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1、引言

在国产高压变频器的设计中，为了提高高压变频器内部控制的灵活性以及在现场应用的可扩展性，通常在高压变频器中内置PLC。自从20世纪70年代台PLC诞生以来，PLC的应用越来越广泛、功能越来越完善，除了具有强大的逻辑控制功能外还具其他扩展功能:A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速记数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，并可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使其控制水平大大提高。

本文以广州智光电机有限公司为攀钢集团成都钢铁有限公司污水处理厂设计生产的国产高压变频器ZINVERT-H800/B10为例，介绍了三菱PLC在高压变频器控制系统中的运用。

2、广州智光电机高压变频器简介

广州智光电机有限公司推出的新一代高性能ZINVERT系列智能高压变频调速系统为直接高－高型变频调速系统，通过直接调节接入高压电机定子绕组的电源频率和电压来实现电动机转速的调节从而达到节能的目的。它是集大功率电力电子控制技术、微电子技术、高速光纤通信技术、自动化控制技术和高电压技术等多学科为一体的高新技术产品。该产品采用主流高性能专用双DSP控制系统和大规模集成电路设计，通过jingque的数字移相技术和波形控制技术实现了高压电机的灵活调节和能耗控制。

3、PLC在国产高压变频器中的设计使用

3.1 PLC主要逻辑控制

（1）用户要求高压变频器在出现故障停机时能快速自动切换到工频旁路运行，笔者给高压变频器专门配置了可以实现自动旁路功能的旁路柜，如图1所示，K1～K4为手动操作刀闸，J1～J3为高压真空接触器。在变频器发生故障时，旁路柜可以在几秒内完成从变频到工频的转换;而变频器在工频运行时，通过1个按钮就可以实现变频器从工频到变频的转换。这样的控制要求增加了变频器整机控制逻辑的复杂性。

图1 自动旁路柜

自动旁路柜控制逻辑简要介绍如下：

变频调速系统退出变频转工频运行有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，当变频器发生停机故障时变频器自动从变频转工频;选择手动方式时则需人工操作。

变频调速系统退出工频转变频运行也有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，只需在控制柜上按一个按钮，变频器就自动完成从工频转变频;选择手动方式时则需人工操作.

（2）PLC控制系统原理图

PLC主机选用输入输出点数48点，型号为FX2N-48MR，PLC作为系统逻辑量控制的控制核心，在自动旁路柜的逻辑关系控制中起着至关重要的作用。PLC控制系统原理图如图2所示。

图2 PLC控制系统原理图

旁路柜的逻辑控制要求比较复杂，采用PLC控制，接线简单，提高了可靠性;旁路柜的逻辑更改也变得很简单，只需修改PLC梯形图程序就可以了，很方便满足用户现场的控制要求。

（3）PLC功能指令实现高压变频器PID闭环控制

用户现场对变频器闭环控制提出的要求是:变频器能够根据用户系统用水量的变化，自动调整变频泵的转速，实现管网恒压供水;同时还可以在液晶屏上设定压力目标值。

针对用户的要求，PLC另外配置了模拟特殊模块FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD为模拟输入模块，有四个输入通道，大分辨力12位，模拟值输入范围为-10V～10V或者4～20mA;FX2N-2DA为模拟输出模块，有2个输出通道，大分辨力12位，模拟值输出值范围为-10V到10V或者4到20 mA。这样通过读取指令（FROM）和写入指令（TO），以及PLC带有的PID闭环控制功能指令（如图3所示），就可以实现对用户现场的管网水压进行PID闭环控制。

图3 带有的PID闭环控制功能指令的PLC 程序

其具体编程过程是这样:PLC读取指令（FROM）读取用户水压反馈值，把反馈值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D12数据地址里; 把用户的水压设定值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D10数据地址里;D200～D222保存PID的运行参数;D14为PID指令的运算值输出，通过PLC的写入指令（TO）把PID闭环运算结果D14写入模拟输出模块，再通过模拟输出模块转换成-10V～10V或者4～20mA的模拟信号送入高压变频器控制器进行频率设定。

