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产品描述
西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0参数设置
0 引 言
钛渣电炉借助于电极通过大电流，以电阻热和电弧热的形式加热物料完成冶炼。从电炉的功率曲线可知，不同电弧电流对应不同的电弧功率，当弧流超过有利的调节电流时，输入炉内的功率并不会因为电流的增加而增大，反而线路上的电耗将增大，难以获得目标中的经济效益，同时可能损坏炉衬，加大电极的消耗量。如何将电流控制在一个合理范围，并可靠地控制，使其达到既保护设备安全又具有可观经济收益，是电炉实现控制的目标。
在攀钢钛业公司钛渣厂，25.5MVA钛渣电炉（国内大的钛渣电炉）采用控制液压系统电磁阀得电时间，来实现电极升降动作从而达到对单相电极熔炼过程的恒流控制。为达到炉内电极三相功率平衡，在以电流为主进行控制的同时辅以二次电压的调节，来保证输入炉内的三相功率在一定范围内达到平衡。
在钛渣冶炼工艺中，使用西门子S7-400 PLC对电极调节过程进行控制能够保设备可靠、准确运行，完**满足钛渣冶炼过程电极控制要求。
1 电极电流控制工艺要求及控制原理说明
常规的电极升降控制，被控量计算取决于电极升降调节方式，有阻抗控制、功率控制和电流控制。而钛渣冶炼是按功率曲线的设定和优化进行控制。
一个完整的工作过程是系统投运前，自动检查各设备运行状态，使其置于设定的初始位置，并由PLC系统发出确认指令，电极的升降控制由预先输入到PLC的功率曲线来完成。
在钛渣冶炼过程中由于同时存在电阻炉和电弧炉的工作过程，所以我们应按2个阶段来考虑。在埋弧时，电极下部埋在炉料中，其加热来自电极和炉料之间的电弧热，但主要是电流通过炉料时产生的炉料电阻热，此时负荷量很小，电流从零逐渐上升，电流变化快，功率因数高，三相负荷电流控制较难实现。当炉料逐渐熔化，熔体的导电性增加，电阻值下降，明弧放电现象更加明显，常易出现塌料翻渣现象，此时须快速提升电极，以防短路。炉料完全熔化后，电极根据设定参数与炉料保持一定高度，该过程通过调节电极的升降，控制电极电流和相电压的变化，使电极功率按给定曲线运行。相对于整个工艺过程，此阶段进入冶炼“平稳区”，同时，电极与时间及炉内熔体中的FeO含量一起作为控制终点的辅助控制。在冶炼终点钛渣出炉时，电极随熔体液面下降，保持一定的电流电压值，当出渣时间接近设定值，切断电炉供电电源。一个冶炼周期完成，电炉按预设程序恢复到开炉前状态。
因冶炼工艺的特点，对炉子的控制和运行要采取相应的保护措施，主要有短路保护和断电极保护。系统设有**级：单相手动、三相手动、短路或断电极时快速提升。设**的计算和给定在上位机完成。
短路保护：监控高压侧相电流，当其超过一预设较大值时，电极上升。如翻渣时，电流成倍增大，计算机输出电信号给液压系统，迅速给大力缸供液，在5s内使电极达到2.5~3m/min的速度迅速提升,并使电流下降,甚至为零。如电流值仍不下降，则延时T秒后系统供电系统自动切断。
断电极保护：在起弧阶段，当出现三电极不同时与物料接触时，若仍采用正常调节方式，将因设定值和实际值之间偏差使电极下降，导致电极折断。因此对这种情况采用“电压-电流”控制方式，当单个电极与炉料接触时，虽电流为零，但弧压也为零，该相输出为零，电极停止下插。
在冶炼中，我们期望以较小的输入功率换取较佳冶炼效果，但在冶炼过程中，电极电流和电压的变化与炉料反应及炉况息息相关。因此要实现恒电流控制首先就要找出一个参照系来做被控参数。考虑到冶炼工艺与化工控制中精细性的区别，在本方案中恒流控制的参照系是在PLC中输入的一条设定功率曲线，它按时间段设定电极电流的大小，在一个冶炼周期中的不同冶炼时间，对电极电流设定值加以调整。
