6ES7214-2BD23-0XB8大量库存

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该系统应用加热炉后运行稳定，也降低操作者的劳动强度，受到生产厂家的**;该系统的操作也非常方便，凡是需要修改的参数都可以在上位机或者监控站上直接输入，如变频器的起/停、基准频率、每个PID控制回路的参数值等;另外，该系统价格低，投资少，降低了产品成本，效益显著。

莱钢轧钢厂中小型车间加热炉为步进炉，用来对连铸坯进行加热。使用燃料为高炉和焦炉混合煤气，钢坯需要经五段加热区加热到适当温度后出炉。加热炉燃烧介质各参数的稳定运行非常重要，它直接影响到烧坯的质量,并涉及着安全生产等重大问题。在生产过程中对加热炉炉压和温度的稳定有严格的要求，比如燃气的流量和温度等等。要想实现这些参数的稳定，并且达到较好地配比有不同的方法可以实现。炉区仪控的热工检测控制量共573点，其中模拟量输入98点，模拟量输出24点，开关量输入261点，开关量输出190点。调节回路16套，分别对加热炉的煤气、空气的流量、压力，炉内温度，换热器的保护等进行控制。

随着微电子技术的发展，PLC产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善，因此，我们就应用PLC的一些特殊功能模块和一些普通的I/O模块对加热炉的各个参数进行自动控制，包括提到的各种参数、以及通过PLC和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。

2 系统构成

本系统上选用一台上位机MASTER VIEW,一台监控站Operate Station520配以ABB ADVANT BUILD软件包，PLC部分选用ABB MASTER PIECE200/1，它具有、运行可靠、功能较强的特点。本系统大致可以分为三个部分;

(1) 仪控系统以及PID调节部分;

(2) 双交叉限幅燃烧系统;

(3) PLC和变频器的通讯部分

3 仪控系统组成及控制功能

现仪控系统16套自动调节回路中，均采用PID调节，操作方式分为自动、手动方式，执行机构有14套电动方式、2套液动方式。操作站实行对炉子的状态监控、意外事件报警等功能。

3.1 仪控系统的检测

入炉煤气、空气的流量检测由管路孔板检测差压，经差压变送器转换成标准信号(4~20mA)进PLC。入炉煤气、空气的压力从管路出压口取煤气压力与大气压力比较所得差压信号，经差压变送器转换成标准信号进PLC。炉子的炉温(S型)、换热器处温度(K型)由热电偶检测进PLC。所有信号经PLC分别计算转换后，参与控制，并可在操作站显示。

3.2 加热炉压力控制

为保证助燃空气与煤气压力保持稳定、使炉内燃烧顺利进行，煤气和空气的压力必须进行控制。加热炉炉内压力过高，过低都不恰当，过高会使炉门喷火并损伤炉子设备，过低会使加热炉吸入冷空气，影响加热炉燃烧质量及效果，炉内压力的控制也很重要。

(1) 助燃空气压力控制

助燃空气压力的大小，是保证喷嘴正常工作的重要条件。助燃空气压力调节是PID调节。如果设定值与反馈值存在偏差，PID调节开始进行，尽可能在短时间内使偏差较小。当反馈值大于设定值，经PID运算后向阀门输出控制信号，使阀门关小，于是压力下降，当反馈值小于设定值，经PID运算向阀门输出信号，使阀门开大，压力升高。

(2) 煤气压力控制

煤气压力控制阀主要起安全保护作用，煤气和空气若是出现低压，将会出现事故。所以在煤气和空气主管道上，分别装有两个低压开关，在换热器前后也各装有一个。任意一个低压开关动作，将会使煤气主关断阀都会自动关闭，停炉，保护加热炉。

(3) 加热炉炉内压力控制

炉内压力一般要求保持微正压控制。炉压滞后大，时间常数小，因此采用前馈—负反馈调节。

3.3 换热器保护

常温的煤气、空气通过换热器后以300-4000C进入炉内燃烧。换热器的温度不能过高，也不能过低。过高损坏设备，过低会使煤气结露，生成弱酸腐蚀换热器。

3.4 PlD调节

PID调节部分共16路,包括预热段、加热上段、加热下段、均热上段、均热下段煤气、空气的温度、流量等参数的控制。PID控制主要通过PID控制单元，该单元主要有以下特性:

(1) l00ms高速采样周期，实现了高速PID控制;

(2) 输入信号的抗干扰

滤波器衰减输入噪音，控制输入意外干扰，使PID控制成为有效的快速响应系统;

