炼锰铁高炉【浅析PLC在锰铁高炉自动上料控制系统中的应用】
摘 要:随着PC技术在自动控制领域的广泛应用,人们对工业现场的自动化水平要求越来越高。作为国内自动化领域先进技术的倡导者,WINCC V6通用监控软件提供了一整套高性能工业自动化应用软件解决方案。基于Microsoft Windows 98/NT/2000操作系统的WINCC V6监控软件内部采用真正的Client/Sever体系结构,用户可以在企业所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息,无论是在控制现场还是在办公室内,都可以进行交互式的操作,令操作者和管理人员作出快捷有效的决策。通过采用WINCC V6,使用户极大地增加其生产线能力,提高工厂的生产力和效率,提高产品的质量,减少成本及原材料的消耗。
关键词:高炉上料 WINCC V6 PLC 监控
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0034-03
广西康密劳铁合金有限公司整个1#高炉自动控制系统采用双料车上料控制系统,本系统采用西门子可编程序控制器(PLC)来实现上料控制,探尺控制,大小料钟控制,布料器及配料计算;采用戴尔公司生产工控机和WINCC V6通用监控软件来实现配料输入、显示、记录及各种报表的生成[1]。它由硬件部分和软件部分组成,采用高集成自动化的西门子成套设备和软件来实现小型ＤＣＳ(集散控制系统),在服务机级主要完成对整个高炉上料控制系统进行控制监控,而在客户机级则是对整个上料控制系统进行控制和监控。为了使系统更可靠的运行,对整个控制系统的硬件电气接线和软件部分进行更优化的设计,尤其在硬件部分,应用中继器来扩大数据的传输距离。在网络的配置上使用了以太网,这样方便了整个系统的维护和检修,便于上级部门可以对下面的生产过程进行实时的监控,随时可以对数据进行分析、归档、保存和打印。而现场级则采用现场总线(PROFIBUS)及其分散设备协议(DP),PROFIBUS网络中主站的总线访问可通过令牌传递方式来控制的。下面分别对整个高炉自动控制系统的硬件部分和软件部分进行阐述。
1 硬件部分模块功能简介
硬件部分主要包括CPU、315-2、DP、PS、307、10A、发送接口模块(IM360)、接收接口模块(IM361)、3个开关量输入模块(DI32xDC24V)、6个开关量输出模块(DO16xR)、3个模拟量输入模块(AI8x12Bit)、西门子电源模块(AC-DC24V)、2台工控机(IPC)、2条PROFIBUS-DP电缆和2块CP5611现场总线接口网卡、2个UR(槽架)。
1.1 S7-300、PLC各个模块在UR上的安放位置
S7-300及PLC各模块在UR上的安放位置可表示(如图1)[2]。
采用的是总线型拓朴结构,在考虑到客户机不能对生产过程进行控制,故在其画面的属性上作了修改,例如一些控制按钮、静态文本等。数据的传输率为187.5kpbs。对料车进行加减速的控制则是由西门子通用变频器(M440)来实现的。
1.2 部分模块在整个上料控制中的功能阐述
硬件组成部分主要包括发送/接收模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块等,下面分别对这几个模块功能进行阐述。
(1)发送/接收模块:主要完成两个槽架之间的连接。
(2)开关量输入模块:主要完成对整个上料控制系统中开关量输入信号的采集,例如料斗的开关到位信号(使用接近开关)、料车的上下行到位信号、翻版的开关到位信号、大小钟的开关到位信号、左右探尺的放提到位信号等等。
(3)开关量输出模块:主要完成对整个上料控制系统中开关量输出信号的控制,例如料斗的开和关、左右探尺的放和提等等。
(4)模拟量输入模块:主要完成对整个上料控制系统中模拟量输入信号的采集,便如16个电子秤的模拟电流信号以及增量式旋转编码器的模拟电流(4mA～20mA)信号(主要采集料限信号)。
整个PLC上料控制装置则是要通过继电器的常开点(欧姆龙)与外部硬件的接线进行电气隔离(开关量信号),而模拟量信号则直接与变送器的输出端口相连(采用2线制)。
2 软件功能设计
软件部分则是通过STEP7和组态(WINCC)软件实现对整个高炉上料控制系统进行控制和生产过程的全程监控。下面分别对控制软件和监控软件进行简要的概述。
2.1 控制软件
控制软件主要由完成各个功能的模块组成,它们之间相互制约、相互影响。在软件编制上用到了梯形图(LAD)、STL两种议程式。对用开关量进行控制的地方则采用STEP7中的功能模块,而一些模拟量的数据则用数据模块如以下几点。
(1)CPU315-2DP单元。
CPU315-2DP单元主要用于重要信号的采样、称量补差的计算,配料控制、上料控制、误差补偿(包括料批重量误补偿和过冲量补正),实现自动配料、上料的逻辑控制和卷扬的逻辑控制、大小料钟逻辑控制、布料逻辑控制等控制功能。
(2)SM331模拟量输入单元。
SM331模拟量输入单元主要用于将模拟信号如电压或电流转换成二进制数据输入PC。可自由设置外部输入信号的范围,以适应生产能力的不同需要。同时系统还提供内置功能,如定标功能,平均值功能,峰值保持功能,内置补偿增益功能等。
信号输入范围:1V～5V/0～10V/-10V～10V/4。该模块用来接收南、北炉顶温度、热风温度、炉顶压力、18个称量斗重量信号等22个4mA～20mA信号,量程转换模块如图2所示。
(3)SM321-开关量输入单元。
SM321-开关量输入单元模块主要用来接收1#～16#单元的闸门开关信号。料车上行、下行、有料、顶位,皮带开、关,漏斗门开、关,南、北探尺初始位置,下探到位位置,南北探尺计数输入,大、小料钟开、关信号,槽下上料、上料计数,车次选择(1#～16#)、批布、车布、卷扬自动、料钟自动、探尺自动、槽下自动、补偿自动,卷扬过流等58点开关量信号。