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PLC和WinCC系统在环形加热炉中的应用

时间:2019-10-29 02:08 来源:未知 作者:admin

  本文采用了西门子S7-300系统和WinCC系统及模糊控制技术设计了环形加热炉的软硬件控制系统,运行表明,系统设计合理有效。

  环形加热炉是无缝钢管生产的第一环节,其加热质量直接影响到钢管的质量,其能耗和氧化烧结直接影响钢管的成本。因此,保证环形加热炉的最佳生产状况和炉温自动控制是关键。

  由于该炉体控制变量较多,用常规的控制控制方法很难达到要求。鉴于此,我们采用基于PLC的模糊控制技术,以德国西门子公司的S7-300PLC作为控制器,其稳定可靠功能强大。

  以西门子公司WinCC软件为平台开发的监控系统,能够及时监控系统的运行并做出反馈显示。整个系统自动化程度高,运行稳定。本文就此控制系统的软硬件组成予以介绍。

  (1)管坯首先在炉前辊道上进行称重定位,满足装钢条件时,炉门打开,装料小车将管坯夹起送到炉内指定位置,升起返回,炉门关闭,炉底旋转一个料位角,然后准备装下根料。坯料经过预热段,加热一段,加热二段,均热一段,均热二段之后,满足要求后出料,出料小车将管坯取出,环形炉工作完成。

  (2)温度采用模糊控制系统建立反馈模型来实现,采用前馈和反馈相结合方法,使它们的配比接近燃烧的最佳空燃比,如图1所示。

  (1)装出料小车定位——精确的小车定位才能精准的夹取坯料。本例中我们选取西门子6ES70系列变频器和增量式编码器来给小车定位。由于小车惯性较大限位开关能起到的作用有限,必须结合软件提前减速。还因为坯料长度不定有2m、2.5m、3m、3.8m,所以定位比较复杂,当坯料改变长度时,必须由上位机写进从而选定所需要的编码器读数。

  (2)炉底传动装置——炉底由支承辊支撑,定心辊对活动进行固定,防止炉底跑偏;炉底传动采用液压推动。炉底关键是控制旋转角度是否是预设的料位角角度,必须保证出料小车在大量取料之后还能精确定位。我们采用的是与环炉齿轮同步的减速盘上装有增量式编码器,预以精确定位。

  (3)炉温炉压的控制——炉温控制系统的主要目的是将炉温控制在允许范围内,并保证燃烧★▽…◇的合理性,力求达到最佳燃烧状态。炉膛压力控制也是一个重要参数,压力过高,烟会◇=△▲大量冒出,使大量热散失,增加损耗;炉压过低会吸入大量冷风,可能引起烧钢。炉温炉压必须控制在一定范围之内。

  控制系统设计本着结合实际,便于操作和维护,最大限度的满足环形加热炉工艺流程需求的原则,采用PLC的集中控制加上上位机的过程及参数监控。我们采用西门子公司的S7-300系列PLC(CPU为315-2DP),上位机采用研华工控机IPC610L,并配有UPS,采用工业以太网通讯方式进行PLC与上位机间的通讯。

  热工控制设一台上位机作为操作员站,炉体机械控制设一台操作员站,另外集中设一台工程师站用于进行数据库的生成、生产流程画面的产生,连续控制回路的组态和顺序控制的组态等。

  (1)系统包括了PLC控制站、操作员站、工程师站等子系统。PLC控制站完成对生产过程数据的采集、处理、设备的顺控与调□◁节。操作员站实现过程参数显示、监控和设置。工程师站实现系统的控制程序编制、调试、修改、维护及生产管理等功能。

  (2)该系统是由PROFIBUS-DP构成主从结构。SIEMATIC PLC S7-300,上位机Wincc作为主站,变频器及其远程I/O ET200M作为从站。全系统各站联网协调工作,整个系统都是一个联网的大系统。先进可靠数据分布合理、操作速度快、使用方便。

  上位机采用台湾研华工控机IPC610L(CORE双核2.66/2GDDR/160GHDD/1000M网卡)配以明基19寸显示器。共设3台,其中操作员站2台、工程师站1台。上位机与S7-300PLC构成分布控制系统,通过以太网与PLC通信。

