西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8常备现货
1 引言
莱钢中型厂加热炉采用连铸坯，实现了坯料的热装、冷装及热缓冲工艺，其中热装比例达80%。加热炉采用步进式加热炉，加热能力130t/h，年设计加热量52万吨。使用燃料为高、焦炉混合煤气，分6段加热,加热到1250℃出炉。
2 系统配置
(1) 系统硬件组成
系统由1台控制器和1台工作站构成。控制器采用日本东芝公司MCS1000系统，该控制器有控制回路32路，控制点数1200余点。工作站采用东芝FA3100工控机。该控制器可接4个操作员接口站，工作站通过光纤连接到控制器上。控制器通过以太网和网关连接到远程过程级计算机。该系统配置图如图1所示。
(2) 系统软件
控制器采用日本东芝基于分散控制系统DCS的集总式控制系统TOSDIC-CIE1000，它是一种开放性的可灵活改变规模的控制系统，采用ENGINGEERING TOOL为控制软件。操作员接口站由OIS1000系统构成，采用INbbbLUTION公司生产的基于bbbbbbS操作系统的 FIXDMACS 5.65为监控软件。该监控系统具有人机交互、通讯、显示及存储、打印等功能，主要用于数据、图形显示，机组状态监控，机组数据输入，信息存储等各种有关操作的功能画面。操作的功能画面主要有两类，一是显示操作画面:本画面一方面显示数据，显示方式为数字、曲线、棒图、历史趋势等。另一方面，具有功能软开关、软按钮等供操作人员进行操作。 二是工艺流程画面:显示设备的工艺布置、工艺流程及相应的检测数据。OIS1000标准屏幕管理流程如图2所示。
3 系统控制功能
3.1 炉温控制
加热炉被分成上下预热、上下加热、上下均热6个温度控制区。区温度由DCS中的单回路PID控制器控制。分为C(级联)、A(自动)和M(手动)3种控制方式。其中C方式为计算机即程序加热方式，由CPU即加热炉过程级控制。A方式中操作人员可从CRT设置SV(温度设定点变量)来自动烧钢。M方式从CRT操纵MV(操纵变量)来手
图1 硬件配置图
动拖动liuliang阀门的开口度以调节炉温。温度控制器输出通过比例控制结构级联以确定助燃空气liuliang控制器和燃气liuliang控制器的设定点。每个区都配备有一对热电偶，DCS会自动选择温度较高的热电偶或有源的热电偶。
为了防止上区和下区相互干扰，提供了主/从控制方式。上区温度控制优先于下区温度控制，下区的温度由上区按操作员设定的主/从比控制。主/从控制只有在选择“主/从控制”时才开始。
3.2 区助燃空气和燃气liuliang控制
燃烧控制由燃气liuliang控制和助燃空气liuliang控制组成。2个liuliang控制均由区温度控制器控制输出。燃气liuliang和助燃
图2 OIS1000标准屏幕管理流程
空气liuliang受“双交叉限幅燃烧”控制，即便在瞬间条件下也能使空气燃气比保持在一定的范围内。助燃空气liuliang借助测量孔板测量，通过差压变送器，并用助燃空气总管的温度和压力加以补偿。燃气liuliang借助liuliang孔板测量，通过差压变送器，用燃气总管的温度和压力补偿。空气/燃气比按依据烧嘴特性和燃烧负荷及燃气热量值的空/燃比曲线自动补偿。
双交叉限幅燃烧法通过根据炉温控制器的输出来控制燃气和空气liuliang比而具有使燃/空比保持在一适当范围的功能，而每个liuliang设定值都有依据实际liuliang确定的上下限。采用这种控制，能在任何瞬间以及稳定条件下高精度保持燃烧系统的多余空气liuliang。双交叉限幅控制原理如图3所示。
炉压控制用来保持一个恒定的炉膛压力,由DCS中的PID控制器控制。炉压在均热区测量并借助于用汽缸致动的烟道闸板进行控制。为了在出料门开关期间炉压保持在一定的范围内，炉压控制器输出用前馈修正系数补偿。除了防止炉压随燃烧负荷改变而改变外，把总的燃烧气liuliang当作计算炉压控制器输出的前馈修正系数的基准值。前馈控制通过稀释闸板打开或助燃空气liuliang改变时进行补偿。补偿值由下面公式确定。
