动化控制系统调试与运行

         　　根据鞍钢公司一期工程总体进度要求，150000 M3焦炉煤气柜自控系统制定了具体的工程施工和调试方案。与8月完成PLC控制系统的图纸设计;9月完成PLC应用软件的编写和上位机监控画面的制作;10月份分别进行各系统的单体调试和联动试车，10月中旬基本调完，10月下旬正式试运行，电器自动化进行多次联动试车，标志着15万M3焦炉煤气柜自控系统具备投产条件;11月顺利投产，中间进行多次工艺修改调试，完全达到设计工艺要求。

         5 结束语

         　　鞍钢燃气厂150000 M3焦炉煤气柜自动化监控系统自2006年11月份投进运行以来，至今运行稳定可靠。高性能、高可靠性、易于实现复杂控制功能等优点的自动化控制系统的实现，有效进步了焦炉煤气的利用率，减少焦炉煤气的放散量，平衡焦炉煤气管网的压力，确保了生产用户的平衡生产，增强能源的二次利用和大气环保。