  下位机采用西门子S7-300功能强大、处理速度快、可靠性高,模块化设计使其扩展灵活,是本控制系统的核心。

  本系统中,炉体外部机械控制一台PLC,热工技术控制一台PLC。每台PLC的硬件模块配置如图2所示。

  另有,FM350-2高速计数模块,作为简单计数任务的单通道智能模块以及直接连接增量式编码器。热工控制模块如图3。

  电源模块采用PS 307 5A的模块共3块;CPU也是315-2 DP模块;IM360/IM361连接模块连接三个导轨;CP 343-1通信模块;以及模拟输入输出,数字输入输出模块。

  控◆■制系统的软件包括下位机和上位机两部分。下位机PLC的组态编程在西门子STEP7 V5.4实现,上位机人机界面采用西门子WinCC V6.0来完成。

  PLC的控制软件来完成工艺要求的全部任务,该部分的设计是本控制系统的设计的关键。我们在西门子STEP7 V5.4开发平台上,采用结构化编程,将系统中的相对独立的功能编写成功能FC,然后在主程序OB1调用,这样减少了重复编程工作量,简化了程序的组织,且增加了可读性可维护性。

  (1)组织块。OB1主程序块。OB35循环中断组织,OB82诊断中断,OB83插○▲-•■□入取出模块中断,OB84 CPU硬件故障,OB85优先级错误,OB86机架故障或分布I/O的站故障,OB87通信错误,OB121编程错误,OB122 I/O访问错误。

  (2)功能。FC1报警显示,FC2换向阀控制,FC◇•■★▼3调节阀控制, FC5鼓风机控制,FC6引风机控制,FC7掺冷风机控制,FC8快切阀手动控制,FC9换向阀到位检测,FC10 TC_SCALE,FC11 PER TO PQW,FC12 LMN输出转换,FC13 RDO_SCALE,FC20炉膛压力控制,FC◆◁•21加热一段炉温控制,FC24加热二段炉温控制,FC27均热段炉温控制,FB10模糊控制算法模块。

  (3)数据块。DB1上位通讯数据,DB2传动通讯数据,DB10编码器通讯数据。DB11至DB15为模糊控制算法数据块,DB20模糊★◇▽▼•控制算法模块。

  在本控制系统中,环形加热炉内温度是被控量,煤气的流量是调节量。炉内影响温度的因素很多,比如:进料的数量,空气流量,煤气流量浓度等等。因此,该系统属于多变★△◁◁▽▼量、强耦合的系统。传统的控制方法很难以控制,所以本●例中采用较先进的模糊控制进行控制,具体在功能块FB10中实现。

  上位机人机界面(HMI)的开发采用组态软件西门子视窗中心SIMATIC WinCC ,WinCC V6.0采用标准Microsoft SQL Server 2000数据库进行生产数据归档,同时具有Web浏览器功能,可使◇…=▲经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面,从而更好地调度指挥生产。

  并且确保与S7-300PLC连接的方便和通讯的高效;WinCC与STEP7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。WinCC画面如图5所示。

  (1)系统总貌。主要监视环形炉炉温、炉压以及一些重要的生产数据以及生产状况进行动态显示。这部分功能由WinCC的图形编辑器来实现。启动WinCC后随即启▷•●动此画面。画面下方设有历史记录、历史曲线、分段显▪…□▷▷•示、参数设置、烟气温度、报警画面几个功能选项按钮。

  (3)历史曲线。通过该画面显示每时刻的炉温曲线,以至于直★-●=•▽观的分析温度的变化情况。

  (5)参数设置。在炉体外部机械主画面中,所需设置的参数有:入口辊道、进出料小车、炉底传动频率,此外还有布料角度、班组、钢种和工艺参数的录入画面;热工主画面中,包括鼓风机、引风机、掺冷风机设置、调节阀数值和反馈量以及烧嘴情况以及每个分段的温度。

  (7)报警画面。报警记录负责采集和归档报警消息,当控制系统检测到设备不能正常运行的信息,就会产生报警,报警一般来自设备的超温超压等。

  利用PLC作控制系统不仅节省了大量的人力物力,而且保证了系统▼▲运行的稳定性。WinCC具有方便直观的系统图形,以及强大功能的报表与记录系统。操作人员只需要通过WinCC监控与管理就可以掌控生产过程以及记录数据。目前该系统运行稳定可靠,达到了预期目的。

  (摘编自《电气技术》,原文标题为“PLC和WinCC系统在环形加热炉中的应用”,作者为崔江华、梁慧杰等。)

  (摘编自《电气技术》,原文标题为“PLC和WinCC系统在环形加热炉中的应用”,作者为崔江华、梁慧杰等。)返回搜狐,查看更多

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