dD=[K1*(Dn-Dn-1)]闸板+[K1*(Dn-Dn-1)]空气liuliang
K1:常数 Dn:干扰量n Dn-1:干扰量n-1
当出料炉门被打开时,闸板锁定操纵控制变量MV被记忆(MV1),PID随即被锁定,MV2供给了闸板制动器,MV2用公式MV2=MV1-X%定义,X%从CRT上设定。当出料门关闭时。在T1(由软件定时器设定)时间到前，仍向闸板制动器提供MV1。
3.4 空气换热器上游侧废气温度控制
为了防止换热器温度超出预设定温度,通过向废气管道鼓入冷气体来控制空气换热器上游侧废气温度。上游侧废
图3 双交叉限幅控制原理图
气温度用一个热电偶来测量，其信号送往DCS中的PID控制器。控制器用一个信号控制位于稀释空气鼓风机入口的两只控制阀的位置。鼓风机起/停信号送至电气系统。
3.5 气体换热器下游侧废气温度控制
气体换热器下游侧废气温度控制通过控制助燃空气的空气换热器旁通liuliang保持在低温度上,以便在较低的温度下防止2台换热器受酸的腐蚀。控制器通过控制助燃空气进气管与助燃空气换热器出口管之间的调节阀(旁通阀)的位置来调节温度。
3.6 热空气泄露控制
为了使换热器温度保持在安全水平上并防止助燃空气温度过高,通过向大气泄放热空气来tigao通过换热器的空气liuliang。温度由位于助燃空气主总管的热电偶测量，其信号送往DCS中的一个温度PID控制器(TIC-3020)。同时，要求有一个防止助燃空气鼓风机喘振的小liuliang。因此，放泄liuliang由位于放泄阀管道上的孔板测量，其信号在经过压力和温度补偿后送往DCS中的liuliangPID控制器(FIC-3030)。TIC-3020与FIC-3030之间的高选信号将控制位于热空气排放系统中的放泄阀(TCV-3020)。在燃气总管的切断阀关断的情况下，TCV-3020由小于T1(助燃空气)和T2(气体换热器下游处的排气温度)的TIC-3020，FIC-3030及TIC-2081中的高选信号控制。TI，T2:由操作员预设定温度。
3.7 燃烧安全和切断系统
由于加热炉使用的气体为混合煤气，为了保证人和设备安全,燃烧控制在出现下列情况之一时要自动停炉或自动锁定。煤气切断后自动进行氮气吹扫。此外，在操作台发出报警闪光和声响。
(1) 自动停炉的因素
a) 电源“故障”
b) 仪表压缩空气动力压力“低”
c) 助燃空气压力“低”
d) 气压力“低”
e) 冷却水压力“低”
f) 通过操作员“事故停炉”
(2) 其它报警信号
操作中出现下列报警时,下面的一些控制如燃烧控制, 氮气压力控制,炉膛压力控制及换热器进口侧废气温度控制均继续。报警在屏幕上显示。
a) 氮气压力“低”
b) 助燃空气温度“高”
c) 空气换热器上游温度“高”
d) 冷却水温度“高”
e) 炉膛温度“高”
f) 气体换热器下游侧燃气温度“高”
该燃烧自动控制系统投入运行以来，性能可靠，运行稳定。加热炉燃烧平稳，炉温控制精度达1%，钢坯温度均匀稳定，钢坯黑印表面和中心温度≤30℃，氧化铁皮烧损≤1.1%,热耗以钢坯热上料产量 130t/h时为例只有665kj/kg,基本杜绝了钢坯过烧发生粘钢和钢温过低造成轧机负荷过大等事故的发生，为后道轧制工序提供了合格的钢坯。
1 引言
黑龙江省斯达造纸有限公司是从事生产(国家专利技术生产)精制牛皮纸、精制松木浆，以精制牛皮纸为主导的系列牛皮工业技术用纸的国有企业。3150纸机是斯达造纸有限公司利用外资和国有法人大股份投资建立的现代化、符合的生产线。它的特点是实现了管控一体化，是高度的人机控制系统。3150纸机的控制系统包含了一个多亿的投资，控制室的23台计算机完全在自动控制下进行操作，所有数据向管理网的200多台计算机开放，使每个人都可以介入运行，而且可以在几百公里以外的总部监视运行状况。
