宝鸡西门子S7-300代理商

介绍S7-300可编程序控制器在电炉控制系统中的应用及电极升降控制的原理。
　 炼钢电弧炉是将废钢或还原铁装入炉内，使之与三根人造石墨电极之间产生三相交流电弧，将炉料熔化并冶炼成钢的炉子。本系统的电极升降是利用弧流的设定值与实际值比较差动调节，当设定值大于实际值，电极下降，反之上升，终达到平衡点进行稳弧冶炼的过程。我公司16#电弧炉就是利用这一原理采用PLC自动采样、自动控制电极升降，从而实现冶炼过程的自动化。
1 PLC系统硬件配置
　 如图l所示．电源模块总是安装在机架的槽，CPU模块安装在第二槽。S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上,模块通过U形总线连接器连接,每个模块都有一个总线连接器，插在各模块的背后。安装时先将总线连接器插在CPU模块上．并固定在导轨上，然后依次装入各个模块。通过对CPU及DI、DO、AI、AO各模块的组态，保证各开关量的输入、输出控制及弧流、弧压的采集，并通过模出控制电极升降。

2 PLC系统编程应用
2.1 主程序结构
　 系统主程序由OBl完成，如图2所示。

　
　 组织块Obl:在选择自动档位时调用FB3、FC1O、FCll、FCl2来自动完成模入、模出、比较、PID调节等功能。
　 功能块FCl:是来自三相弧流弧压模数变换环节，由模拟量转变成数字量。
　 功能块FCl0、FCll、FCl2:用来限制实际弧流弧压大值、小值是否运行在这个参数之间，如出现偏差及时保护。
　 功能块FB3:是运行PID闭环调节的功能块。
　 数据块DB:用来分类储存设备或生产线中变量的值，数据块也是用来实现各逻辑块之间的数据交换、数据传递和共享数据的重要途径。
2.2 参数功能表
　 电弧炉冶炼电极升降过程必须采取闭环控制方式，才能使系统稳定工作，所以我们在PLC里引入功能块FB3(图3)并设置了PI动态调节、限幅及死区调整等环节。

　

表1　　 FC3功能表
IN0 实际弧流I实
IN1 实际弧压U实
IN2 计算过的给定值（外部）
IN3 内部设定值
IN5 内部设定值
IN4 内部设定值
I07 内部设定值
I08 内部设定值
OUT 输出

　


2.3 电极升降系统PI工作原理
　 根据冶炼工艺要求来设定弧流I0(要求实现的电流值)、弧压UO(变压器五档调压)，电炉引弧期间，电极升降频繁，怎样使它既不断弧又要在佳工作状态，我们引入了比例积分调整环节。
　 比例部分
　　 I实-　 IO/UO×U实×1.732=±I07
　　 I07×IN3=KP
式中，I实一实际电弧电流值；I　 O一设定电弧电流值；UO一变压器五档位选定电弧电压值；U实一实际电弧电压值；I07一运算过的电流值；IN3一可调整的比例倍数；KP-比例系数(存放在功能块DBl.DBDl2处)。
　 积分部分
　 IN4/IN5×DB1.DBD4=DBl.DBD8
　 (DBl.DBS×I07)+I08=DBl.DBD20
式中，IN4(DB6.DBD48)、IN5(DB6.DBD4)、 DBl.DBD4一可调整的积分时间常数：DBl.DBD8一积分时间常数；DBl.DBD20--积分
　 累加系数。
　 ,功能块输出OUT可表示为
　 OUT=DB1.DBD12+DB1.DBD20
式中，DBl.DBDl2一比例系数：DBl.DBD20一积分累加系数。
　 当I07差值为正时证明实际弧流大弧压低电极上升；为负时证明弧流小弧压高电极下降。电极上升下降反应速度由PI调节常数设定，比例、积分常数可根据不同情况进行调整．在调试中修正。此外还有死区控制(又称冶炼稳定区)，输出值一旦进入此区，系统自检定为稳弧区(电极波动≈0)，也就是给定值、弧流、弧压三个量关系的平衡，以保证弧流的稳定。为防止断弧还要有上升下降速度限幅，一般使上升、下降限幅值设为0.5：1即上升速度为下降速度的50％,此值可根据实际情况进行调整。调整时要适当改变比例、积分时间常数及上升下降速度限幅值，以保证电炉顺利引弧并使冶炼电流平稳。
　 本系统电极控制为液压式．通过控制阀将电信号变换成液压信号，用液压缸直接移动电极架的方式，由于消除了旋转部分的惯性，所以起动特性良好。从输入信号给出以后，到电极达到高速度的时间为40～80ms左右。

