西门子6ES7221-1BF22-0XA8大量供应

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 l 引言 

一般来说。大功率直流电源装置的系统主要由高压隔离开关、高压断路器、有载调压器、平波电抗器、整流变压器、晶闸管整流装置、控制系统、交流互感器、直流互感器、直流母线开关、综合测量装置及纯水冷却装置或者风机等部分组成.系统构造复杂、体积庞大，维修和维护为不便。因此，实时掌握和了解直流电源系统的工作状况显得为重要。所以，设计大功率直流电源智能监测系统对电源装置进行监测和保护是必要的。

2 电解锰电源的监控系统设计

2.1 系统总体设计

采用西门子公司的S7—200可编程控制器和TD200文本显示器，设计电解金属锰直流电源的监控系统。670 V/26 kA电解锰电源采用三相桥式全控晶闸管整流，非同相逆并联的主电路形式。该电源检测系统采用可编程控制器(PLC)作为控制的器件，将大功率直流电源设备与通讯网络连接，检测和指示故障位置。PLC以其品种多样的扩展模块(如模拟量扩展模块、通信模块)为实现采集、上传数据提供便利。智能系统的基本构成如图1所示。

该电源检测系统中，PLC、开关量单元、模拟量单元、通信单元和TD200文本显示单元构成了模块的主控单元，还有现场变换与执行单元，用于实现电源设备强电与弱电之间的隔离，把相应的故障或运行参数的信号变换为开关量或隔离后的模拟量信号送入PLC，根据PLC的输出进行报警和执行跳闸等操作，TD200文本显示器用于显示现场电源系统的运行状态，以便于工作人员调试和应用。

2.2 系统控制工作原理

三相桥式全控整流电源装置的被控对象主要是高压开关断路器、移相触发电路的触发角度、水冷却器的启停，被检测对象主要是水冷却器是否有故障、整流变压器油温是否过高、轻重瓦斯是否标、晶闸管整流器的器件是否失效、桥臂是否过热等。整流电源装置通过控制面板上的合闸按钮将点动信号送入PLC的数字输人点后，通过PLC内部的自保持程序使电源合闸并到位后，PLC将解除对整流装置触发脉冲的封锁，这样可通过给定旋钮调节给定电压的大小，改变触发角度，改变输出电压的大小。高压分闸信号送入PLC后，应该封锁整流装置的触发脉冲，然后延时数秒，再自动分闸。基于PLC的电气控制系统对大功率直流电源系统的控制思路，仍然与继电器一接触器控制系统是一致的，只是在控制手段上采用了的控制设备。图2所示为三相桥式全控整流由源装置大系统的PLC硬件设计原理图。

3 PLC控制程序

程序块选用子程序流程图，它是由故障检测子程序、模拟量采集子程序、显示子程序等几个程序块组成。部分子程序图如图3、图4、图5、图6所示。

4 结语

基于PLC控制的电解电源系统实现所要求的技术性能，利用TD200文本显示器可以直接显示报警内容，方便现场操作人员的维修与调试。系统已经投入运行，运行状态良好，为操作人员对电解电源操作和实时监控带来大便利，达到了预期的控制要求。

论述了小型棒材生产线上起停式高速倍尺飞剪的电气控制，作者采用Siemens 6RA70装置、$7-300 PLC及智能模块，针对倍尺飞剪高速、、的特点，在控制上采用了一系列行之有效的方法，使得飞剪运行、精度高、智能性好。倍尺长度误差控制在±40mm以内，满足了不同工艺条件的要求。几年来，已应用于国内多家大型钢铁企业，收到了良好效果，满足了用户需求。

0 引言

倍尺飞剪是小型棒材生产线的关键性设备，它直接影响生产率和成材率。10多年前，电气传动系统为传统的模拟系统，要想控制剪切速度为20m/s左右的起停式飞剪，几乎是不可能的。随着技术的日新月异，直流全数字系统遍及世界，为控制高速飞剪打下了坚实的基础。在这个基础上，通过利用PLC的强大功能，不断深人研究、和实践，中冶集团北京冶金设备研究设计总院起停式倍尺飞剪的剪切速度已达到19m/s，工作准确无误，倍尺精度达到±40mm，并大限度地满足了用户的各种工艺要求。几年来，已在莱芜钢铁集团公司、冷水江钢厂、乌兰浩特钢厂、日照钢铁集团公司、宁夏恒力集团、宣化钢铁集团公司等近10个厂家运行，达到了国内水平。