3150纸机控制系统包括质量控制系统QCS(Quality Control System)，集散控制系统DCS(Distribution Control System)，直接数字控制系统DDC(Direct Digital Control)等几大部分。黑龙江省斯达浩普系统工程有限公司负责的是DCS控制。DCS集散型控制系统就是将采集和控制分散在多个现场控制站，而将操作和监视功能集中在一个操作站。它的突出优点是系统的硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力。
根据斯达造纸有限公司对电气控制系统的要求，下位机软件采用了美国霍尼韦尔公司的Control Builder编程，上位机采用美国Inbbblution公司的iFix组态软件。
2 inbbblution iFix 软件的特点
通过在斯达造纸有限公司3150纸机DCS控制系统中iFix的实际应用，深深地感到iFix软件具有许多优点，而且，作者认为，下列优点是其它组态软件所不及的:
(1) iFix软件功能强大
对控制系统中所要求实现的控制功能都能实现;
(2) 内嵌VBA(Visual Basic for Application)编程，简便易学
在不需要懂得很多VBA编程技巧的情况下，也能发挥出VBA的强大功能;
(3) 画图功能非常强大
iFix软件包含大量图形工具，使用户能够快速简单地开发系统;
(4) 结构简单，组态灵活方便，效率高;
(5) iFix提供真正的分布式、客户/服务器结构，为系统提供大的可扩展性;
(6) iFix采用许多工业标准技术，保证其开放性和可扩展性，使得系统的开发和集成变得十分简便;
(7) 可靠性高，维护简便。
3 iFIX在3150纸机DCS控制系统中的应用
3.1结构设计
黑龙江省斯达造纸有限公司3150纸机DCS控制系统包括5个子系统:白水回收工段控制系统、打浆工段控制系统、抄纸工段控制系统、三段通汽工段控制系统、进口压力筛控制系统。每个控制系统使用独立的UMC800控制器来实现。5个UMC800系统彼此互相联系，但又有着相对的独立性，如果有一台发生故障也不会影响其它工作站的运行。因此整个系统采用控制环节分散、数据处理集中的方式，即多操作站的DCS系统。控制系统的主要控制对象是各种浆池的液位，汽和浆的liuliang，电机和各种调节阀等。
3.2 系统结构框图
系统配置图如图1所示。
图1 DCS系统配置图
·UMC800与上位机采用RS485通讯协议实时通信;
·操作员站与工程师站间可以通过TCP/IP协议互访资源;
·工程师站通过服务器可与MIS信息管理层进行资源互访，管理层可以及时看到工程师站中的实时数据、历史数据，报表记录等信息。
3.3 客户端软件
为使现场操作人员使用方便，并考虑到工艺工程师和控制工程师的需要，每一个工段配置一台上位监控微机，作为普通级操作员站，利用iFIX iClient Readonly作为整个系统的远程客户端，实现画面组态，实时察看DCS控制系统的实时现场数据，显示现场的工艺流程状况，监测现场设备运行状况，并将设备正常运行状态及报警信息反映在上位监控画面上;又可以方便的查询各数据点的历史数据并形成历史趋势曲线及列表，操作员还可通过上位机对现场设备进行操作和控制。iFIX是一个集成的完整系统，每台计算机有自己的节点名，每个数据项都有自己的点名。每台上位机之间可互相访问节点和数据库。iFIX网络中数据的读取都通过标识SCADA Server节点名、数据点名及数据域来识别。
4 系统功能设计
利用iFix开发的斯达造纸有限公司3150纸机DCS控制系统上位监控程序具有良好的人机界面，实现了以下功能:
(1) 与下位UMC800的通讯
