新乡西门子S7-300代理商

1 引言
烧结生产是钢铁生产中的重要环节，它包括原料，配料，混料，烧结和成品系统等几方面。原来的系统采用简单的单回路仪表控制，无法实现对生产过程的有效控制。这里我们采用PLC对其进行控制，能够取得较好的控制效果。

2 原料控制系统
(1) 熔剂系统
熔剂系统负责向配料系统提供消石灰、白云石、石灰石等原料。系统依有无上料要求来判断料线是否运行。由于三种物料共用一条主料线，因此设计了许多保护与判断功能，用来防止混料;
(2) 铁料系统
铁料系统负责向配料系统提供铁料。小车自动找到要上料的物料槽之后，向料线发启动信号，铁料仓库给料圆盘则与当前要上料的品种号进行比较，结果相同的圆盘启动给料，反之停车。当需要更换上料品种时，当前工作圆盘离线，料线保持运行，使原物料卸光，然后小车行至目标槽，新的物料开始给料。若换槽而不换品种，则小车可带料行走，料线不发生变化;
(3) 燃料系统
燃料系统负责向配料系统提供煤粉，由三段组成，每一段料线流程的动作均依各段料线终点处卸料小车的位置和各受料料槽料位的变化情况而自动决定小车的行进目标与料线的启停。
原料系统的三个系统具有料线联锁、卸料小车自动／手动卸料、自动寻找物料对应关系和物料品种切换关系，自动找槽定位等功能。

3 自动配料系统
3.1 系统的工艺要求
配料系统的主要任务是按烧结机对物料的需求量，计算、分配、控制原料矿槽的下料量，以保证物料平衡和化学成分符合要求。工艺上对控制系统的要求是:
(1) 实现各配料秤和集料皮带机的顺序起停、单机起停和同时起停;
(2) 实现各配料秤的重量配比控制;
(3) 配比计算功能
根据总量和各台秤的配比，计算每台秤的liuliang设定值;
(4) liuliang计算功能
根据检测到的重量信号和皮带速度信号，计算一段时间内物料的平均liuliang，以此平均liuliang作为反馈量进行PID调节;
(5) 报警功能
对经常出现的故障如堵料、皮带打滑、电机过流过载等进行声光报警，出现堵料情况时，要求自动起动矿槽上的振动器电机，恢复下料后自动停振;
(6) 热备功能
要求两个系统的两台上位机具有热备功能，即每一台上位机可同时对两个系统的下位机(PLC)进行监控;
(7) 报表打印功能
人工干预和定时打印各种时报、班报、月报等报表;
(8) 停电保护功能
停电后再次供电时，系统进行初始化复位，保证各台设备均处于停机状态，以防人身事故和设备事故的发生。
3.2 控制系统的组成
控制系统示意图如图1所示。控制设备选用德国SIEMENS公司的PLC系列可编程序控制器。每一配料系统都配有一台上位机和一台下位机。通过数据通讯网络，彼此相连。下位机的CPU模板采用PLC SIMATIC S7可编程控制器，上位机采用台湾研华公司的工业控制机IPC。

图1 控制系统结构图

系统配置的软件有S7-400编程软件和SIMATIC WinCC全面开放的新一代人机界面监控软件。STEP 7-400用于PLC的编程、调试和生成各种程序文档，SIMATIC WinCC用于实现人机接口功能。
3.3 检测和控制原理
系统自动调节原理如图2所示。

图2 调速系统原理图

物料重量通过荷重传感器检测，并转变为与之成正比的直流毫伏信号，再通过直流毫伏变送器变换为直流4～20mA信号，送到A/D模板。皮带秤电机转速由直流测速发电机测量，测速发电机输出的直流电压经电阻分压网络降压，得到与转速成正比的直流0～5V信号，送到A/D模板。假设某一时刻，皮带秤有效称量段上的物料重量为W，皮带的线速度为V，有效称量段长度为L，则该时刻物料的瞬时liuliang为
F=1/L×W×V (1)
根据式(1)，可以计算每一采样时刻的瞬时liuliang，并进一步计算一段时间内的平均liuliang。将其与操作员通过键盘输入的liuliang给定值比较，然后进行PID调节运算得到控制量，后通过D/A模板输出4～20mA的直流信号，控制变频器改变输出频率，从而改变电机转速，达到改变物料liuliang的目的。

