安阳西门子S7-300代理商

1 引言
进入21世纪以来，随着连铸机技术的不断进步，使得冶金行业对连铸的高效化也有了更高的要求。连铸是紧凑型的控制，因此引入高性能计算机是tigao产量和质量的必要条件。小方坯连铸机主要为弧形渐进矫直型，铸坯半径R为8000mm，铸机作业率可达65%~85%。本文以四机四流小方坯连铸机为例介绍西门子S7 系列PLC在自动化控制方面的应用。

2 系统简介
根据小方坯连铸机生产工艺特点，该自动化控制系统由七套西门子S7系列PLC控制器和三台监控站组成。

铸流(四流)系统、公用系统、出坯系统各自一套独立的S7-400 PLC，配水系统一套S7-300 PLC，通讯网络采用Sinec H1高速以太网络。利用H1网络扩展连接到热送辊道控制系统。

S7系列PLC的CPU具有高速的数据处理能力和逻辑运算能力，而且拥有梯形图、语句表和流程图三种编程语言和可视化窗口界面，易于使用，方便灵活。

所选用的模板类型如下:
(1) 数字量输入(DI)/输出(DO)模板
DI模板选用DC24×32，DO模板选用DC24V×32， 用于控制铸机在线及离线设备，使用I/O点数总和为 1100点。
(2) 模拟量输入(AI)/输出(AO)模板
AI模板可自由组态为各类信号输入，AO信号为 4-20mA主要用于结晶器。拉矫机速度给定及剪前辊道的速度给定，反馈以及各仪表显示等功能，设定工艺参数，检测及监控等。
(3) 中央处理器和通讯处理器
S7-400中央处理器为CPU413，S7-300为CPU315，控制程序的执行、运算和储存，通讯处理器为CP443以太网处理器，用于网络连接和数据通讯从而分担CPU的通讯负担，通过CP443与热送辊道及连铸机本地PLC和监控站进行通讯。
(4) 监控站
监控系统由3台PⅢ800工控机及相应的Sinec H1网卡组成。其中2台主要用于监控铸机生产在线设备系统，另1台监控配水系统、参数设置，水量及各有关参数。

由于铸机每的控制设备和控制时序相同，因此其硬件配置也都一样。

3 计算机控制功能
从用户软件功能上看软件可分为四大部分:设备控制功能、程序通讯处理功能、铸坯数据管理程序、监控和故障报警程序, 而控制功能又包括公用设备的连锁启停, 流系统的设备联锁控制及出坯系统联锁控制以及二冷段配水控制。

3.1 公用系统的控制
主要完成中间罐车自动定位和大包回转台的旋转定位，剪机液压站的自动控制以及蒸汽风机的自动控制。

3.2 铸流系统的控制
(1) 液压剪定尺切割;
(2) 结晶器.拉矫机变频调速控制;
(3) 送引锭/脱引锭控制;
(4) 剪切液压站的自动控制。
剪机液压站油泵的自动控制,故障切换,油压控制。

3.3 出坯系统
完成推钢机的自动推钢控制以及翻钢冷床的自动控制和冷床液压站的控制以及其他在线设备的联锁控制。

3.4 二冷段冷却水控制
完成铸坯的二次水冷却，经过二次冷却水的冷却后，使铸坯完全固化。

3.5 连铸机与热送辊道的数据通讯
该通讯的建立不仅实现了连铸机的热装热送功能，而且也能够进行铸坯的跟踪，从而保证每一支钢坯的各成分参数准确无误和生产钢坯的总数。

3.6 控制软件
整个连铸机生产控制的软件采用STEP7完成，具体内容如下:
(1) 确定模板的槽位以及各个模块的I/O地址
编程的首要工作是对PLC的硬件配置，确定各个模板在S7-400站中的位置，对I/O模板分配地址，并确定以太网地址，以及网站间通讯作业的定义。

(2) 编制梯形图以及语句表程序，完成各种设备的控制
a) 采用模块化思想，将每套设备的动作情况以及有一定独立性的动作顺序编写在独立的程序块或功能块中，由组织块调用这些块。这样便于查找故障，也能了解设备的功能情况。
b) 可用梯形图完成开关量的动作，用语句表完成拉矫机变频器和结晶器振动变频器的动作。

(3) 操作界面组态设计
根据工艺要求编制工艺画面，包括各设备的画面，对主要数据:拉矫机的给定速度、实际速度、给水量等历史趋势，完成对各个设备的操作运行情况的监控，以便出现故障后能快速查找故障发生的时间，以及故障的原因。
4 自动化控制系统功能的实现
4.1 结晶器、拉矫机变频调速控制
拉矫机和结晶器振动装置采用变频器调速系统,拉矫机变频器的启动、停止以及调速由PLC发送给拉矫机变频器，拉矫机的实际速度FM经光电隔离后再反馈给PLC，然后由PLC传送给相应仪表显示实际值。结晶器振动采用同调方式，即振动频率随拉速变化而变化，即根据下面的公式，来控制结晶器振动频率f:


计算出振动频率f由PLC发送给结晶器振动变频器，使结晶器的振动适应于拉速变化，系统框图如图1所示。

图1 结晶器、拉矫机变频调速控制系统框图

4.2 二冷段的配水
二冷水系统分四段配水即零段、Ⅱ段、Ⅱ段、Ⅲ段,具有手动和自动控制功能，包括水量分配，水表设定，跟踪调节，水liuliang、压力、温度等的显示。配水系统有两部分组成，现场的连续跟踪调节由PLC完成;水表的设定及修改，记录、打印由监控系统完成。

配水的好坏对铸坯的质量起很大作用，按理论上较理想的配水曲线应该是一条二次曲线F=aV2+bV+c，如 图2(a)所示。

图2 配水曲线

实际上计算a、b、c系数是十分困难的，所以我们用三段直线近似曲线的方法，如图2(b)所示，即每一段的配水根据拉速的变化计算三条直线的值，每一段确定参数a、b的系数，V是拉速，根据钢种和浇铸断面确定a，b的数值，根据拉速的变化计算出F1，F2，F3的值，取Fmax=(F1，F2，F3)作为每段水量的给定值，如图3所示。

图3 控制系统框图

由于直接的模拟量输出调节会导致阀门动作过于频繁，从而严重影响其使用寿命，所以不能直接输出阀门的开度，而是通过控制阀门的开关时间来调节给水量，因此采用比率调节器控制(即采用开、关占空比)见图4。由于水量的变化主要是随着拉速的改变调节水量的，因此获得准确的拉速是非常必要的。为了防止外界的干扰，速度反馈取自变频器的频率输出端(FM)并通过一个专门制作的电路板进行光电隔离进入PLC，比率调节器输出电路图如图4。

图4 输出电路图4.3 剪切机定尺切割
本剪切机剪切方式有碰球定尺和非在线定尺切割:
(1) 碰球定尺
即切割机定尺脉冲信号由定尺碰球发出，但由于钢坯表面的氧化皮的导电率差，尽管碰到了碰球，但不一定接触良好，为防止误切,系统利用拉矫机速度信号进行积分运算来计算坯长，并与定尺信号进行比较，确保定尺信号的准确性。
(2) 非在线定尺切割
利用专门的非在线式铸坯长度测量装置，根据热坯热辐射的原理，通过探头锁定铸坯在导轨内的区域，当铸坯进入区域并占满整个区域后发出定尺信号，然后再给出剪切命令。

4.4 送引锭/脱引锭控制
当发出自动送引锭指令后，通过夹紧辊把引锭杆送入拉矫机下，再由拉矫机控制系统将引锭杆高压夹紧送入结晶器下方，当发出浇铸指令后结晶器振动系统和拉矫机同时启动，PLC系统检测拉矫机实际速度，计算实际距离，依次将引锭杆从二冷段抽回，当引锭杆引出拉矫机后，拉矫机转为低压夹紧进入正转拉坯过程，引锭杆自动脱头并夹紧进行自动存放。

4.5 连铸热装热送的控制
该控制功能是将热坯经过输送辊道和其它传递设备送至轧机加热炉，在传送过程中不仅要检测钢坯位置，还要记录当前位置的钢坯信息。

当选择热送方式时，冷床系统自动作为备用，推钢机自动与热送设备联锁运行;当选择非热送方式时，冷床自动启动，推钢机与热送设备解锁，在运行过程中，可做到冷床与热送的随意切换，即在热送方式时，随时可转入冷床，反之亦然，增强了热送系统的灵活性、实用性。其钢坯跟踪过程如图5所示。

图5 钢坯跟踪过程示意图

其工艺控制过程如图6，钢坯信息传输格式如图7。

图6 工艺控制过程


图7 钢坯信息传输格式

5 结束语
连铸机系统中采用PLC控制后，不仅降低了故障率，tigao了生产效率而且结束了以前大部分作业必须手动完成的历史，因此，从某种意义上讲PLC的使用不仅降低了人力物力资源，在很大程度上也降低了工作人员的劳动强度，同时减少了很多不安全因素。更重要的是在生产中的配水和切割等重要环节通过采用数学模型及其它方式完全由PLC完成计算和控制，不仅tigao了作业的jingque度也大大tigao了铸坯的质量。由于采用PLC控制后不仅取得了极好的经济效益，而且具有很强的实用性和可移植性，因此在同行业及其它相关行业中具有很高的推广价值。

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。