景德镇西门子S7-300代理商

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1 概述

   无缝钢管生产线按工艺流程一般分为三个区域：穿孔区；连轧区；定径区（张减区）。穿孔区主要负责把坯料加工成为中空的钢管（毛管）；连轧区主要负责 把毛管轧制成为符合要求的半成品（荒管）；定径区（张减区）主要负责对荒管进行外径的微小修正。穿孔区的工艺为斜轧，对毛管质量起着关键作用的设备是主轧 机及三辊抱芯。三辊抱芯由液压伺服比例阀控制，其主要作用是保证三辊抱芯的实际位置位于参考位置的偏差范围内，从而起到导向作用。

2 三辊抱芯功能简介

    三辊抱芯装置机械结构如图1所示。

图1 三滚抱芯的机械结构图

    三个导辊按照120o分布，其中下面两个导辊，上面一个导辊，三滚的内切圆直径即为其导向物料的外径。三个导辊由同一个液压缸控制，油缸的动作通过一系列的 机械机构可以同时改变三个导辊的位置，（三辊的内切圆直径）。一般根据工艺不同，穿孔区一般安装6组三辊抱芯装置，每个三辊抱芯前有2对热探。 PLC
轧 制前三辊抱芯位于顶杆位置，对顶杆起到导向作用。轧制过程中，随着坯料被轧制成为毛管，6对三辊抱芯在得到各自的热探信号后，依次打开到毛管位，对毛管进 行导向。当轧制结束后，三辊抱芯同时旋至打开位置，翻料臂将毛管翻出。更换顶杆后，三辊抱芯再次旋至顶杆位，重复以上过程，轧制另一个毛管。
在一根毛管轧制的过程中，三辊抱芯要动作3次，即顶杆位，毛管位，打开位，而这些动作均要求在0.5-1s内完成，并且保证1mm之内的位置偏差。所以三辊抱芯位置的jingque度，动作快慢直接关系到整条生产线的运行以及产品的质量。

3 三辊抱芯控制

3.1 基本控制原理
    三辊抱芯的控制基本分为两种。
    （1） 采用机械调整和节流阀配合驱动。这种方法的优点是驱动控制简单，设备动作时间短，即使用常规的三位四通阀，节流阀来控制液压缸的行程，但是这种方式的缺点 也很明显，就是每次更换轧钢规格的时候都需要手动进行调节，浪费了大量的时间。其次是控制的精度比较低，对轧钢的质量造成很大的影响。

图2 液压伺服比例系统

PLC资料网

    （2） 用液压伺服比例阀进行控制，这种控制方法能很好的保证三辊抱芯的精度，一般误差都可以控制在0.5-1mm，此外如果采用单独的液压站来驱动6个三辊抱 芯，系统压力比较稳定的情况下，其动作时间也能控制在0.5s内。更换轧钢规矩的时候，仅仅需要从HMI改变参考位置，节省了大量的时间。液压伺服比例系 统的控制如图2所示。伺服比例阀通过自带的集成线性放大器，可以连续地调节伺服比例阀的开度，这是与普通液控阀的大不同。由于伺服比例阀的开度是连续可 调的，因此供给油缸的流量也是连续可调节的。这样就实现了对油缸的速度、推力的连续调节和控制，保证了三辊抱芯的位置总是在参考的位置范围内。

3.2 控制系统配置及软件实现
    采用ABB公司的AC450系列PLC控制。油缸的行程由内置的位移传感器给出4-20mA的模拟量输入信 号。经过系统分析处理后，把开度指令转换成4-20mA的模拟量信号发送给伺服比例阀的集成放大器，控制其开度。由于输入的位移信号与三辊抱芯的开口度为 线性关系，所以很容易推出它们之间的关系。具体步骤如图3所示（输入信号X；三辊抱芯的参考直径Y；输出信号Z，皆为4-20mA）。