电炉变压器高压侧如A相电流互感器检测到A相电流变化，通过电流变送器转化成4~20mA的电信号。电压信号经I/O卡板整形滤波，并与设定值比较、运算及放大处理后，去控制液压系统的电磁阀，由电磁阀控制液压换向阀导通时间，从而升降液压缸以改变电极位置，较终达到控制电流的目的，原理图见图1。做为电炉本体的控制，炉体温度、炉内压力、变压器极数也是必须要检测控制的。
水泵作为给排水工业中常用的设备，应用十分广泛，尤其是多台水泵组成的水泵组十分常见，在许多大中型污水处理厂和泵站中的水泵组，基本都实现了PLC自动化控制。PLC自动控制有很多的优势，能够实现的自动调节、平衡、报警等操作，还能实现无人值守运行，控制起来也十分方便。随着小型PLC大量进入工业及民用市场，价格也接近甚至低于继电器控制的成本，许多以前只有大中型PLC才能完成的控制项目，也能够由一些控制和维护都更加方便的小型PLC来实现，如三菱的FX系列、西门子的S7-200系列等小型PLC，所需人力的维护更少。
1 问题提出
保定污水处理厂建厂之初就实现了完全PLC控制的自动化，进水泵的自动控制系统由一套较复杂的PLC程序来实现，其中包括时间控制、液位控制、报警系统、循环备用等功能，这样一套完整的PLC系统在实际运行中较稳定，为污水处理厂的稳定运行做出了贡献。但由于是多年前的PLC系统，其程序繁琐复杂，易读性差，程序的升级和维护基本无法由维护人员来完成，尤其作为一套运行了多年的系统，在实际运行中发现了一些问题。具体来说，保定污水处理厂的PLC水泵控制方式主要是通过一种循环启停来控制多台污水水泵（如：P1、P2、P3、P4……），自动控制程序的操作者可以通过远程的人机界面（HMI）来设定几个控制液位（L1、L2、L3、L4……）以及一些平衡和报警的临界点，如单台泵的持续运行时间等。该液位对水泵的控制是一种不完全的循环控制方式，具体运行方式举例如下：达到液位L3将同时启动P1、P2、P3，而低于L3将同时启动P1、P2而停止P3。（其它液位如L1、L2、L3对水泵启停台数的控制可以依此类推），而系统通过定期切换P1、P2、P3、P4的顺序，来有效保证长时间内各台设备的开机时间大致相同，防止出现单台设备磨损严重的问题。然而，在多年的实际运行中发现，液位处于某一临界值上下波动，很容易造成某一台水泵的频繁启停。如液位靠近L3，将造成第3台水泵P3的频繁启停，定期切换P1至P4启动顺序只能解决长时间的运行时间平衡问题，而在设定的时间段内，（如一周），这种单台泵频繁启停无法避免，这样实际上设备的损耗十分严重。
2 解决方案
改进这种情况其实正是PLC控制的优势所在，要想通过改进PLC程序的运行来避免出现上述情况，需要对循环的设备组采用“先启者先停”的循环投切控制方式。
为实现该想法，特以三菱FX2N系列小型PLC为例来编程。
I/O设定：X000～X003对应4个控制液位；Y000～Y003对应4台水泵；数据寄存器D0存放水泵组中即时的某一台水泵编号；数据寄存器D10存放水泵组启停状态映像数据；数据寄存器D20存放水泵组堆栈临时取出数据。
基本思路如下：
（1）初始化数据时，将4台水泵的编号设定为：1、2、4、8，这样就可以对应到数据寄存器的D0的后4位中去。同时将D10初始化为0。设定一个堆栈，由X000～X003的上升沿数据D0进入堆栈的开关M0，上升沿同时使数据寄存器D0中的数据发生一次循环左移，其结果与D10进行“或”运算后重新赋值给D10并将D0送入堆栈，使堆栈中依次保持较近4次水泵的编号。这样，每增加一次进入堆栈操作，D10中的数据就会增加该水泵对应的编号数。
（2）另外，由X000～X003的下降沿数据读出堆栈的开关M1，取出较早一次的水泵编号放入临时寄存器D20，然后将D20与D10进行“异或”运算，其结果也即时保存到D10中。同样的道理，每增加一次读出堆栈操作，D10中的数据就会减少该水泵对应的编号数。