1 前言
　　
烧结矿作为高炉冶炼的主要原料，其质量直接影响高炉生产。安钢360m2烧结机于2005年6月投产以来，运行一直很平稳，该系统主要向安钢2200m3高炉提供优质烧结矿。该系统自动化控制系统采用先进的网络结构和PLC软硬件设备，并应用先进的烧结工艺优化控制软件技术，实现烧结生产过程自动控制、监控及管理，为安钢烧结生产走向大型化迈出了一大步。

2 自动控制系统构成
　　
自动控制系统实现对整个烧结机生产设备的联锁控制，实时数据的采集与分析，过程与设备状态的监控与报警，过程趋势数据的采集与处理，报表打印，画面显示。完成了生产设备的基础自动化及过程计算机控制。各个PLC站、上位监控机、工程师站之间采用双环路光纤配置的TCP/IP工业以太网连接，构成了烧结生产的综合监控网络。

根据烧结工艺对自动化系统的要求，360m2烧结机计算机自动控制系统采用施耐德Quantum 140 系列PLC（CPU模板：140 CPU 53414A；通讯模板：140 CRP 93200，140 CRA 93200，140 NOE77101；输入模板：140 DAI75300，140 ATI03000，140 ARI03010，140 ACI03000；输出模板：140 DRA84000，140 ACO02000）可实现配混系统、烧冷系统、成品整粒系统、主抽风系统、主粉尘系统及电除尘卸灰系统的逻辑顺序控制，对主抽风机、点火炉等生产工艺的数据采集处理及回路控制。系统网络配置简图如图1。

系统由5台PLC、3个工程师站和10个监控站组成。基础控制层采用Quantum 140 系列PLC，PLC主站与分站之间采用远程I/O方式扩展。各PLC站通过网络通讯模板、交换机、TCP/IP工业以太网与工程师站或监控站可进行通讯，传输速率为100M pbs，传送介质为超五类屏蔽双绞线。系统具强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、体系结构可扩展的特点，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通讯模板、电源和底板等。监控系统（HMI）采用Inbbblution公司的iFIX3.5监控软件，实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。操作系统为bbbbbbs 2000，编程软件采用Concept2.6，它支持5种IEC标准语言，系统提供了派生功能块（DFB），并可在Concept2.6应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改DFB功能块即可。

3　系统功能　　
　　
3．1电气控制
　　
根据工艺要求和现场实际情况，系统从整体上分为机旁操作和计算机联锁运行。机旁操作是指操作人员在现场操作箱上进行设备的启动、停止及设备运转速度设定。当一台设备于机旁操作状态时，不再参与系统的其它联锁。计算机联锁运行是指处于自动运行的所有设备每一时刻都参入各自联锁条件，如运行安全联锁、工艺参数联锁、启动或停止顺序联锁等，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带堆料。以配混系统为例，阐述控制原理。如简图2。

图2

在圆盘配料系统中，给料量主要由圆盘的转速决定，并且与圆盘的转速成线性比例关系。处于机旁手动操作方式时，操作工可手动调节操作箱上电位器来控制变频器频率，从而控制圆盘给料机的转速。处于自动运行方式时，中控室操作工可从上位监控机设定liuliang给PLC，同时电子皮带秤测出一个实际liuliang信号反馈回PLC参加PID运算，后，得到一控制量，通过MB+网控制变频器，从而控制圆盘给料机的转速。达到控制物料liuliang的目的。配1、配2、混1等皮带机自动控制程序上做了严格的连锁控制，避免了下游设备故障停机引起上游皮带堆料问题。