图3 液压伺服比例系统控制调节流程图

    （1）将标准管1（直径已知）放入三辊抱芯内，手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下，可以得到内置位移传感器的输入信号-X1,标准管的直径已知-Y1。 
    （2）将另外一根标准管（直径已知）放入三辊抱芯内，手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下，可以得到内置位移传感器的输入信号-X2,标准管的直径已知-Y2。
    （3）将X1,X2,Y1,Y2带入方程式Y=kX+b,求得k,b,就可以得到实际位置。
    （4）参考位置ref pos－实际位置act pos=Δpos,然后进行PID调节，得到4-20mA的模拟量输出信号，作用于伺服比例阀的集成放大器，控制其开度。
    （5） PID调节程序的流程如图三所示。在本程序的PID调节器中，P，I调节是分开的。PLC系统首先检查实际位置与参考位置的偏差Δ，当偏差较大的时候， PI调节器均起作用，但主要是P（比例）调节，这样响应比较快，这时候PID调节器给出较大的开度，使油缸高速、大推（拉）力运行；当偏差较小的时候，P 调节停止，只有是I（积分）调节，这时候PID调节器给出较小的开度，使油缸低速、小推（拉）力运行。该程序在偏差不等于零的情况下，积分调节器就一直处 于工作状态，这样就能保证实际位置无限靠近参考位置，一直处于动态调整中。

4 实际应用效果及调试注意事项

    PLC程序的PID控制在实际应用中起到了非常好的效果，偏差均能保证在1mm之内，动作时间能控制在0.5s。由于P，I调节是分开，当偏差大的时候，P快速调节；偏差小的时间，I进行微调。这样能既能保证运行时间又能保证定位的精度。实际调试中需要注意的几点：

    （1）6个三辊抱芯有时候同时动作，所以液体站必须保证稳定的压力，储压器要处于工作状态。
    （2）机械部件必须保证良好的润滑，负责摩擦阻力会影响油缸的运动。
    （3）液体部件要保证良好的密封，否则对系统的运行也十分不利。
    （4）调试中，P（比例系数）的给定，积分系数，积分时间有比较好的配合；此外PLC的扫描时间以及油缸位移传感器的采样时间要快，否则容易产生超调现象。

5 结束语

　本文介绍了垃圾处理的特点及处理方法，详细介绍了垃圾焚烧发电厂控制系统的特点及相应的控制系统的组态、逻辑控制及PID控制回路。

  1 引言

  　　城市生活垃圾、工业垃圾、医院卫生废弃物、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾焚烧处理技术，利用垃圾焚烧的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要发展方向。这种垃圾焚烧日处理废物能力为1～350t，余热锅炉的热容量小，发电机组小，一般为20兆瓦以内。因此，垃圾焚烧发电厂的控制系统比大型电厂简单得多。一般来说，大型电厂的主机控制系统是无法采用PLC来控制的，只有一些辅机系统才能够使用PLC。但是，随着现场总线技术及微处理器性能的突飞猛进，PLC集散控制系统已经成功应用在中型及较复杂的控制领域中，例如，垃圾焚烧发电厂就可以使用PLC控制系统，这样可以大大降低控制系统的成本。

  　　本文将介绍广东省南海市垃圾焚烧发电厂PLC控制系统，此控制系统由珠海市广东亚仿科技股份有限公司成功开发，并一次成功投入生产运行。

 2 控制系统总体方案介绍

  　　该集散控制系统采用Siemens S7-400系列PLC，Siemens公司的S7-400系列PLC是90年代推出的S7系列中的大型机型，具有完善的功能和强大的通讯能力，特别是总线之一的Profibus，得到很多厂家的支持，非常有利于分布式控制系统的使用，Profibus-DP总线的通讯速率可达12Mbps。S7-417H双机热备系统和ET200M分布式I/O组成的Profibus-DP总线网构成切换结构，实现故障时的无扰动自动切换，可用在安全性能要求极高的控制系统中。但是S7-417H双机热备系统造价相对昂贵，为了减少硬件投资，可以选用软件双冗余(用416CPU进行双机热备)，采用分布式I/O的Profibus-DP现场控制总线，上位机与PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网光网进行通讯, 上位机采用Intouch7.1组态软件进行系统组态。该厂的垃圾焚烧工艺引进美国Basic公司的专利技术，采用四级脉冲炉排，各项指标均达到国际环保要求, 一期日焚烧处理垃圾200t。该工艺技术在我国具有实际推广的应用价值。 PLC