1 设计思想

起停式飞剪在不剪切时是静止的，当发出剪切信号后剪刃从起始点开始加速运行，要求在剪刃运行角度250°内加速到剪切速度(19m/S)，剪切完成后，立即制动，要求在250°内制动至零速，然后准确反爬至起始点。其中剪切信号是否能准确无误地发出和剪刃的定位精度是否能满足要求，是飞剪能否工作和倍尺精度控制的关键。

该飞剪采用Siemens 6RA70全数字装置作为飞剪电机电气传动控制系统，它具备的强大功能和数字系统的性能胜任飞剪频繁、快速的起、制动的苛刻要求。采用s7—300PLC智能模块和对各种干扰因素考虑完备的软件控制飞剪的剪切和剪刃的定位，保证了飞剪动作的性和倍尺精度。采用Siemens TP170B彩色触摸屏或上位机作为人机对活设备，并通过Profibus.DP网相连，其硬件配置如图1所示。为厂保飞剪速度给定的性和性，由PIC测算的速度信号及PLC发出的运行、停止命令通过DP网送至6RA70系统，6RA70系统的工作状态也通过DP网送至PLC。在操作台上，触摸屏或上位机实现了人机对话，操作者根据工艺要求，输入倍尺长度、修正系数、成品轧机辊径、剪速度前系数等参数，并可随时修改。同时，飞剪的丁作状态、故障信号等也在触摸屏或上位机上显示，大方便了操作。

2 工作原理与控制过程

高速计数器A4用来测算轧件的长度，成品轧机的编码器与之相连。在输入辊径后，脉冲当量可根据式(1)计算：

Q=(P轧i轧×l000)/(πD轧) ( 1 )

式中，Q为脉冲当量，脉冲/m;P轧为成品轧机码盘脉冲数;i轧为成品轧机减速比;D轧为成品轧机辊径，mm。

当输入倍尺长度后，用脉冲当量乘以倍尺长度，就可以计算相应的脉冲数。一旦A4汁数脉冲到达该值，就发出剪切信号。高速计数器A5用来测算轧件的线速度，成品轧机的码盘与之相连。采用系统定时中断的方法，测量每个单位时间进入A5的脉冲数，由于脉冲当量已知，因此便可实时测量轧件的线速度，以便飞剪随时跟踪这个速度。

高速计数器A6用来测算剪刃的位置，飞剪本体码盘与之相连。通过测量A6的脉冲，便可获得剪刃的位置。剪刃运行一周即360°的脉冲数P周可根据式(2)计算：

P周=P剪i剪 (2)

式中，P前为飞剪本体码盘脉冲数;i剪为飞剪减速比。

典型的棒材全连轧精轧区布置见图2。倍尺飞剪的工作原理如下：当轧件头部到达热金属检测器RJ3时，立即启动高速计数器A4，这时将式(3)计算出的长度，L预置乘以Q作为预置值送至A4。

L预置=(L倍尺+L1一L2) (3)

式中L倍尺倍为用户设置的倍尺长度;L1为RJ3至3#飞剪的距离;L2为剪刃从起始位到达剪切位轧件走过的长度。

当A4计数值达到预置值时，PLC产生中断信号给6RA70，飞剪立即启动，其速度给定为成品轧机线速度乘以飞剪速度前系数，其中，成品轧机线速度由A5实时测算，飞剪速度前系数由用户根据需要在触摸屏上或上位机设定。当飞剪完成剪切后，本体接近开关动作，A6立即启动，测算现在剪刃的位置。当剪刃到达制动点时，PLC产生中断，将速度给定从剪切速度切换到制动速度，飞剪立即制动。当剪刃速度减至零时，将速度给定切换到反速度，反爬速度给定的大小与剪刃至起始位的距离成正比，如式(4)：

V反爬=KS ( 4)