(3) 多种输出规格可供选择;

(4) 八组数据设置;

八个数值(如设**(SP)和报警设置值)可以预置在八个数据组中;

(5) 可以用数据设定器输入和显示当前值;

(6) 可以用PLC程序输入和检索数据。

同时我们通过PLC的程序实现加热炉的双交叉限幅燃烧系统控制，从而实现了加热炉的稳定运行。

PID控制可以分为本地控制和远程控制两种模式，远程控制即通过PLC实现的控制，又有自动和手动两种方式，自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人工干预。手动控制即在上位机上给定一个阀位输出值，通过PLC对阀位进行控制。在正常情况下都是在远程控制模式下的自动状态进行，并且每个PID控制回路的SV值、PV值、OUT值都可以在上位机上用棒图显示出来，非常直观。

同时在上位机上可以很方便地修改各燃烧介质温度、压力以及每个控制回路的PID参数，如设定值(SV)、“P”值、“I”值、“D”值，并且操作界面非常友好，操作方便。

4 双交叉限幅燃烧系统

加热炉所用空气、煤气流量波动频繁，同时煤气的热值等因素也会影响燃烧效果。对这些不利因素，所用燃烧控制系统由温度控制和流量控制组成，在控制系统中设计了高、低选择器、系统运算单元和一些平衡换算单元，并辅有的温压补偿，加热区上下段的主副控制。

4.1 温压补偿

在气体流量控制中,由于气体所处的温度、压力不同，需进行温压补偿。在本加热炉燃烧控制中，空气温压补偿设为K1计算公式如下:

按式(1)计算出的数值K1放在AOC149中，各空气流量变送器测的实际数值乘以此稳压补偿，在参与计算与控制。

煤气温压补偿设为K2,

按式(2)计算出的数值K2放在AOC150中，各煤气流量变送器测的实际数值乘以此稳压补偿，在参与计算与控制。

4.2 双交叉限幅燃烧控制与实现

炉内分预热段、上加热段、下加热段、上均热段、下均热段。煤气、空气流量调节系统共有十路，由于控制原理基本相同，现仅以均热上段的燃烧控制为例进行说明。

(1) 燃烧控制系统原理

在煤气流量调节回路中，炉温PID的输出A1与根据实测空气流量折算成需的煤气流量之后，分别乘以一个偏置系数K3，得到信号A2，乘以一个偏置系数K4得到信号A3，A1、A2、A3三者经过高低选择器比较，选中者作为煤气流量PID的设定值。空气流量调节回路中，炉温PID的输出B1，与根据实测煤气流量折算成所须空气流量之后，分别乘上一个偏置系数K1得到信号B2，乘上偏置系数K2得到信号B3，B1、B2、B3三者经高低选择器比较，选中者乘上补偿系数，送到空气PID作为设定值。

(2) 系统调节过程及特点

在系统稳定状态时，温度PID的输出以A1送到煤气 流量调节回路PID作为设定值，以B1送到空气流量调节回路PID作为设定值。

在负荷剧增(温测<温给)时,温度PID的输出剧增.对于空气流量调节回路,随着B1开始增加时,B1B2时,低选器选中B2,B1被中断,同时B3B1时,低选器又选中B1,B1又作为该回路PID设定值,交叉限制作用结束,系统稳定。对于煤气流量调节回路,随着煤气的增加,高选器选A1,而低选器中,开始时选A1作为该回路PID的设定值,煤气增加,A1>A2时,低选气选A2,A1被中断,煤气随着空气增加而增加,交叉限制作用开始,当A2增加到A2>A1时,低选器又选A1,此时A1>A3,使交叉限制作用结束,系统恢复稳定。负荷剧减时相反。

可见负荷增加过程中，先开空气后开煤气，煤气和空气交替逐渐增加，从而保证充分燃烧，不产生黑烟。负荷减少时，先关煤气后关空气，空气和煤气交替逐渐减少，保证合理燃烧，不会空气过剩，带走热量。

一般取:K1/K3=0.9,K2/K4=1.1。在运行时再根据炉子结构，煤气热值加以修正。

目前市面绝大部份螺杆挤出机采用分列式温控表实现对挤出机的控制，仅在少量中、高端机型中才会采用PLC+触摸屏的方式实现机组的控制。近年来PLC和HMI人机界面逐步推广和成本的降低，PLC&HMI在挤出机行业推广应用是行业发展的必然趋势。