iFix提供了丰富的I/O(输入/输出)服务程序，能够与众多厂家的控制器通讯。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) Server监视控制和数据采集服务器直接连接到物理I/O,建立并维护过程数据库。通讯方便可靠。
(2) 各种监控画面的切换
根据3150纸机的工艺要求，作者为DCS控制系统的监视程序制作了十多幅监视控制画面。包括主画面，每个工段的工艺流程画面，电机的启停控制画面，报警画面，历史数据、实时数据趋势曲线，数据查询，报表，自动手动切换画面等等。每幅画面都能够方便的进行切换。
通过监视动态画面，操作员可以很方便地监视时设备状态，如液位的高低，阀门的开度等，并及时对设备进行控制。五台上位机通过联网，各自的画面也能互相操作。
(3) 自动/手动回路的切换
对于调节回路有两种控制方式，自动调节和手动调节。当点击画面上的自动或手动旋转开关，可以切换自动手动方式。在自动状态下，调节回路由下位机进行控制，自动调节阀门的开度。此时，若点击阀门，将出现提示窗口，提示此时是处于自动状态下，不能手动调节阀门。若处于手动状态下，操作工可以自行调节阀门开度。
(4) 用标签组实现控制过程中相同的生产线
由于本控制系统中有几十条调节控制回路，所以采用标签组的方法用一个画面来实现多个控制过程。当打开一个画面或切换当前画面时系统可以读取标签组文件，并且使用其中所定义的过程值替代图中的标记。使用标签组显著的节省宝贵的系统开发时间。
(5) 安全保护
本上位监控系统具有安全保护功能。系统除了操作员和管理员可以进行各自的工作，其他人员不能操作。操作员和管理员分别有自己的权限。当上位机一开机，系统就自动进入iFix的运行画面，用户注册后方可进行操作。在运行过程中，操作员和管理员可以根据自己的需要随意更改各自的口令。
(6) 数据查询
a) 查询各种设备的运行状态，确认设备是否处于正常工作状态;
b) 查询各种liuliang计的liuliang和liuliang累积值;
c) 查询标签的历史数据。
(7) 数据上传
由于管理层的需要，必须把一些重要的参数如liuliang、liuliang累积值、平均值等送到管理层数据库中。在调度处理器Scheduler中利用VBA编程将所要的数据送到上层数据库中。
(8) 信息提示
对于一些重要的操作，为了防止操作工误操作设了一些提示，使操作员按提示操作，避免了错误的发生。如“请先选择所要查询的时间”、“确实要打印吗？请按‘确定’按钮”等。
(9) 设备报警
当设备出现故障时，如纸机断纸、液位过高等，报警状态栏中就会出现提示，并通过声音进行报警。报警状态栏根据报警设备的优先级现示不同的报警颜色，提示操作员及时处理。当出现报警时，打印机可自动打印报警信息。
(10) 报表打印
操作员可根据生产的实际需要打印一些与生产相关的报表。如年报表，月报表等。
5 结束语
目前斯达造纸有限公司3150纸机DCS控制系统已经正常使用。该系统运行可靠，操作容易，维护方便。使用iFix开发的上位监控程序功能完善，综合性强，人机界面美观友好，注重实用，得到了厂家的好评。
1 引言
氯化聚乙烯简称CPE，是由聚乙烯与氯气进行取代反应制得的一种新型合成材料。由于其大分子饱和结构及氯原子的引入，赋予该材料良好的柔韧性、优异的耐候性、耐热老化、耐化学药品、耐油、阻燃等性能;氯化聚乙烯与各种天然或合成的树脂、塑料、橡胶有极好的相容性，对各种填料(如滑石粉、碳酸钙、陶土、碳黑、云母和磁粉等)具有很高的充填性能。因此氯化聚乙烯既可作优良的塑料改性剂，又是氯丁橡胶的替代产品，市场前景极为广阔。
2 工艺简介
生产过程主要由氯化反应、脱酸、中和、干燥、包装等工序组成，生产工艺过程框图如图1所示。
图1 生产工艺过程框图
3 系统配置
控制系统采用JX-300X分散控制系统完成CPE装置的自动控制。根据设计要求，本次系统配置如图2所示，包括1个现场控制站，2个操作员站，1个远程工程师站。现场信号经DCS机柜进入系统。现场控制站主控制卡、电源系统、数据转发卡、通讯总线,均按1:1冗余配置。通过冗余的工业以太网(ScnetⅡ)将控制站和操作站连成一个整体，实现对生产装置的集中监控。