式中，V反爬为反爬速度给定;K为常数(越大，反爬速度越快);S为剪刃现行位与起始位的距离。

从式(4)可以看出，剪刃距起始位的距离越近，速度给定越小，反爬速度越慢。当剪刃速度达到大速度的1%时，保持这个速度，当剪刃到达起始位时，PLC再次产生中断，6RA70，使剪刃准确停在起始位。

3特点

我院的起停式飞剪控制有几个特点：

(1)倍尺精度高。由于轧线速度很高，控制时间上有任何微小差异，都会影响倍尺精度。例如：轧线速度为16m/s，PLC的扫描周期会造成80mm的误差，DP网的传输时间会造成>200mm的误差。因此，在剪切信号的发出、剪刃定位等与倍尺精度有关的关键信号上，采用了高速计数器中断、高速计数器直接输出与DP网传输并存方式，避免了由于PLC扫描周期影响和DP网传输时问长造成的长度误差，提高了倍尺精度。

(2)防止定位干扰。本体接近开关信号是飞剪定位的关键点，当这个信号发出后，开始测算剪刃位置，如果有干扰信号误动作，飞剪定位就会出现误差，严重时还可能出现连剪。为此，我们采用了如下方法：当PIC发出飞剪启动信号时，打开本体接近开关信号通道，接近开关信号便可进入PLC，当PLC接到接近开关信号后，立即关闭这个通道，将干扰信号阻挡于门外，有效地解决了干扰问题。

(3)测长计数累加。在设计中，我们没有采用剪切一次，高速计数器清零一次的方法。这是由于清零信号晚于剪切信号，在倍尺设定时把这段长度减去，而当轧机速度变化时，这段长度是变化的。为此，我们采用了不断累加的方法，即：将段长度作为预置值，段长度为式(3)计算出的L预置，剪切一次后，将L倍尺+ L预置作为预置值，剪切二次后，将2L倍尺+ L预置作为预置值，以此类推。采用这种方法以后，有效地解决了这个问题。

(4)实现尾化。尾部长短不一的问题一直是困扰生产线的问题。尤其是在坯料不规矩的生产厂，矛盾为。坯料不规矩使终轧材的长度差别很大，尾部不是太短上不了冷床，就是太长跑出冷床。按部就班地按不变的倍尺剪切已不适应，为此，我们采用尾化方法。，计算钢尾到达RJ2时的轧材长度L：

L=(TV轧十L1+C1) (5)

式中，T为钢尾从RJ2至RJ3的时间，这个时间可通过PLC测出;V轧为成品轧机的线速度;C1为钢尾到RJ2时A4的现行计数值。

计算出L后，便可得知继续按正常倍尺剪切所剩的尾部长度时，如果尾部长度小于上冷床的短长度，就将尾部段的长度设置改为L倍尺一L定尺(定尺长度)或L倍尺一2L定尺，也就是将1倍或2倍定尺长度移给尾部，很好地解决了尾部过短的问题。其中，定尺长度可在触摸屏或上位机上输入。

4 结束语

由于我们在飞剪的设计上充分考虑了各种因素对飞剪的动作性、倍尺精度产生的影响，因而，我院在各厂家运行的飞剪以其性高、倍尺精度高、智能性好的优良品质，大限度地满足了用户的各种需要，受到用户和**的，达到了国内水平，也拓宽了市场份额。然而，我们还要不断、完善，争取用少的硬件实现高的控制精度

针对罩式退火炉结构特点及退火工艺要求，以西门子s7-300 PLC为控制设备，采用Pariahs总线实现整个系统的主从站分布式I/O控制，利用西门子Step7软件实现控温系统的PID限幅控制和脉冲燃烧控制。实际运行结果表明，整个系统温度控制精度高，硬件，很好地满足了工艺上的要求。