（3）较后，将D10的后4位数据对应到Y000～Y003中，完成较后的水泵状态输出。
根据上述思路编写相关部分程序：
LD M0//堆栈写入开关M0（由四个液位上升沿）
ROLP D0 K1 // M0控制D0中数据循环左移一位
MPS
AND C1
MOVP K1 D0
RST C1
MPP
WORP D0 D10 D10 // D0与D10“或”运算后重新赋值给D10
SFWRP D0 D1 K6 //将D0送入堆栈
OUT C1 K3 //通过设定计数器C1的值来设定需要循环的泵的台数
LD M1//堆栈读出开关M1（由四个液位下降沿）
SFRDP D1 D20 K6 //从堆栈中取出较早的水泵编号放入寄存器D20
WXOR D20 D10 D10 //D20与D10进行“异或”运算后重新赋值给D10
LD M8000
MOV D10 K1Y000 //用D10的后4位作为Y000～Y003四台泵的输出
注：完整程序使用GX Developer V7编写并调试通过，并通过GX Simulator 模拟程序的运行，验证了其在实际应用中的可行性。
由程序可知，液位在各个临界点上下波动，会即时保证液位要求的水泵启动台数，同时液位的变动将对所有现有的水泵依次做循环启停，而不是仅仅针对某几台水泵做循环，即循环中将没有死角。举例来说，液位沿L3上下波动时将保证有效启动泵数为2或3台，同时对所有4台泵逐一循环，这样就达到了保护设备的目的。而且，不再需要定期切换水泵组启动顺序，因为程序运行后就可以对所有水泵依次开机，不用考虑备用设备定期切换的问题。
另外，在此基础上，可以通过设定C1的值并调整D10与Y000～Y003的输出关系来设计停机检修程序，允许系统在自动状态下停机检修一台或几台设备而不影响其它设备的循环。
旧式制砖机通常采用继电器式的自动控制柜,存在结构复杂、体积大、故障、通用性差且控制精度不高等问题, 而且制砖机控制系统仍为人工操作，严重影响了制砖的生产效率和产品质量。根据生产实际的需要, 介绍了一种采用光洋PLC改造的制砖控制系统，可实现送板、加料、布料、成型、脱模至出砖的全过程自动化。
1 工作流程及控制要求
1．1工艺流程
砖坯成型经过石子、砂和水泥混合和搅拌，注入模腔，挤压成型，较后出模等一系列工艺生产过程。具体流程如下：料车处于后位，模箱下降至下位加料并进行振动和耙料直到模箱加满料停止振动，然后料车退回；加料结束上压头压下，将模箱中的料在振动的同时压实成型；然后脱模，链条带动送板和成型砖下降至较底部，再将送板和成型砖一起推出，完成制砖工作。
1.2系统构成
本制砖系统由以下三大部分构成：
（1）砖机系统由机架、料斗、料车、模箱、压头、机械手等构成。系统机械部分由电机驱动，动作迅速、平稳，在生产时压力稳定，成品密度均匀。
（2）传动系统由6个电机和1个电磁铁构成。
（3）电气控制系统采用PLC系统。设置了手动/ 自动按钮，手动按钮主要是在系统或软件调试时使用，一般生产中，采用自动模式。并为各个按钮设置了指示灯，以便系统运作不正常时，容易查错。
2 电气控制系统的实现
2.1 PLC机型的选择
根据控制要求和控制功能的分析,本系统采用光洋SH32PLC和TP460L来实现自动控制。
全部动作都由PLC进行联锁控制，运行稳定可靠。各个执行部件的行程都由接近开关检测，送到PLC中进行处理、控制，因此定位准确。采用TP460L触摸屏，友好的人机界面给用户提供系统运行的全部信息，并支持人工干预、故障报警、数据记录等，用户可以方便地对系统运行状态进行监视、设定及修改参数。同时，系统还提供完善的保护功能，以及紧情况快速停机等功能，较大限度地保护人员及设备安全。
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