6ES7223-1BH22-0XA8型号大全

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1 引言

目前国内大多数传统水电站监控系统一般采用仪表监控和计算机监控，在厂站端用微机远动装置RT U作为数据采集设备，电站仅仅作为数据采集与传输单元向调度发布信息，大部分监护和控制动作都需要手工完成，自动化水平低，能源消耗量大并且维护成本高。

随着电力系统自动化水平的提高，传统水电站监控系统已不能满足要求。电厂站除数据采集与向调度发布信息外，同时需实现图形、曲线、报表处理等能力。把工业计算机（IPC）用于电力系统厂站端的实时监控系统可以和RTU通讯，并将所得的数据信息加工处理成为用户需要的形式，实现水电站的实时监控。本文基于国内西南部某大型水电站的实例，提出了一套基于罗克韦尔自动化产品及系统的水电站实时监控系统。

2水电站实时监控系统

本系统采用分层分布式开放型网络结构。系统分为三层，即厂级控制层和现地控制层和辅助设备控制层。上两层之间采用的双网冗余快速以太网总线结构。系统结构如图1所示。

图1 水电站实时监控系统框图

2.1 厂级控制层

（1）主控计算机（处理机）两套，以互为热备用方式工作，完成计算机监控系统的管理。包括AGG/AVC计算和处理、数据库管理、在线及离线计算、图表曲线的生成、事故及故障信号的分析处理等。

（2）操作员工作站设两套，每套工作站带两个显示器（双屏），两台工作站互为热备用方式，一台用于监控，一台用于监视。当监控工作站因故退出时，监视工作站可自动或手动升为监控站。

（3）工程师兼培训工作站用于修改定值、增加和修改画面、系统维护、软件开发及远程诊断。还可以离线设置，培训。

（4）历史数据兼打印报表计算机用于完成历史数据查询、报表打印等。

（5）通讯处理机完成与网调、省调EMS系统进行实时数据交换，与厂内其他系统（MIS系统、水情测报系统、五防机等）进行通讯。

（6）电话及语音计算机用于语音输出、电话语音查询、报警自动等。

（7）其他设备包括GPS时钟系统、网络设备、不间断电源系统（UPS）、模拟屏、 模拟屏控制机、打印机等。

2.2 现场控制层

厂房内设有四地控制单元（LCU）。其中三套机组LCU（LCU1、LCU2、LCU3）用于对发电机组的数据采集和控制，LCU4则用于对电压开关站和公用设备的控制。各LCU分别完成各自监控对象 的数据采集及处理，并向网络传送数据，接受上位机的命令和管理。同时单个LCU具有立的控制、调节和监视功能，配有键盘和监视器。当与上位机系统脱机时，仍可进行必要的控制调节和监视。现地控制单元（LCU）由工控机和PLC及远程I/O等设备组成。整个系统的主计算机、LCU及各辅助设备均通过罗克韦尔自动化的ControlNet网连接通信。各个LCU装备PLC-5/40C可编程控制器，I/O机架、通信模块、I/O模块及UPS等。各LCU通过A-B公司的1771-DB PLC Basic Module实现各个设备之间方便快捷的接口通信。

为方便操作人员在现场对设备的监视和操作，各个LCU配置了1776-TS时间顺序记录模块和A-B PanelView系列触摸屏，既方便现场事件的记录和分析，又提供了操作和监控的操作平台。

2.3 辅助设备控制层

本层包含了水泵控制箱、空气压缩机控制箱、防渗控制箱、通风控制箱、油压控制箱、旁路电源切换控制箱等九个小控制箱。所有这些辅助设备都直接挂在A-B DH-485工业局域网上。各个设备之间可立运行，也可通过网络接受命令并进行相应处理。该局域网所有的主机和站点都可以共享辅助设备的信息，因此所有水泵、油泵、空压机、通风设备及旁路电源工作情况等信息都可以时间直观的显示在上层的主机监控画面上。