一、挤出电控系统的控制范围及产品特点

本解决方案的控制对象为螺杆挤出机相关的生产设备，单套系统的控制范围包括：12~16温区温度控制、给料变频器、主电机变频器、水泵、油泵、真空泵、切粒机、吹干机等辅机的控制，如果**过16温区的控制，可积木方式搭建分布式塑料生产线控制系统。单套的整体架构如下图：

采用SC200 PLC实现多温区控制和逻辑保护功能； KD200通用矢量型变频器实现主机和喂料电机的驱动； HV1020触摸屏实现系统的人机交互，完整构建了一套高性能的挤出机控制系统，系统特点如下：

1、高精度的多温区温度控制

本系统方案内含智能温度控制算法，控温性能媲美进口温控表，系统上电后*参数调整，即可满足+-2度的控温精度（控温精度可采用高精度温度计核实）。在少量需打敏感料的机器，可进一步整定参数获得更佳的控温性能。

SC200 高性能小型PLC采用新一代高性能处理器和实时操作系统，具有性能**、功能强大、编程方便、指令丰富、通讯扩展能力强等特点，可适用于工业自动化的各行各业，满足广大装备机器制造业的各类自动化需求。

SC200控制器具有强大的模拟量处理能力，所有温度、压力、流量等模拟量信号经IO单元A/D采集后，转换对应成浮点数上传控制器，指令更、使用更方便。

SC200控制器本体可运行32路智能PID模块，不同于市面上其他厂家的温控扩展模块将温控的运算在扩展模块中执行的方法，SC200的扩展模块仅为温度智能采集单元，所有32路PID运算均在控制器主模块中实现，这样的架构设计更便于完成复杂的智能控制算法。SC200擅长于实现各种大滞后、强扰动的控制任务。

2、优异的电机驱动性能

KD200变频器为通用电流矢量型变频器，具有接近直流驱动系统的转速控制和转矩响应性能，开环转速控制精度优于0.5%，低频转速稳、启动转矩大，完全满足螺杆挤出机对电机拖动的要求。

挤出机的螺杆必须以恒速、恒压的驱动将融化的料件推入模具，传统上挤出机采用直流电机驱动，但是直流电机需要定期更换电刷可维护性差、耐恶劣环境的能力也较差、造**、能耗高等特点，在大多数场合交流异步电机的变频驱动正逐步取代直流调速。

挤出机在刚刚开始启动时，由于塑料件的熔融等因数需提供很大的启动转矩，起动转矩需达到运行转矩的200%-250%左右，当挤出机全速运行时的负载转矩并不需要电机的额定转距。

3、丰富的人际界面功能

SyncView人机界面基于WINCE操作系统，采用高性能低功耗处理器、高分辨率触摸屏、丰富的多媒体动画支持、内嵌功能强大的实时数据库、丰富的通讯接口、强大的编程组态环境。缺省配置为10.2寸真彩屏，12寸和15寸屏为选配件，预计*4季度推出。

目前市面上绝大多数挤出机监视操作手段仍然采用柜面安装温控表、电流表、变频器外引BOP键盘、按钮、指示灯等非常原始的方式，少数高档机型才采用西门子高性能触摸屏，由于挤出机需要监控操作的数据量大，包括各温区温控、主辅机启停及工作状态等，对触摸屏的运算速度有较高的要求。

4、开放的网络通讯功能

本方案提供车间级生产管理监控方案，提升客户机器的竞争力，PLC百兆以太网口用于实现车间各台设备之间通讯以及与管理计算机相连，SC200支持TCP和UDP连接，轻松构建分布式车间控制系统，在办公室即可监视每台机组的工作情况，生成报表、曲线等，便于车间的精益化管理。

目前绝大多数挤出机控制功能简单单一、自动化程度低封闭、几乎均为单机人工操作运行，随着劳动力成本的上升和工艺技术的进步，单台挤出机高度自动化以及整个车间自动化越来越成为趋势。

SC200控制器本体设有三个通讯口具有强大的通讯能力，在本方案中3个通讯口均被充分利用：

232口可用于连接10寸触摸屏，PLC支持MODBUS从站协议，*编程，触摸屏即可访问PLC的数据。

485口用于连接称重喂料或者变频器， PLC支持MODBUS主站协议，通过分层填表配置从站信息，即完成通讯部分的组态，简单方便。PLC采用通讯方式连接变频器后，可将变频器的转速、功率、电流、运行工作状态等大量数据读入PLC，廉、可靠性高。 