  (1) 工作原理

  　　垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入炉排，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动垃圾，垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量由余热锅炉回收。余热锅炉产生的高温高压水蒸汽推动汽机发电，燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气进入第二、三级燃烧室，进行进一步燃烧，使烟气的温度高达1000℃，烟气在此停留时间不少于2s, 使有毒的烟气迅速分解，后经烟气处理设备及除尘设备(电除尘、布袋除尘)处理合格后排入大气。

  (2) 环保发电厂主要设备

  ① 焚化炉锅炉2台，每台主要的技术参数如下:

     垃圾处理量: 8.33t/h
     产生蒸汽量: 22.5t/h
     过热蒸汽压力: 4.0MPa
     过热蒸汽温度: 400℃
     炉膛温度: 980℃
     给水温度: 145℃
  ② 汽轮机发电机组一套，主要的技术参数如下:

     主蒸汽压力: 3.9MPa 
     主蒸汽温度: 390℃
  ③ 发电机主要的技术参数如下:

     功率: 12000kW
     出线电压: 10.5kV
     频率: 50Hz
     额定转速: 3000r/min
     功率因数: 0.8
     励磁方式: 无刷励磁系统
  ④ 烟气处理系统两套

  ⑤ 配套电气供配电系统

  　　该PLC集散控制系统I/O点数有3000余点，其中模拟量300余个。全厂的PLC集散控制系统图如附图所示。

附图 全厂PLC集散控制系统图

  3 上位机监控系统配置

   　　系统共设4台操作员站，1台工程师站。其中2台操作员站用于炉侧设备的监控，包括焚烧炉、锅炉两套系统，烟气脱硫系统，除灰系统;另2台操作员站用于机侧设备的监控，包括汽机系统、制给水系统、废水处理系统、电气及其它部分。炉侧的两台操作员站和机侧的2台操作员站均为双机热备。炉侧和机侧的操作员站之间功能独立，不能互换操作。工程师工作站，进行系统软件开发组态和警报顺序事件记录，工程师站将能够作为任一操作员站完成相关控制监测功能。工程师站、操作员站及PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网光网进行互连通讯。操作系统采用中文bbbbbbs NT 窗口操作系统。

 1  引言

    随着中央提出大力发展清洁能源的建设并为激励农村和边远山区的进一步发展，国家对小水电事业给予越来越多的关注。我国的小型水电站在近20年得到了极为迅速的发展，其中以万千瓦以下的小型水电站居多。对这些小型水电站的监控保护和自动控制也显得尤为重要。本文主要讲述了三菱FX2N系列PLC在水电站有功调节中的应用。  

    水电站的有功调节通常是通过调速器实现的，但当水轮机组并入电网运行时，对于单台发电机来说转速反馈几乎不起作用。近年来，随着自动发电控制（AGC）的需要，有功功率在控制系统中的调节品质已成为当前电力系统自动化领域的突出问题。

2  系统组成 PLC

    本系统中控制的两台水轮发电机型号为SFW2500-10/1730、6.3kV/286A。本系统采用分层分布式布局，配置如图1所示。主要由2个机组监控屏、发电机保护屏、公用监控屏、主编线路保护屏和电量屏构成。通讯采用高速以太网与上级调度、操作员工作站进行通讯。其中公用监控屏由可编程控制器（由三菱FX2N-80MR和2个FX0N-16EX扩展模块组成）、自动准同期装置、触摸屏、电力测控仪和逆变电源组成，在公用监控屏中实现对发电机的有功调节。

