西门子6ES7214-2AD23-0XB8介绍说明

西门子6ES7214-2AD23-0XB8介绍说明

1 工艺简介
---- 鞍山钢铁集团公司为调整产品结构，进一步提高产品质量，决定对*二炼钢厂现有生产线进行技术更新，工艺更新和设备更新，提高经济效益，满足市场的需要。将在"十五"期间新建一台中薄板坯连铸机。
2 概述
---- 由于鞍钢连铸生产的现有的情况，在自动化系统的配置中即要保，合理性，又要避免过剩功能，降低投资成本。系统具体配置，见系统配置图。
---- 鞍钢*2炼钢厂中薄板坯连铸机生产线的控制系统采用了先进的西门子控制设备。整个自动化控制系统分为两较。**级称为基础自动化，基础自动化又分为电控和仪控。主要由Siemens可编程控制器Simatic S7，操作员工作站WIN CC，和变频器MASTERDRIVES组成。24台矢量 变频器都以PROFIBUS-DP协议方式与PLCSimatic S7 相连， 由PLC的 跟踪系统设定拉矫 机的速度。*二级称为过程控制，由过程计算机Vax来实现。
---- 为解决重工业厂区的电磁干扰和满足高速大容量的数据交换，从方案设计就考虑了采用光纤通讯网络介质，工业以太网，TCP/IP传输协议。各站都通过各自的光学链路模块OLM上网通讯。
---- 一级系统的通讯网络采用Siemens工业以太网，TCP/IP开放协议，光缆介质，通信速率 10Mb/s,环形拓扑结构。这种环型结构好处是，一旦发生断裂，仍可保持通信。此外，它完全与电位无关地运行，其优点是，不必花费昂贵的等电位连接费用，且大大增强了网络的可靠性。
---- 另外，以太网络还要与其他机电一体品设备的PLC进行联网通讯。它们是：火焰切割机A-B PLC，LF炉外精练系统S7-300，结晶器钢水液面控制系统SIMENS S7-300， 结晶器拉漏预报 系统SIMENS S7-400，结晶器振动控制设备SIMENS C7 623，以及去毛刺机控制设备 SIMENS S7-300。与二级计算机系统Vax也实现了联网通讯，因为这是一个开放的网络系统。一 引言
太钢一钢厂“平改电”工程经过两年多紧张的准备、设计、施工和调试后，其电炉系统已于2000年1月正式投产。

该电炉由太钢二钢厂于20世纪60年代末引进的Aesa公司的50t电炉改造而成。电炉设备主要由以下部分组成：炉体、水冷炉盖、倾动机构、电极升降机构、炉盖提升旋转机构、大电流线路、维修装置、加料装置、水冷装置、气动系统、液压系统等。

该电炉系统的电气控制采用电控、仪控及计算机控制三电一体化，计算机控制系统由2台操作员站、3台可编程控制器和5个远程I/O站组成。系统涉及开关量输入输出点800多个、模拟量输入输出40多路，通过Siemens公司的Profibus现场总线实现数据传递。

二 工艺及控制功能简介

电炉是冶金生产的初始环节，目的是将废钢和铁水炼成钢水，供给生产的下一环节——精炼炉。电炉生产的好坏对产品的产量、质量和成本都有直接的影响。
该电炉装料方式为炉盖旋开式顶装料，装料过程完毕后，下降电极，利用电极与炉料之间产生的电弧熔炼炉料，熔炼中可通过炉门吹氧或加料以加温和改善钢水成分。出钢时，倾动炉体，利用偏心底出钢，钢水由出钢车运输至下一环节。熔炼过程中，炉壁与炉盖通过水冷方式降温，炉盖、炉体以及电极等设备的各种动作均通过液压驱动实现。

在自动控制方面，冷却水控制、液压控制、电极弧流的调节、碳氧的控制、油氧烧嘴的控制、数据的传输，以及温度、流量等信号的采集与处理，均为电炉生产的重要环节。本系统能对上述环节的有关参量进行检测、控制、运算、显示、报警及记录。

三 计算机系统控制方式

整个电炉的计算机控制系统采用Siemens公司的S7-300可编程控制器，它通过开放的、标准化的Profibus-DP现场总线连接各个部件，构成分布式分散控制系统，对现场的控制部件实行在线调试、诊断。它还通过Profibus-S7网络与上位机实现数据共享，使交流电弧炉和钢包精炼炉有机地组成一个整体，实现炼钢自动化。