0 引言

罩式退火炉是目前应用较多的一种退火设备，主要用于冷轧卷板产品后工序的光亮退火处理，由.于其退火质量较好，生产效，而且燃料消耗低，被广泛应用于各大冷轧产品生产厂。大连万通工业装备有限公司在引进消化大连大学实验室所开发的控制技术基础上，于2004年8月承建张家港中原制管厂罩式炉控制系统。针对三炉罩六炉座的系统结构特点和控制性能要求，设计过程中着重考虑了以下几个方面的内容：为方便现场操作，采用分布式I/O控制模式;为防止系统产生较大调，进行PID限幅控制;为保证炉内温度场的均匀性，采用脉冲燃烧控制方式;同时，在对脉冲燃烧控制系统的设计中，利用西门子公司提供的Step7 V5.2软件设计程控脉冲分频器，即通过PLC的程序运算控制各炉罩烧嘴的启动、停止及间隔时序，取代以往采用的硬件MPr脉冲分频设备，在很大程度上节约了成本，提高了系统燃烧效率。

l 控制系统硬件配置

针对系统三炉罩六炉座的结构特点，采用西门子S7-300 PLC为控制设备，设1个PLC主控制站，3个ET200M从站，主从站通Profibus总线实现信息的上下传输。由于每个炉罩可根据实际需要放置到任何一个炉座上，采用分布式控制模式，将每个I/O子站设在每个炉罩上，炉罩上相应的控制信号直接送入子站，子站只需一根Profibus通信总线和一根电源线与PIE总站连接即可，给现场操作带来很大方便。同时，由于控制室与退火炉间有一定距离，因此采用该控制方式可为厂家节省很多电缆投资，铺设电缆所需的设备材料和人力资源也可相应减少。另外，该系统配置方式具有很好的可扩展性，如果现场工况改变，增加工艺信号或增设炉罩，可直接将信号就近接入一个I/O子站或再配置其它的I/O子站，施工非常方便。系统总体硬件结构如图1所示。

为方便现场操作人员对系统的监视和管理，配置研华工控机一台，它通过MPI总线实现与s7.300 PIE总站的通信，并设置上位机监控系统，监控系统可实现退火炉流程画面显示、参数调节、曲线记录及报警等功能。

2 系统主要功能

各控制系统主要实现的功能包括：

(1)燃气调压保护系统。通过过滤器、切断阀、调压阀、放散阀实现燃气过滤、高低压切断、两次燃气自动放散、燃气压力条件自动控制等功能。

(2)燃气压力测试及保护系统。通过管线电磁阀、放散电磁阀、压力开关组实现燃气压力检测、测漏，分析确认炉子点火条件，完成燃气高低压保护，自锁切断，连锁功能，以确保炉子点火，防止电磁阀燃气泄漏产生爆炸，并对快速接头连接时的燃气泄漏进行确认。

(3)燃烧系统。由各罩9个烧嘴、相应的燃气电磁阀、空气电动蝶阀、烧嘴控制器、点火变压器组成，通过PIE进行脉冲燃烧控制，完成自动点火，火焰检测，连续燃烧自动通、断及冷却时脉冲供风冷却，加热及冷却过程温度自动控制，并具有故障熄火保护功能，以确保燃烧。

(4)PIE自动控制系统。由显示器、工控机、打印机及PIE系统组成，本系统实现工艺曲线设置输入，并按工艺曲线自动控温完成脉冲燃烧的加热、冷却控制;通过上位机监控系统实现温度自动记录及工艺报表曲线等原始数据的处理及打印，并对设备的断水保护及炉台风机高低速的切换实行自动控制;同时，由PLC系统自动进行连锁检查，确认设备启动及运行过程的条件，并自动进行自锁并切断。

(5)风机自动控制系统。由电控元件、变频器及压力开关组成，完成风机启动、压力确认及保证低负荷工况风机的平稳运行。

针对各系统所要实现的控制功能以及硬件上的系统配置，设计整个系统的控制流程如图2所示。图2主要是根据2 加热罩绘制的。

3 PID限幅温度控制

罩式炉热处理过程中，温度的控制关系到产品的质量。温度过低，达不到退火的预期目的;温度过高将导致过热，甚至过烧。本炉温度控制系统采用西门子公司Step7 V5.2设计完成，应用经典PID控制算法，考虑到加热保温段易产生调，根据实际经验，对PID输出分3级限幅：过程值过设定值8℃时，输出限幅设为20%;过程值过设定值4℃时，输出限幅设为50%;过程值设定值5℃时，输出限幅设为80%，小限幅均设为20%。如果要进一步提高控制精度，可进一步细化分级，具体限幅形式及限幅值的设定，在系统调试时，可根据实际情况自行设定和实时修改。同时在上位机监视界面，可进行系统的手自动模式切换、PID参数整定等。PID程序的输出是送到脉冲控制器用以分频的终值，本炉采用脉冲控制方式控制各烧嘴的工作状态。