3．2仪表控制　　
　　
（1） 信号的采集与处理
　　
利用Concept 2.6软件特有功能，针对不同的模拟量输入信号和不同参数需要，分别编制了工程量转换、偏差、上下限报警等各种信号处理的DFB，在控制程序中可直接调用这些功能块。实现了混合料矿槽料位测量及上下限料位报警，煤气liuliang、空气liuliang的累计及瞬时显示，煤气与空气压力测量，低压煤气切断，负压测量与显示，烧结料层厚度检测。实现了主抽风机入口liuliang检测，进口废气负压、温度测量，高压电动机的轴承、定子温度测量及风机轴承、温度、振动的测量及超限报警和停车等。
　　
（2） 点火炉温度控制
　　
点火炉燃烧控制是烧结工艺的重要环节，该系统可分为点火liuliang控制和点火温度控制两种方式。liuliang控制为操作员在上位监控机设定量值，给PID调节器的SP端，反馈信号给PID调节器的PV端，然后经PID运算后输出一开度信号来确定调节阀的开度。点火温度控制为操作员在上位监控机设定一温度值，经PID调节程序输出一煤气liuliang值，终达到调整煤气liuliang的目的。

4 系统特点
　　
（1） 故障报警及自动生成报表。当出现故障时，监控画面将以警示色提醒用户，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印很方便。
（2） PLC电源模板冗余，并采用UPS供电，保证了系统的安全性和稳定性，有效地减少故障停机时间。
（3） 上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，而且系统故障率低，可靠性高，操作简便，控制功能和精度满足生产工艺要求。

一、概述
真空包装机是广泛应用于包装行业的一种机械设备，原有设备大多为继电器控制，故障率高、稳定性差、功能单一。由于V80系列小型PLC具有可靠性高、及完全采用硬逻辑实现解析等特点，为了tigao产品性价比和可靠性，采用V80系列PLC开发出了真空包装机专用PLC控制系统，使之集成了多种功能于一身，并取得良好经济效益。

二、工艺要求
真空包装机具有四种功能档位：封口、手动真空、自动真空和充气。四种功能由旋转开关进行切换，切换时要求能够立即终止正在进行的功能，内部寄存器和输出需要必须复位，再开始新的功能过程。设备设置一个脚踏开关由触发过程输入控制。
工艺过程描述如下：
1、封口过程

2、手动真空过程

3、自动真空过程

4、充气过程
充气包括2个选择:充气1和充气2，由档位开关选择。
充气1过程是：真空－>充气（定时器1控制充气时间）－>封口。
充气2过程是：真空－>充气（定时器1控制充气时间）－>真空－>充气（定时器2控制充气时间）－>封口。

三、系统配置
V80系列PLC是一款高性能、低价格的小型可编程控制器。具有简易人机功能，支持数码管显示和键盘输入功能，且不占用I/O点，可以方便地将3个时间值设置到PLC，取代了易损坏高成本的时间继电器。V80系列PLC是真空包装机系统的控制核心，通过它控制的外围设备有真空泵、充气泵、加热电丝和位置检测开关等。
V80系列PLC配置如下：

四、程序设计
真空包装机控制程序设计的难点在于档位切换脉冲的实现和过程切换时当前过程输出需要复位。档位切换脉冲的实现由输入状态的改变产生一个上升延脉冲完成，程序如下图：

过程切换的关键是要复位中间寄存器和输出变量，（SET）指令必须在切换脉冲产生时执行（RST）指令，寄存器复位为0。

五、结束语
真空包装机电气控制系统由V80系列PLC构成，与原先PLC构成的电气控制系统比较具有明显的优势，主要表现在通过简易人机代替了多个时间继电器，节省了PLC的IO点和避免了时间继电器容易损坏的问题，tigao了设备的可靠性，产生了良好的经济效益。
在真空包装机中的应用表明，V80系列PLC是一款性能价格比较高的小型可编程控制器，较适用于小型机械设备的电气控制系统，主要体现在以下几点：
1、价格低，能很好的控制设备成本。
2、具有简易的人机功能。
3、编程简单，电气工程师上手容易。
4、优异的在线编程和监控能力，非常实用于现场调试。