控制方式为全线PLC程序控制，实现顺控、逻辑控制、联动和联锁，以及信号传输、报警和数据采集等，必要时人工(通过按钮或旋转开关)参与紧急处理甚至停机。PLC作为全线枢纽，必需具备如下特性：

(1)实现无接点控制，减少继电器接触系统频繁出现接触不良故障。
(2)可方便地实现逻辑控制、数字运算。
(3)拥有大存储量的内、外存储器，能建立生产过程的多种数据库。
(4)编程较容易，能用多种方式编程。
(5)能与上位机联网，以及完成与各控制单元之间的通信，实现自动化控制与管理。
(6)可靠性高，具有故障自诊断的能力。
(7)可按装置要求选择标准模块进行组合。
(8)抗干扰能力强，有多种屏蔽和联锁措施，适合在电炉的强磁场条件下工作。

综上所述，在控制复杂、数据处理量大的电控系统中，使用大型PLC实现其控制任务，在控制精确度、安全性、维护量以及性能价格比方面都是可以选择方案。

四 计算机系统构成

计算机系统主要由两台操作员站OS1、OS2，3台S7-300可编程控制器AS1、AS2、AS3，Profibus-S7及Profibus-DP网，检测及执行元器件组成，并由5台ET200接收主操作室PLC主机的输出控制信号，使现场布线简单化。
1. 操作员站

操作员站作为系统的人机界面，通过WinCC实现与下位机的对话，通过Profibus-S7网对系统进行实时监控。本系统选用闽台研华公司生产的ADVANTECH 610工业型计算机及Siemens网络通信卡CP-5412实现与PLC的数据共享。

2. PLC

系统采用3台Siemens公司的S7-300可编程控制器AS1、AS2、AS3实现对电炉的基本控制，其配置主要有主机架、扩展机架、电源、CPU、接口模块、通信模块，以及数字量和模拟量输入/输出模块等。

a. AS1(S7-315-2DP)用于实现炉体的基本控制，设置以下Profibus-DP远程控制

(1)ET200M-1：液压泵站的控制；

(2)ET200M-2：液压阀台的控制；

(3)ET200M-3：炉前操作的控制；

(4)ET200M-4：炉后操作的控制；

(5)ET200M-5：碳氧操作的控制。

b. AS2(S7-315)用于实现电极系统的调节

电极调节是电炉炼钢的关键所在，由一台S7-300*自组成电弧炉的一个自动控制系统，完成对电弧炉内弧电流及电压的调节，系统中另设计一套手动控制系统，在非正常情况下，可脱机手动对电极进行人工升降操作。

电极调节控制系统根据变压器电压档自动设置输入炉内的弧流，如表所示。


当系统运行时，高压闸合闸后冶炼开始，三相电极自动下降，在任一相电极接触到导电炉料时，该相电极自动停止下降，直至另一相电极起弧后**相电极自动起弧。

操作员站主画面的三相弧压、弧流指示信号和电耗以及三相电流、电压、功率的历史曲线指示画面的数据均取自电极调节器控制系统，当后者停止运行时，则上述画面皆为零。

PLC电极调节器数字控制系统和OPA电极调节器模拟系统共用一套伺服电流放大电路，以及一套三相弧流、弧压信号的数据采样和信号转换电路，三相弧流、弧压信号的采样和转换的速率及精确度将直接影响系统的控制效果。

c. AS3(S7-315)完成油氧烧嘴的控制

AS3通过对软沥青、蒸汽、氧气的流量、压力、温度等的控制，来提高钢液的升温速度和控制钢水温度，从而缩短冶炼时间，提高产品质量。

3.Profibus-S7及Profibus-DP网

Profibus-S7网由同轴电缆及收发器组成。

采用通信处理模块CP342-5和通信卡CP-541以方便地实现S7-300与操作员站及网络的通信。

4. 检测及执行元器件

本系统的和执行元器件包括测温与测压仪表、电磁流量计、电流互感器与电磁阀等。

五 应用软件的选择

1. WinCC组态软件及应用

本系统操作员站由通用工业PC、PC操作系统，配置通用工控组态软件组成。通用工控组态软件选用Siemens公司的bbbbbbs Control Center。该软件以bbbbbbs为软件平台，全面开放。

WinCC可将过程或生产中发生的事件清楚地记录、显示出来，完成参数设定、操作控制和动态画面监视的功能。它显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部或有选择地简要显示，亦可编辑、输出。WinCC提供各种功能块实现以上功能，可结合用户程序进行信息处理、测量值处理和报表打印。运行时，它具有很强的实时性。