3.4 系统软件设计
SIEMENS公司的STEP7系列指令系统功能非常强，不仅有丰富的用于断续控制的指令，而且有很多运算和控制指令，如PID控制指令，数据类型近十种，包括整型、实型等等，这给编程带来很大的方便。
控制软件采用梯型图语言编制。编程时，遵循软件工程规范，根据结构化、模块化原则，把功能相对独立的部分编制为一个子程序，尽量减少子程序之间的联系，主程序依据不同条件调用各个子程序，完成相应的功能．软件部分包括:
(1) 主程序;
(2) 顺序控制;
(3) liuliang计算;
(4) 配比计算;
(5) PID调节;
(6) 故障处理。
另外，上电复位时，CPU自动调用故障例行子程序，完成上电保护功能。
在上述各个子程序中，liuliang计算中的数字滤波子程序非常重要。假如直接以瞬时liuliang作为反馈量进行PID调节，那么由于物料流波动很大，经常造成瞬时liuliang大幅度变化，使调节过程不易平稳。因此，我们利用数字滤波子程序计算平均liuliang并以此作为反馈值。

4 烧结系统
烧结机子系统将混合料经点火炉点火燃烧，机上冷却成烧结矿并破碎，使其成为合格的高炉原料。它是系统的核心，除了满足工艺的常规流程控制外，主要还有下列模拟量控制:
(1) 铺底料圆辊调速
控制铺底料料层厚度，采用比率调节;
(2) 混合料圆辊调速
控制烧结机料层厚度，采用比率调节;
(3) 铺底料给料机调速
预估铺底料矿槽料位的变化，调节铺底料料liuliang;
(4) 冷却终点控制
通过调节烧结机机速，使冷却终点温度控制在一个人为的设定值范围内;
(5) 炉温调节
串级加比值调节，温度调节器的输出作为煤／空回路的串级输入，温度环采用PID调节，煤／空回路采用PI调节并按一定的工况所设定的比值自动跟踪;
(6) 物料平衡
使混合料槽物料的进入量与烧结机的需求量保持基本平衡，采用模型来计算未来可能需要的总配料量。

5 燃烧自动调节系统及其性能指标
烧结燃烧系统是烧结工艺中影响产品产量和质量直接和关键的环节，为了稳定生产并保证烧结质量，燃烧自动调节系统由三个分系统组成。
(1) 系统:煤气总管稳压自动调节系统
可根据外部煤气管网工况将总管压力稳定在4000Pa或4500Pa(根据设定)，因其检测点距离调节阀较近，滞后小，系统灵敏，阶跃响应迅速;
(2) 点火器温度自动控制系统
通过调节煤气阀门开度，可控制点火器温度，恒定在1200℃的设定值上。
(3) 空气／煤气比例随动自动跟踪控制系统
通过调节空气调节阀阀门开度，使进入点火器的空气liuliang自动按设定的空／煤比系数跟踪煤气liuliang。

6 成品处理系统
成品处理子系统负责把烧结矿按粒度分类，一部分成品送高炉，一部分返回烧结机作铺底料，不合格品返回配料系统参与混合料配比。
除流程联锁控制外，本系统还有筛分(双层振动筛)流向选择控制，烧结矿送高
炉流向控制。系统根据高炉的操作条件，一旦确认是要料，烧结矿便能按控制的流向到达目的地。同时，无论何时高炉输料皮带发生故障，系统在几秒钟内便能响应，停止相应的流程并保证其它流向正常工作。