挤出机的电量采集可通过通讯方式接入PLC。

5、丰富的远程诊断功能

本方案采用PLC自带的以太网端口、移动/电信基础通讯网络，具有强大的数据通讯能力，支持在塑机厂构建远程设备维护监控中心，可将每台机组的数据实时上传监控中心的实时数据库，为客户提供每台机组的诊断信息，甚至先于客户了解机组的运行情况，快速分析定位机组问题，为客户提供*的满意服务。

随着塑机制造企业的出货量和销售区域的扩大，售后服务的成本越来越高、问题越来越**，中低档次的挤出机电控由于采用分离温控表搭建，无法实现远程维护，现场发生问题必须技术人员到现场解决，由于人员素质参次不齐、专业知识差异等各种因数存在，现场机器的故障情况往往无法准确定位，无法为客户提供快速的售后服务且成本非常高昂。

挤出机需远程监控的数据包括：主机/喂料机转速、电流、故障信息、各区温度、加热器/冷却电磁阀工作状态、熔体压力、开关操作状态、以及机组其它参数，由于数据量较大，基于GPRS的远程监控方案通讯速率慢、无法实时提供机组所有数据信息。3G技术+以太网方案能够**的实现挤出机的远程监控。

6、产品质量稳定可靠、维护便捷

本系统为完整的挤出机的控制方案，对于标准机型，只需按照接线图完成机柜的接线上电，同时作为开放的PLC系统，用户经过简单培训即调整机型的控温区、辅机增减等常规工作。

系统的软件在现场运行时不可能发生问题，如果较个别模件发生故障，系统会自动提示，用户仅需更换模块即可。由于有智能报警和管理系统，维护便捷性优于温控表的方案。

本方案实现了系统的智能报警，相关报警如下：

（1）、主机、喂料、各辅机的故障报警信号；

（2）、各温区的加热回路故障

（3）、各温区冷却回路故障

（4）、主机电流与喂料转速不匹配报警

（5）、温区温度与主机转速不匹配报警

（6）、 。。。

所有报警均进入历史记录，用户可通过HMI、办公室计算机查询。

二、塑机行业工厂监控系统

塑料加工为国民经济的基础工业，应用范围广、客户种类千差万别，挤出机的工作环境恶劣，部分挤出机客户为小作坊的民营企业，操作工素质差、机器维护难、出故障检修困难，塑机厂也亟需为客户提供更好的维护服务。

同时，越来越多的规模以上的企业需通过现代化的手段实现车间的精益化管理，塑料车间的监控系统是塑料厂客户的殷切需求。

方案一：基于智慧云的塑机远程诊断和MES管理系统

该平台服务于塑机制造厂和塑料厂企业用户，采用3G网络和*技术，实现发货至全国各地的挤出机与塑机厂监控中心的联网。现场挤出机的数据通过以太网和3G *客户端将数据接入智能云平台，可为客户提供以下两类服务：

（1）、塑机制造厂可以*客户端方式接入智能云平台，实时监控和维护现场的每一台挤出机的工作状况，快速诊断和定位问题，为客户提供较佳的服务。

塑机厂办事处可配置大容量3G终端模块（月流量在1G以上），用于现场设备与公司监控中心的联网，业务员出差可随时携带该终端模块。

（2）、终端用户在办公室或**任何地点通过互联网登录智慧云平台，实时监控机组参数、报表、曲线、历史数据等。由于日常数据监视流量少，塑机侧3G卡仅需租用带宽20元包250M流量即可。

供货范围包括：

（1）、企业级*服务器

（2）、大型实时数据库及服务器

（3）、基于云端MES管理系统的开发和维护工作

（4）、互联网带宽租用费用

塑机厂费用：

（1）、各办事处3G路由器及日常移动带宽占用费用

（2）、总部监控中心共用办公互联网带宽。

终端用户费用：

（1）、需随挤出机采购3G路由器及日常移动带宽占用费用。

（2）、办公室上网监视共用办公互联网带宽。

注：3G路由器费用（宏电1000~1200左右）。

系统拓扑图如下：

方案二：塑料厂MES信息化平台

大型塑料车间有众多的喂料、挤出、切粒等设备，生产线监控系统需接入各类PLC的数据，以我方SyncBase实时数据库和单机版挤出机监控系统为基础，构建塑料车间完整的MES监控系统，以WEB方式提供实时监控机组参数、报表、曲线、历史数据等。

该类软件项目需针对客户的具体需求，进行针对性报价和项目实施。