在进行PID运行参数设置时，P、I、D的参数设定尤其重要，其设定的好坏直接关系到管网水压控制的好坏。P表示比例增益，设定范围为0～99(%)，比例调节设定大，系统出现偏差时，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例增益，会造成系统不稳定;I表示积分时间，设定范围为0～32767(*100ms)，积分时间越小，积分作用就越强，反之I越大则积分作用弱;D表示微分时间，设定范围为0～32767(*10ms)，微分调节有超前的控制作用，合适的微分时间能改善系统的动态性能。

攀钢污水处理厂供水管网比较庞大，管网水压对水泵转速的变化响应比较缓慢， 因此PID的计算速度不能过快，即比例调节不能过快，否则如果管网水压突然变化大时，变频器的调节容易形成较长时间的振荡。根据这一情况，如图3所示，可以在PLC控制程序中加入PID间隔计算时间 （T0）以及PID运算死区（M0），这样就可以把PID的计算速度调节至与管网水压变化速度相一致，避免管网水压震荡。

（4）PLC功能指令实现PLC与变频器上位机通信

为了使变频器上位机能对PLC进行显示、报警及记录，PLC还配置了通信模块FX2N-232BD，实现与变频器上位机的串口通信，通信编程指令如图4所示。

图4 通信编程指令

PLC RS232串口通信可使用无协议（RS指令）或专用协议与上位机进行通信，本例中使用无协议与上位机进行通信，如图四所示:D8120用于设定PLC通信格式，D50表示发送起始地址，K60表示发送字节数量，D150表示接收起始地址，K20表示接收字节数量。

4、结束语

高压变频器自动旁路柜采用PLC进行旁路逻辑控制，通过在攀钢污水处理厂运行的智光高压变频器模拟故障说明，高压变频器自动旁路柜在从变频转工频，工频转变频的相互切换非常方便，能在10s以内完成，大大提高了水泵运行的可靠性。现场PID闭环控制效果非常理想，水压波动非常小，波动在超过0.1kg时，变频器能迅速调节转速，把水压控制在设定范围内，调节转速时不会产生任何振荡。同时通过PLC与高压变频器控制器的串口RS-232通信，在高压变频器液晶屏上能监视系统管网水压及PLC各种状态量。

1、前言

　　中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。水冷系统用于棒材温度控制。轧制过程中必须通过成组区主要接收来自冷床的棒材，并通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。

　　该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其成组系统采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了轧制过程中棒材的摆放整齐、定支、运送控制。

2、系统组成

　　基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200／1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I／O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板B176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I／O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。

操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时加速器板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控，主要功能有：（1）成组系统的自动/手动的启停（2）棒材支数设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。成组系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。

3、软件实现

包括系统软件和应用软件。

（1）系统软件：
ABB Master Piece200中央单元是一高性能32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中，系统软件包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。

（2）应用软件
应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABB Master Piece语言（AMPL）编制，实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多该语言根据工业控制要求，将编程元素设计成一个个图形功能块，称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序结构的高层，旨在完成一个完整的控制功能，一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM，而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM，从而使整个程序结构呈阶梯状，实现了结构化设计。

另外，在CPU内还有一个实时数据库，它的作用是存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素，这些元素包括过程站所使用的的I／O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。

4、控制功能

4.1工艺设备
成组区主要接收来自冷床的棒材，通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。
成组区包括以下设备：
拆叠装置(DPAS)、对齐辊道(LIN)：100 个带槽辊
成组设备：（1） 磁性成组小车(FT)；（2） 成组输送链(FC)；（3） 磁性手指(MF)；（4） 支撑活板(SFL)
提取传输设备：成组移送小车(ET1，ET2，ET3,MET)
成组区工艺流程图如图：

4．2 对齐辊道 (LIN)