图2 系统配置框图
4 控制方案设计
CPE生产是一个批量生产、间歇操作、顺序控制的过程。控制的重点是氯化反应，而氯化反应的难点是反应釜的温度控制和液氯的计量控制。通过理论分析以及现场的实际摸索，对这2个回路进行了方案设计，达到了很好的控制效果，下面分别进行介绍:
(1) 液氯liuliang控制
液氯的量对氯化反应有很大的影响，因此整个氯化反应过程要求液氯的liuliang控制准确，并对加入的液氯总量也有严格的要求。为了保证液氯计量的准确性，不仅需要采用高质量的进口质量liuliang计，而且还需要对液氯的liuliang进行高精度的自动控制，从而也对调节阀和阀门定位器的品质提出了很高的要求。经过现场实验，设计控制方案框图如图3所示:
图3 液氯liuliang控制方框图
图3中:F_set —liuliang设定值
F —液氯liuliang
P —液氯压力
P_set —釜压设定值
P_sv —经过压力补偿后的压力
pv —液氯liuliang反馈量
该方案的思路为:当液氯压力在正常范围内变化时，控制方式采用liuliang的单回路调节，当压力变化大于设定值(经验参数，可调)时引入压力补偿功能。
(2) 氯化釜温度控制
氯化反应过程的控制温度与液氯投入量存在一定的函数关系，工艺操作上把整个过程分为三个阶段:
·阶段:通入液氯总量的30％;
·第二阶段:通入液氯总量的30％～40％;
·第三阶段:通入液氯总量的40％～30％。
每一段液氯累积量与温度之间的函数关系可以采用折线表来实现。为了tigao温度与liuliang的对应精度，我们采用了多段二维折线表的组合来实现液氯liuliang与氯化温度之间的高精度对应关系。
图4 氯化釜的简易控制流程示意图
图4为氯化釜的简易控制流程示意图，其中TVa、TVb为蒸汽调节阀(口径不同，相互之间采用分程调节，先开小阀再开大阀)，TVd、TVe为循环冷却水阀(口径不同，相互之间采用分程调节，先开小阀再开大阀)，TVc为循环水旁路阀，FV为液氯liuliang进釜调节阀。当氯化釜进行升温时，关闭循环冷却水阀TVd、TVe，打开TVc循环水旁路阀，调节TVa、TVb蒸汽调节阀控制升温速率，当温度升到设定值时，关闭蒸汽阀，控制冷水阀和旁路阀进行温度控制(在反应过程进入放热比较均衡的情况下，旁路阀控制在一个固定的开度)，通过以釜内温度为主环，夹套温度为副环的串级控制模式实现氯化釜反应温度的控制，控制方框图如图5所示。
图5 控制方框图
在通氯阶段中的恒温控制阶段，根据反应时间来控制液氯liuliang的加入速率，大于设定的反应时间后，系统则根据工艺的经验数据库来决定系统控制是采用压力控制模式还是采用时间控制模式。
5 结束语
为了保证控制效果和产品质量，系统设计人员和现场工艺专家进行了多次的交流，同时结合现场操作工的经验，进行了方案的多次完善，笔者在温度控制过程中加入了一些经验参数，对升温速率、调节输出、liuliang控制进行了一些限制，很好的抑制了较多的随机干扰。
系统自2003年7月投入运行以来，运行稳定，温度控制效果大大tigao，取得了良好的控制精度和经济效益。
图1 精整加工线示意图
精整加工的工艺流程为:重轨经平立复合矫直机矫直、矫后台架缓冲、检测中心探伤、横移台架缓冲、分1#线、2#线、改尺线(通常用于加工再制品)、进入锯钻组合机床对重轨端部锯切、钻孔、到达淬火台架对重轨端部淬火、后送入检查台架进行人工检查。整个生产过程由9台Siemens公司S7-300/400 PLC分区域控制，每部分采取I/O从站分布控制，通过Profibus-DP网与从站通讯、数据交换，实现对区域生产设备的操作和控制。
4 监控系统设计