7 卸灰系统
卸灰子系统负责将烧结结矿中的不合格品以及除尘系统收集的粉尘送往配料系统参加配料，以改善混合料的造球性能。本系统除了控制输料皮带和卸灰设备按一定的“松散”关系联锁外，还控制烧结机下人烟道两侧的双层卸灰阀按一定的部位和时间卸灰。
控制卸灰阀的时间是一条“环形”脉冲带，它把均匀分布在左右烟道两侧的卸灰阀按高低序号向中间逼近的方法，定时启动卸灰，这保证了烟道卸灰的均匀性和具有一定的负压。

8 铺底料系统
铺底料子系统用来向烧结机提供均衡的铺底料，用以改善混合料在烧结过程中的透气性并对台车炉篦起一定的保护作用。
该系统具有较大的独立性。通过与烧结机通讯，给料设备供给的铺底料使铺底料矿槽保持一定的料位。

9 结束语
本系统在武钢烧结厂自投产运行以来，所设计的功能均已投入使用。无论在精度、稳定性及其它一些控制系统质量指标方面，均能达到满意的效果。特别是配料总量自动跟踪、混合料加水控制和小容量矿槽物料平衡控制对保证工况正常，tigao产品产量、质量发挥了良好的作用，又由于编程主要采用了梯形图语言，使得用户容易掌握，因而受到了用户热忱的欢迎。
另外，在降低工人的劳动强度，改善生产环境等方面也取得一定的成效。值得大力推广。

 引言

电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。
电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称故障包括:过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕组发热甚至损坏，其主要特征是电流幅值发生显著变化;不对称故障包括:断相、逆相、相间短路、匝间短路等，这类故障是电动机运行中常见的一类故障。不对称故障对电动机的损害不仅仅是引发发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。因而，对大型电动机进行综合保护非常重要。

2 基于PLC的电动机综合保护

对电动机的保护可以分为以下几类:
在电动机发生故障时，为了保护电动机，减轻故障的损坏程度，继电保护装置的快速性和可靠性十分重要。在单机容量日益增大的情况下，电机的额定电流可达数千甚至几万安，这就给电动机的继电保护提出了更高的要求。传统的继电保护装置已经无法满足要求，因此微机保护应运而生。

PLC是用来取代传统的继电器控制的，与之相比，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便、而且体积小、功耗低、使用维护方便。因此，本文研究了基于可编程控制器(PLC)的电动机综合监控和保护系统的方法。

3 系统硬件设计

3.1 系统的总体结构
基于可编程控制器(PLC)的电动机综合监控和保护系统的总体结构如图1所示。

3.2 PLC机型选择及扩展
选择PLC机型应考虑两个问题:
(1) PLC的容量应为多大？
(2) 选择什么公司的PLC及外设。在本系统中，包含以下输入输出点，见附表,本系统共包括12路开关量，7路模拟量。

SIMATIC S7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型PLC，其特点是:SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测，监测及控制的自动化，S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200 CPU 224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可连接7个扩展模块，大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13K字节程序和数据存储空间;6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器;1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力;I/O端子排可以很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。根据系统的实际情况，结合以上特点，SIMATIC S7-200 CPU 224完全可以作为本系统的主机。
CPU224可扩展7个模块，而其本身具有14输入/10输出共24点数字量，因此已无须数字量扩展模块。但由于有7路模拟量输入，故需选择模拟量输入模块。S7-200系列提供了EM231，EM232，EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据，选择两个EM231作为模拟量输入模块，这样共可以扩展4×2=8路模拟量输入。