3系统软件及实现功能

系统组态软件采用Rockwell的RSView32来完成数据、记录、操作监控等任务，并通过RSWebserver将图形和数据发给远程调度进行分析，同时系统软件自身采用数据库系统来进行分析和实时管理。系统软件模块组成如图2所示：

图2 系统软件模块组成

软件详细各个功能块如下：

3.1 监控画面功能

（1）电气主接线状态画面

画面显示电气主接线所有开关的状态，发电机出口的电气和励磁参数，主变压器高、低压侧的电气参数，高压线路出口的电气参数，母线的电气参数，厂用变压器的电气参数，电气主接线上所有开关的分、合闸操作按钮状态。主接线的运行状态和操作均在该画面上进行。当运行参数出正常范围或开关跳闸时，相应的数值和开关颜色变化，语音设备报警。

（2）机组工艺系统状态画面

画面显示机组及其气、水、油等主要设备的状态参数，主要设备的操作按钮。当气、水、油等参数出正常范围或设备故障时，相应的数值和设备图形颜色变化，语音设备报警。

（3）监控系统运行状态画面

画面显示监控系统继电保护、PLC和测量装置的工作状态和参数。

（4）电站所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图、棒型图画面。

（5）各种运行和管理报表及表格画面。

（6）电站的平面图、动画等显示。

3.2 远动功能

由监控系统的主工作站实现，并留有扩展能力。需要向电力系统调度机关传送和接收数据，实现调度机关对本电站的遥测、遥信、遥控和遥调，实时接收调度命令，向调度机关发送水电站实时运行工况、运行参数等信息。

3.3 数据采集和处理功能

3.3.1电站控制层

自动实时采集和处理来自各现地控制层及调度系统的数据。主要包括：机组、主变、母线、35KV线路、厂用电、调压井闸门及全厂公用系统的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量的采集，对这些数据进行处理，包括越限处理、报警处理及事故追忆处理，处理后的数据以一定的格式存入实时数据库，形成实时数据库和历史数据库，以备系统调用和随时查询，并对监视的模拟量、开关量、脉冲量进行统计分析计算（含变位、越限等）作为历史数据存入历史数据库，并作为报表输出的主要数据来源。当出现异常事件记录和出现事故时，计算机监控系统根据目前的情况自动作出处理。

3.3.2机组现地层LCU

自动实时采集和处理发电机、水轮机、励磁及调速装置、机组附属设备的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量，主要设备运行工况诊断处理，并以一定的格式存入实时数据库，对各类信息进行数据封装后存放在现地控制单元的存储单元中，并上传电站控制层。

（1）直接采集的信号

电气量：发电机定子电压、电流，励磁电流、电压、频率、有功功率、无功功率和功率因数等。

·非电量：机组油、气、水系统的压力、压差、流量、液位、温度。

·开关量：发电机断路器位置、继电保护电气事故信号、故障分类信号；励磁系统工作方式设置、灭磁开关位置、故障信号；调速器工作方式设置、故障信号；油压装置压力、油位信号；油泵运行方式、设置信号、运行状态信号；机组各温度信号、转速位置信号、导叶开度位置信号、接力器锁锭投切信号、制动闸块位置信号、制动气压位置信号、剪断销剪断信号、油槽油位信号；进水口阀门位置信号、机组冷却水信号；水机保护动作信号等。

·脉冲量：发电机有功电能、无功电能等。

（2）通信采集的信号数据

机组各部位温度、测温电阻断线及装置故障，以及有关机组轴温温度信号和交换控制、状态和报警信息。励磁系统、调速器系统、同期系统、发电机及主变和线路微机保护装置的通讯。

3.4 综合参数统计、计算与分析功能

计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算与分析，形成计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对电厂设备的运行进行监视与综合管理，可及时发现故障征兆，提高机组运行的性。对现成的计算数据列出作为实时数据处理，存入相应的实时数据库和历史数据库，进行越限报警、启动相关处理程序等操作。

（1）温度量分析计算

LCU周期获得温度测量装置采集的温度数据，进行预处理，并作计算后将数据存入LCU数据库，实现全系统数据共享，可显示、制表打印。

·温度值、值：温度画面的实时值现示和历史曲线现示;