2. 控制系统应用程序

本控制系统的PLC程序是基于Siemens编程软件平台STEP7设计开发而成，程序设计采用结构化编程，应用OB、FB、FC块及相关数据块DB组成对整台电炉的自动控制程序。

STEP7在线调试直观、便捷，可用梯形图(LD)、功能块图(FBD)，或语句表(STL)方式编程。

六 结束语

改造后的50t电炉已在太钢**炼钢厂正式投运，自动化水平高、运行稳定、操作简便、故障率低、维修量小，达到国内水平。

计算机过程控制与工艺上新技术的运用，大大缩短了冶炼时间，降低了吨钢消耗，取得了良好的经济效益。

 四.应用实例：

    在广东佛山南海发电厂二期工程上料水煤浆系统配用了四方C320无速度传感器矢量型变频器。锅炉给料变频调速系统由PLC、工控机、I/O采集板卡、通讯网络及组件，同操器、操作器、备操器、变频控制柜、IP44变频电动机、螺杆泵等组成。通过控制电动机的转速来实现对螺杆泵上料的控制，系统具有掉电，过压，欠压，过流，缺相及电机过载自动保护等功能。同时根据反馈量及工艺情况可选择就地操作、远程操作、自动操作等手段进行控制，并能与DCS系统实现通讯。

    螺杆泵的工作原理是：螺杆泵工作时，液体被吸入后就进入螺纹与泵壳所围的密封空间，当主动螺杆旋转时，螺杆泵密封容积在螺牙的挤压下提高螺杆泵压力，并沿轴向移动。由于螺杆是等速旋转，所以液体出流流量也是均匀的。螺杆泵特点为：螺杆泵能量损失小，经济性能好，压力高而均匀，流量均匀，转速高，能与电动机直联。螺杆泵流量是稳定的线性流动，具有自吸能力强、吸入高度强，流量与转速正比，借助调速器可以实现量的自动调节，与变频器搭配使用取得了非常好的使用效果。

    参数设置如下：

    F0.0=1F0.1=6F0.4=0001

    F0.5=0F0.7=5F1.15=380

    F1.16=50F1.17=210F1.18=1500

    F1.20=1.F2.13=0010F3.6=0

    F3.8=16

五.出现的问题及解决措施：

    螺杆泵变频器系统在调试过程中，碰到了机械共振问题。当变频器调速到42Hz运行时，测量该电动机径向振动快速增加到0.6mm，远远**过正常规程范围。变频器电流急剧上升，给泵体运行带来了严重隐患。对该泵进行振动监测和分析，当工频运行时运行正常，单独试电动机时也正常。对电机电气参数重新检查和调整，重新调整磁力中心，调整电机轴承及联轴器上连接螺丝，电机振动故障仍然存在。再对电机进行升速曲线分析，该电机的工作转速和其升速曲线上出现振动峰值的转于接近。每个机械系统都有一个固有的振动频率，就某一个电机而言，其固有频率f和电机系统的支撑刚度k，电机转子质量m有关。当电机和泵体联机时，应将他们视为一个整体系统来看待。这样整个机组系统的固有频率发生了变化，当电机的转频和该系统的固有频率接近时，由于转子不平衡共振将产生异常振动。这样就出现电动机单机试验时正常，而和泵体试车时在某一个速度范围出现强烈共振的现象。把电机转子与泵体作为一个整体系统重新校正其平衡，从而改变其转子质量。对螺杆泵基础进行加固处理，从而改变其支撑刚度。通过以上处理措施后，改变了该整体系统的固有频率，避免在某一个速度范围出现强烈共振。从而了电机机械振动大的故障，机组能够安全的正常运行.

六.使用效果：

    变频调速系统调节范围宽，灵敏度高，线性度可达0.99，电器控制回路简单可靠。变频调速的电机效，节能节电。与滑差调速相比可节能20-30%。电动机只接受频率可调的三相电源，省去了机械变速齿轮装置。交流电机安装在现场，而控制柜安装在电气控制室，设备运行条件得到了改善，减少了现场维护量，给料均匀，燃烧稳定，系统自投率大大提高。变频器启动时电机从零逐步平稳上升到所需的转速，没有任何冲击，电流从零开始上升，不会**过额定电流，解决了电机启动时的大电流冲击问题，了大启动电流对电机，传动系统和主机的冲击应力，降低了日常维护保养费用，延长了电机、螺杆泵的使用寿命。