4 系统软件设计

4.1 主程序
程序开始，从输入单元检测输入量，首先判断KM是否闭合，如果闭合，说明电动机已经处于运行状态，此时应无法按下启动按钮，若KM未曾闭合，则说明电动机处于停机状态，可以按启动按钮。接着判断启动按钮是否按下，若是，则继续下面的程序，若否，则重新检测。如果按钮已经按下，则检测电动机是否启动，若是，则继续下面的程序，若否，则转入欠压保护子程序，若是电动机已经启动，则判断起动是否成功，若是，则继续下面的程序，若否，则转入起动保护。如果电动机已经正常起动，则绿灯亮。接着判断停止按钮是否按下，若否，则继续下面的程序，若是，则程序直接结束，开始下一次扫描。
如果停止按钮并未按下，即电动机仍然在运行中，则进行运行过程中的故障判断，首先检测是否发生短路故障，方法是:检测三相电流，再判断Imax是否大于整定值，若是则跳转至保护动作子程序段，电动机起动短路保护，警报响，并且短路故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故障，方法是:检测三相电流，判断是否有某相电流为零，或者检测Umn，判断是否不为零，如果其中之一满足，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动断相保护，警报响，并且断相故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压故障，方法参见欠压保护子程序说明。接着判断是否发生接地故障，方法是:检测I0，若大于整定值则跳转至保护动作子程序段，电动机起动接地保护，警报响，并且接地故障指示灯亮。接着判断是否发生过负荷故障，方法是:检测三相电流，若到达整定时限后，电流仍大于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动过负荷保护，警报响，并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障，则程序完成一次扫描，再次从条开始，进行第二次扫描，所以结束是指一个循环的结束，并不是整个程序的结束。
4.2 欠压保护子程序
在该程序段中，采集A相和C相的电压量，求出其平均值，再与整定值相比较，若小于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动欠压保护，警报响，并且欠压故障指示灯亮。若未发生欠压故障，则直接结束本次循环。
4.3 起动时间过长保护子程序
在该程序段中，采集三相电liuliang，若发现在起动过程中，电流大于整定值，或在整定时间到达后，电流仍大于另一整定值，则跳转至保护动作子程序段，起动时间过长保护动作，警报响，并且起动故障指示灯亮。

1 引言
某火炮发射车为了tigao命中率，在发射火炮前，必须先进行承载平台的调平。承载平台由四条支腿和四个轮胎支撑，为了保证调平后水平度的稳定，调平时首先让轮胎离地，只让四条支腿支撑平台，以克服轮胎变形引起的平面变化。要实现自动调平，就必须使电气控制系统和液压系统在计算机的控制下，成为一个有机的整体，协调、高效、准确地运行。平台控制的关键技术是调平算法的选择和自动调平技术的实现。我们使用了2个水平传感器，分别检测前后和左右的倾斜度，而每个支腿的升高都可能引起它们的变化，因此从控制系统来看，这是一个多输入多输出的强耦合的动态过程[1]。

火炮发射平台应该满足以下要求:
(1) 调平后，平台由四条支腿支撑并与车体脱离;
(2) 调平过程应在短时间内完成，并满足精度指标的要求;
(3) 平台调平后，应进行锁定以保证平台的状态至少24小时不变。
为了tigao火炮的机动性，我们研究开发了PLC控制的自动调平系统，这种系统调平时间短，调平精度高，操作简单可靠，对tigao火炮的机动性能具有重大意义。

2 四点式平台的调平方法
图1是四点式承载平台示意图。按照对称矩形方式，采用4个垂直油缸来支撑平台。这种支撑形式具有稳定性好、抗倾覆能力强等优点，因此被广泛用于机动火炮的发射过程[2]。

图1 四点式承载平台示意图

调平系统中水平传感器安装如图2所示，水平传感器与平台的一条对角支点连线平行安装。平台有4个支点，平台重心不在两水平传感器交叉点上。如图2所示，2个方向倾角为α和β，传感器夹角为γ，则平台的倾斜度θ可以由α和β合成为:

如果2个方向的控制精度为±δ，则调平后平台的水平误差为:

从(2)式可以得到，控制度δ一定，当γ=90°时，平台的水平误差θ取小值，因此在大多数的调平系统中，两个传感器都互相垂直安装。此时

也就是说，两边的水平控制度应为整个平台水平控制度的，比如要求整个平台的倾斜度为2′，则控制时2个方向的控制度应该为。

图2 传感器安装示意图

根据水平传感器测出的水平倾角可以判断出4个支承点的高低，找出高点，按照“只升不降”的原则，采用升调平技术，把其他3个支点升高至与高点处于同一水平面后，调平过程结束。其技术关键是如何根据2个水平倾角决定各支点应该升高的高度，以及采用哪种方法去jingque控制各支点升高的高度。

3 调平的PLC实现及系统构成
由于PLC的高可靠性和接口的简易性，使用PLC实现自动调平是一种很好的方法。假定高支点高度为A，某一支点高度为B，按照升调平方法，则B点需要升高的垂直高度为AB，我们可以用下面的公式计算出该支腿升高AB时所需要的脉冲数n，从而控制该支腿升高的高度，达到调平目的。

式中ΔP是产生1mm位移的固定脉冲，可以用实验方法jingque测出支点升高1mm所需的时间，编程控制加于液压开关的脉冲个数就可实现要求的位移。

本系统选用德国Siemens公司的SIMATIC S7-300系列的PLC作为主控元件，其结构框图如图3所示。该PLC系统包含电源模块、CPU模块、模拟量输入(AI)模块、数字量输入(DI)模块和数字量输出(DO)模块[3]。通过2个水平传感器检测平台的左右倾角和前后倾角是否满足精度。检测出的倾角信号经相敏整流电路后送给模拟量输入模块。模拟量输入模块用来输入水平检测信号，自动完成A/D转换，然后送给CPU模块，与给定水平度进行比较。CPU模块作为控制器，可以发送各种控制命令，接收并处理各种数据，对整个系统进行协调控制。CPU模块输出的控制量通过数字量输出模块，控制各支腿继电器动作，从而可以控制各支腿的升降，达到调平目的。液电压力开关可以检测各个支腿是否着地，避免虚腿调平。支腿着地时，对应的液电压力开关就会闭合，数字量输入模块对应的输入信号就为高电平;反之，支腿悬空时，对应的输入信号就为低电平。CPU模块根据读入的数字量做出相应的处理。

图3 调平系统的结构框图

4 系统的工作过程
本系统的工作过程与系统的软件流程相对应，分为四大模块，分别是:差动着地模块、手动调平模块、自动调平模块、自动撤收模块。根据平台的倾斜度，整个调平过程分为粗调和精调，倾斜度大于5°时，系统粗调，各支腿的动作速度较快;倾斜度小于5°时，系统精调，各支腿的动作速度较慢。其工作过程为:
(1) 启动电机，送启动信号给PLC;
(2) PLC接收到启动信号，执行程序;
(3) 差动放腿40s，保证所有调平支腿着地;
(4) 根据操作指令，执行调平过程:
·按下“手动调平”键，则根据发出的各支腿升降指令进行调平;
·按下“自动展开”键，系统自动读入水平传感器的倾角，判断倾斜度，自动进行调平。采用升调平技术，根据读入倾角值，判断高点，计算各支点需要升高的高度，用(4)式计算出所需脉冲数，然后把它对应加到各支腿，控制它们的高度，达到调平目的;
(5) 调平过程结束，发射车可以发射火炮。需要撤收时，按下自动撤收键，系统自动撤收所有调平支腿。

5 技术要求与试验结果
本调平系统的技术参数要求是:
(1) 调平精度≤2′
(2) 调平时间≤3min
(3) 保持稳定状态24h不变
试验证明，该系统达到了指标要求，调平时间小于1min，调平精度在2′以内，稳定性满足要求。本调平系统已调试完成，经过多次打靶实验，命中率比较高，取得了令人满意的效果。