对齐辊道位于冷床的出口侧, 由100
个带槽辊组成，每10个为一组,冷床尾端有一个固定缓冲机械挡板将钢材头部对齐。使用的辊道段由操作员或自动地根据轧制表设定.
由MCC控制正转(反转已取消)。运行状态有间歇或连续运行。间歇周期允许辊道起动条件：冷床起动周期信号延时、延时停止（T2）。

4．3 成组和传输区
4．3.1 概述
在这个区域用相同的设备接收来自冷床的棒材，通过磁性手jingque地将棒材摆放紧凑，成组并传输到辊道。
本区包括以下设备：
成组设备：
（1） 磁性成组小车(FT)；
　　（2） 成组输送链(FC)；
　　（3） 磁性手指(MF)；
　　（4）&nbs

;支撑活板(SFL)
提取传输设备：
成组移送小车(ET1...ET10,MET)

　　4．3.2 功能描述

4．3．2.1 磁性成组小车
为保证连续成组，提供两组同样的小车（A和B）。两组小车轮流工作，一组总是停在收集区（上部位置：从冷床接收棒材），而另一组向提取小车上卸钢材，或返回停放位置或一直停放(下部位置).

每个单元通过一齿轮箱由直流电机单独驱动。并配备以下传感器：两个编码器（速度和位置控制）、两个接近开关（用于位置编码器复位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、两个接近开关用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四个限位开关(电机紧急停止：DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B）。

4．3．2.2成组输送链

成组输送链有三组，每组通过齿轮箱由交流电机驱动。为每部分配备下列传感器：一个脉冲发生器和安装在马达上的过热电偶。成组输送链和磁性成组小车同步，这样钢材能够按要求的距离放置。成组输送链的检测元件:两个接近开关用于检测钢材在链子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、计算机给出速度给定值到变频柜（AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同时监视编码器的工作电压（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。

收集期间传送链与成组小车的运动总是同步的, 当成组完成后, 成组小车和传送链在小于冷床周期时间的短时间内移到提取区。成组小车轮流运行。

每组棒材由N根组成(在OS设定)。
成组小车从停止位置上升以后, 小车移到适当位置收集该组的根棒材， 在每个冷床周期，通过限位开关检测到的固定横梁后一齿上的棒材被装入成组小车上, 棒材计数器N1加一，棒材装入小车以后(冷床周期开始后一恰当时间)，如果N14．3．2.3 电磁手。电磁手用于在成组区抓起棒材且正确地放在成组小车上。提供两套手指“A”和“B”在小车定位时夹持钢材。当两根棒材被同时卸下时，（双齿槽周期）两套手指同时使用，否则用一套。手指到冷床的距离可根据根据产品尺寸进行机械调整。

4．3．2．4 支撑活板

活板和磁性指有相同的功能, 它们同时应用. 它固定在冷床架上. 配备两套活板(A,B), ,用于在小车定位期间抓起棒材，它们和磁性指一样以相同的周期工作。

检测元件有: 两个接近开关分别检测两套活板的下部位置（DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作员控制(CP3): 活板升/降控制。

4．3．2．5 棒材组传输设备

该设备分成四部分: 部分包括一个电磁提取小车; 其余部分为提取小车。提取顺序和在辊道上的输送

　　1 后一组成组小车步进信号和提取小车在停止位置(P1): 提取小车上升并磁化.
　　2 小车在收集位置: 成组小车去磁并下降.
　　3 成组小车在下部位置: 成组小车返回等待位置. 一个传感器( 由安装在冷床固定齿上的凸轮装置驱动)检测返回行程. 同时, 小车上升到高(*1)
　　4 提取小车在上部位置, 来自位置变送器和个提取小车传感器的信号并加延时Ts(*2):提取小车向辊道方向前移
　　5 如果辊道正运行或(和)检测到上面有原料, 提取小车停在中间位置(P2)(*3).
如果辊道和夹送辊停止并且没有检测到辊道上有原料:提取小车前进至卸料位置P3, P3在辊道中心位置(*4).
　　6 提取小车在位置P3(*3): 提取小车下降.
　　7 组提取小车去磁并降至低位置,所有小车降低, 所有提取小车返回停止位置(P1)，辊道启动。

ET1有上、中、下三个位置检测;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置检测; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置检测。在水平方向上, 每组小车分别有左右超限检测和上料位置检测开关. 在程序中, ET动作先后有如下七步，循环做矩型运动.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSU

LOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT；

(5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK
水平方向运动时，将水平位置给定（0，300，1460）赋给ET_POSREF, 后通过COM_CV01元素的I4ORD1和I4ORD2端通讯到四个小车的传动系统,控制设备动作.