4 脉冲燃烧控制

4.1 原理分析

在工业炉窑的燃烧控制系统中，对烧嘴的控制一般有两种方式，即连续控制及脉冲控制。在连续燃烧控制方式下，烧嘴的供热量连续可调，各烧嘴处于相同的燃烧状态，即大火或小火，炉内热气流直接上行。采用该控制方式，被加热件表面容易受热不均，加热效率也不高。在脉冲燃烧控制方式下，相对的一对烧嘴的工作状态正好相反，一台烧嘴为大火时，另一台为小火，可使热气流环形上行，在炉内形成均匀的热力场，这样工件受热均匀，加热效率也大为提高。

本炉燃烧控制系统采用脉冲控制方式，从本质上讲，脉冲燃烧控制是通过改变烧嘴的启、停时间及各个烧嘴的工作时序完成的。本炉每个炉罩设有9个烧嘴，各烧嘴只工作在开/关两种状态下，系统调试时，先根据对烧嘴的功率、混合比、喷出速度等要求将烧嘴一次性调至状态，这样烧嘴每次启动，都处于工作状态，这对于提高燃烧效率，降低排放物污染水平都。系统运行时，9个烧嘴根据程序输出控制信号分时启动，每个烧嘴的工作时间是一定的，当供热量为**时，每个烧嘴都处于连续工作状态，当供热量降低为50% 、25% 、12.5% 时，各个烧嘴的停止时间也相应延长。图3为1个炉罩上9个烧嘴的工作时序图，限于空间只给出控制值为**和5o%时9个烧嘴的启动时序。通过此方法可线性地调节烧嘴的供热量，从而调节炉子温度。

脉冲燃烧系统具有很多优点：由于每个烧嘴启动时都处于其工作状态，因而热效率、能耗、排放物的指标都可大幅度提高;通过高速烧嘴产生的热气流，并使多个烧嘴配合工作，可在炉内产生分布比较均匀的温度场，提高被处理工件的加热质量与温度均匀性;后，如果选择或设计分辨率较高的控制器并配合适当功率的烧嘴，可使系统获得很高的控制线性度。

4.2 程控脉冲分频器

在脉冲燃烧控制的应用中，大都采用硬件脉冲分频设备对输出控制值OUT进行分频，给出各烧嘴的控制信号，该方法费用较高。本炉结合自身特点，应用step7 V5.2软件开发程控脉冲分频器，即通过PLC程序实现硬件分频器的功能。

程序设计中，先对输出OUT进行整理，即根据输出值大小判断是加热还是冷却，同时计算出用于操作的控制值;输人脉宽时间，即各烧嘴启动后的工作时间，该时间可在上位机监控画面根据实际控制需要手动输人和调整;脉冲工作时间循环，根据烧嘴个数，设置多个定时器，并设定其工作时间，以控制各烧嘴的启动时序;对分频数进行限位;计算等待时间，即各烧嘴的延时启动时间;等待循环，确定各烧嘴的等待时间及时序;后根据终操作数确定烧嘴工作方式。上述流程如图4所示。

5 系统运行效果

经过现场调试，该控制系统稳定运行曲线如图5所示，其中炉罩曲线只作实时监控用，并不对其进行控制。由图可看出，控制曲线从1加热段开始，即很好地跟踪了工艺曲线值，在l保温段、2加热段、2保温段、l冷却段，控制曲线和工艺曲线几乎重合，温差甚微，很好地满足了工艺上的要求。系统在冷却后期实行自然冷却方式，故不再作控制。

该罩式炉控制系统实际投运以来，运行稳定，控制精度高，各段温差基本控制在±2℃ 内，所处理卷板质量很好地满足了厂家及客户需求，同时在很大程度上为厂家节省了成本。由于运行效果好，该系统又先后在江阴华西、无锡、扬州等热处理厂投人使用，控制效果均良好。