图1     系统配置图

3  控制要求

    在电力系统中，频率与电压是电能的2个主要质量指标，电力系统中的频率变化的主要原因是由于有功功率不平衡引起的。系统的负荷经常发生变化，要保持系统的频率为额定值，就必须使发送的功率不断跟随着负荷的变动，时刻保持整个系统有功功率的平衡。否则，系统的频率就会大起大落，保证不了电能的质量，甚至会造成事故与损失。

    当负荷吸取的有功功率下降时，频率增高;当负荷吸取的有功功率增高时，频率降低，即负荷调节效应。由于负荷调节效应的存在，当电力系统中因功率平衡破坏而引起频率变化时，负荷功率随之的变化引起补偿作用。如系统中因有功功率缺额而引起频率下降时，相应的负荷功率也随之减小，能补偿一些有功功率缺额，有可能使系统稳定在一个较低的频率上运行。如果没有负荷调节效应，当出现有功功率缺额系统频率下降时，功率缺额无法得到补偿，就不会达到新的有功功率平衡，频率会一直下降，直到系统瓦解为止。

频率和有功功率自动调节的方法主要有:
（1） 利用机组调速器的调节特性进行调频;
（2） 根据频率瞬时偏差，按比例分配负荷，构成虚有差调节频率和负荷的方法;
（3） 按频率积分偏差调节频率，满足“等微增率”原则分配负荷;
（4） 按给定负荷曲线调节有功功率（本文所介绍的是按给定负荷曲线调节有功功率）。

    电站的调节系统应该使总功率等于负荷曲线给定的功率。而机组之间则按“等微增率”原则经济分配负荷。如果系统频率偏差不超过调频电站所能补偿的范围，则调功电站的调节系统对频率偏差不应作出任何响应。如果系统运行工况发生了变化，出现了较大的频率偏差则调频电站无力完全补偿偏差值，那么调功电站的自动调节装置应该作用于各台机组的调速器，使之改变各台机组的有功出力来帮助恢复系统频率。 PLC资料网

图2      功率与频率关系曲线

  PLC资料网

    图2示出功率与频率的关系曲线。在死区±Δfmax范围内，频率偏差信号Δf不起作用，此时电站的实际功率 与给定的总功率PG之间的偏差ΔP产生调节作用。
  
    PG为电站负荷曲线给定装置取得的，使由各台机组有功功率测量元件测到的有功信号相加后得到的。当时，两台机组的调节作用只受有功偏差ΔP的影响，而与频率偏差Δf无关，此时调节特性方程为:
     
    

4  系统的硬件设计

    图3示出系统硬件框图。根据系统的控制要求配置硬件如下:

图3      系统硬件简图

·控制器:三菱FX2N-80MR和两个FX0N-16EX扩展模块组成;
·人机界面:触摸屏;
·其它设备:2个DC24V继电器、功率表以及其它的辅助器件。

5  系统软件设计

    本系统确保整个系统频率的稳定和电网的稳定供电。控制流程图如图4所示。

图4     系统流程图

  PLC

    部分梯形图如图5所示:当系统需要进行有功调节时，系统的软件或是手动发出信号开始调节，此时采集1个实时有功数据此数据与设定值（即目标功率值）进行比较并进行数据处理算出需要调节的时间，然后发出信号使调节继电器动所开始调节。如未达到则有可能是系统内部有故障。为了避免使程序进入死循环，则调节四次仍未能达到要求就自动中止程序）。如图4所示，当M10接到触发信号后瞬时接通使D300采到的瞬时有功功率数据与D301（设定值）进行比较。当D300 >D301时输出信号M300使PLC的Y001输出并使调节继电器动作进行调节。

图5      部分程序梯形图

6  结束语 PLC

    本文所设计的系统操作简单、自动化程度高、应用广泛。减小了小型水电站工人的劳动强度，增加了整个系统的稳定性。经过一段时间的认真测试证明该系统已经完全符合小型水电厂的有功调节的要求。