4．4 拆叠缓冷系统

该系统用于弹簧扁钢. 对弹簧扁钢来说, 只用到60m 的冷床, 扁钢需要缓慢冷却. 因此它们被组成叠状送入冷床. 当进入卸货区域以后，扁钢被一个接一个卸下. 拆叠缓冷系统的主要设备：（1）拆叠设备(Unstacking)；（2）提升设备(lift)；（3）倾翻设备(tilt)；（4）升降挡板(stop)

5、应用效果

该系统自97年底投运以来，运行可靠、稳定，大大提高了其工作效率，保证了轧钢生产。

一、概述

　　本文以某钢铁厂150t转炉为背景，其自动化系统的配置使用了Schneider自动化的Quantum PLC(培训)。项目由三部分组成：转炉本体、氧枪和原料，对应三套PLC(培训)控制系统。系统模拟量约2000点，数字量点约3000点，调节回路18个。


　　二、主要工艺图：

　　三、系统控制内容及功能要求

　　1、氧枪部分

　　（1）氧枪控制：检测降枪条件，控制吹炼过程中一系列连锁动作。
　　（2）氧枪定位控制：采用增量型编码器，自动判断出吹炼位置。
　　（3）变频器(培训)控制：氧枪水泵、汽包给水泵、设备水泵等重要设备全部由变频器(培训)控制。
　　（4）溅渣护炉：转炉的顶底复吹自动控制。采用顶吹中压氮气，将炉内剩余残渣吹至转炉炉壁上。
　　（5）倾动控制：对转炉进行前倾、后倾操作，保护氧枪。


　　2、原料部分

　　控制炼钢所需散装料和合金料的备料及下料。散装料和合金料通过料仓、给料器、称量料斗、溜槽、皮带机及下料溜槽进行控制及连锁，完成定量散装料和合金料的加入工作。


　　3、仪控部分

　　主要包括汽包液位及调节、除氧器水位及调节、顶吹氧气流量调节、底吹模式及流量调节、二文液压控制以及温度、压力、流量等基础数据的采集处理。


　　4、转炉一次除尘引风机

　　主要完成对风机转速控制、煤气回收各阀门控制、仪表参数的采集处理。


　　四、重点及难点

　　（1）氧枪定位采用增量型编码器，通过1756-HSC高速计数模板采集编码器的脉冲信号，经CPU运算处理成工程量位移信号。
　　（2）利用参数文件，实现了调用同一个画面，控制不同料仓的功能。
　　（3）在吹炼期和非吹炼期，风机采用高低速控制，两种速度转换时采用步进式调节。
　　（4）在出钢或出渣的同时可手动升降氧枪，启动刮渣器，进行刮渣。
　　（5）各系统间数据通讯采用环形快速以太网，在网络介质遭到破坏时，能够保证网络继续稳定运行，同时生成报警，通知维护人员对进行处理。


　　五、系统组成

　　六、解决方案：

　　以下是氧枪PLC(培训)硬件配置

　　七、操作站的主要工作

　　1、大数据量高速数据处理。模拟量约2000点，开关量约3000点。
　　2、长期历史趋势查询功能。可保存上百点的历史趋势一个月。
　　3、调节控制功能实现。控制调节回路18个。
　　4、逼真的生产工艺流程再现。工艺流程画面120余幅。
　　5、事件报警处理。记录时间一个月，报警条目600条。
　　6、快速、良好的动态响应能力。通过人机交互实现快速生产设备控制。