为了保证整个系统的正常、稳定运行，在不改变原有网络配置结构的前提下，将监控系统与原有控制系统功能分离，增加一台工业计算机作为上位机执行显示、操作、报警、储存等，现有进行控制的PLC作为下位机执行保护、控制和数据的采集，脱离上位机也能独立对系统进行控制，此时要考虑上、下位机通讯的要求。同时精整加工线监控系统内容庞大，工作量大，开发监控程序时要考虑调试时间的问题。
由于Siemens公司的WinCC和S7-300/400 PLC具有良好的兼容性，可以在不同通讯协议下同时进行数据采集。在设计精整加工线监控系统时，采用WinCC。新增的工业计算机采用bbbbbbs 2000操作系统，组态软件为WinCC V5.0SP2中文版，编程软件为Step7 V5.1SP4，通过CP5611通讯卡(MPI/PROFIBUS)和网卡与下位机通讯;下位机采用S7-300/400系列PLC，共9组。在考虑经济性的前提下，同时采用MPI及以太网两种协议与上位机通讯，既11#电磁站PLC及6台锯钻组合机床PLC通过自身的MPI口与上位机CP5611通讯卡连接，组成MPI通讯网络，节约7块CP通讯板;矫直机PLC及4#电磁站PLC通过以太网通讯板CP443-1与上位机网卡连接，组成以太网。其通讯系统结构如图2所示:
图2 监控系统通讯结构图5 监控软件设计
主控画面分辨率的设置为1024×768像素。画面显示分成三部分:总览部分、按钮部分和现场画面部分。总览部分位于画面上方，组态单位标识符、画面主题、登陆用户及PLC状态显示;现场部分位于画面中央，组态主画面及各个设备画面，需要完成监控主画面及各子画面的切换工作，根据需要更换画面窗口内显示的内容实现对单台设备进行更细致的显示;按钮部分位于画面的下方，组态画面中的固定按钮、日期和时间以及报警状态行。
精整加工线生产设备数量多，而且在一个水平面里布置，工艺连接密切，相互关联，如采用传统的显示方法—分级在多张画面内，则对一个不了解现场工艺的必然有一种工艺关联不上条理不清的感觉。于是充分利用了WinCC大可建4096×4096画面的功能，在监控主画面内突破通常画面设计方式，以现场设备安装位置为参考，将矫直机开始至淬火台架的全部设备包含进来，非常直观的再现设备运行及生产情况。如图3所示。
图3 监控系统主画面图
由于监控主画面尺寸超过所使用图形系统(监视器的显示卡)的大分辨率，可以使用画面窗口滚动条、鼠标滚动显示画面的其余部分，利用缩放按钮可以缩放现场画面。主要功能包括:
(1) 将生产现场成比例在监控主画面上放大或缩小显示，即可以了解画面上每个元件的详细信息又可直观了解生产工艺布局;
(2) 将监控主画面中每台运行设备(变频器、无触点、检测元件、驱动元件等)都用规定颜色指示设备的当前工作状态，如红色表示故障、黄色表示报警、绿色表示运行等，一目了然;
(3) 在帮助中集成事故处理预案，指导维护人员快速准确处理设备故障;
(4) 将生产线上重轨以紫红色线条表示，直观展现重轨现场分布及加工情况，即使坐在办公室也可掌握现场生产信息;
(5) 统计生产信息，如各区域产量、事故停机时间及计划外非事故时间等统计，产生生产记录，自动定时地存储在电子表格Excel中，并利用OEE(设备整体效能)的计算方法及产量图表对生产情况进行统计分析，为tigao生产率提供理论依据;
(6) 对画面上的设备分组并标注传动号以区分及快速定位同类设备，为避免画面杂乱，通过按钮控制来显示或隐藏传动号等详细信息。
在设备故障的分析及处理过程中，通常对生产情况、设备运行情况及操作情况了解、掌握的越多，故障的查找越快速、越准确。这样，就需要对生产情况、设备运行情况及操作情况同时进行监控，但设备的画面是按功能设计，不是大而全，所以不能在一个画面里全部显示，例如一个操作台，可以控制几组设备，要是将它在每个单体设备的画面中显示，工作量大且乱。利用弹出式窗口，通过拖动和缩放，将操作台画面及单体设备画面在监控主画面中以不同位置和形状显示出来，即实现多窗口同时监控，又能保证按功能设计画面