·温度变化趋势分析：实时和历史变化曲线;

·温度越限追忆记录：历史变化曲线;

·正常值与实测值的比较分析：温度画面中温度现示值变色，正常温度为白色、报警温度为黄色、停机温度为红色。

（2）电量累积计算

计算机监控系统对全厂有功电度量、无功电度量进行周期分项分时累加，并存入数据库，供显示并制表打印。

·单台发电机的发电有功、无功电量累加;

·单回送电线路的送电有、无功电量累加;

·全厂发电机总发电量累加，全厂线路总送电量累加;

·全厂总厂用电量累加。

（3）设备运行统计计算

对机组、断路器、机组油压装置等重要动力设备，以及间歇运行的辅助设备的运行工况（包括启动次数据、运行时间、间歇时间等）进行统计，对继电保护及自动装置动作情况进行统计。

3.5 定值管理功能

计算机监控系统对所有定值作统计，定值修改、变情况统计，并存入数据库，以备查询。

3.6 生产报表功能

计算机监控系统进行电气量参数报表，非电气化量参数报表，温度、日发电量、厂用电量统计报表，生产综合统计报表等。

3.7 运行监视及事件报警功能

（1）主要设备运行实时监视

计算机监控系统可以使运行人员通过主机兼操作员工作站显示器屏幕对全厂主要设备运行状态和运行参数进行实时监视，包括状态变化监视、越限检查、过程监视、历史趋势分析和监控系统异常监视。

·越限：主要针对主机定子电流、油温、冷却水压力、定子线圈和铁心的温度计及其它被监视参数，检查设备异常状态并发出报警。

·过程监视：监视机组开停机条件、开停机进程、状态转换过程的顺序及转换时间等，并上送至电站控制层。监视机组各种运行工况的转换过程所需要的操作步骤，在发生过程阻滞时，显示阻滞原因，并由机组现地控制单元将机组转换到状态。（如开机、停机、冷却水状况等）

·趋势分析：分析机组运行参数的变化。（如机组轴承温度趋势监视、发电机温度变化趋势监视、机组电压和负荷变化、励磁电压和电流变化等）

·监控系统异常监视：对机组现地控制单元硬件、软件故障自动监视，报警并上送数据信息给电站控制层。实时监视监控系统本身的工作状况，通信状态等。

（2）事件报警

·故障报警记录

计算机监控系统周期性扫描故障信号，故障发生时，立即响应并处理，同时记录故障发生时间（时、分、秒）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印故障报警语句，发出声光报警信号，按故障发生的先后次序排列，形成故障记录并存入数据库。故障记录表格为故障汇总记录表，可供值班人员查寻，并定时打印，也可召唤打印或显示。

·参数越限、复限报警记录

计算机监控系统在设备运行参数其限值时，立即报警，越限值恢复正常值时，进行复限提示。参数越、复，记录发生时间（时、分、秒）、参数名称、参数值勤等信息，并显示打印故障报警语句，发出音响报警信号，形成全厂参数越看待线记录并存入数据库。

·事件顺序检测

机组现地LCU自动检测本单元所监视的设备、继电保护和自动装置的动作情况，当发生状态变换时，对于事故信号自动产生中断，检测事件性质、发生时间，并顺序记录，上送电站控制层，计算机监控系统立即响应中为信号，同时记录事故发生时标（时、分、秒、）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印事故报警语句，发出声光报警信号，按事故发生的先后次序排列，形成事件记录并存入数据，可按设备进行搜索记录。

（3）事故追忆及相关量记录

水电站发生事故时，需对事故发生前后的某些重要参数进行追忆记录，以供运行人员事故分析。事故发生时，计算机将按顺序将事故报警信息、事故的名称及这些追忆数据保存于磁盘中，形成历史数据。并自动显示、打印这些数据。事故追忆的重要参数有：线路三相电流和电压（正常值和故障值）；主变的电流和温度（正常值和故障值）；发电机定子三相电流和电压（正常值和故障值）、机组推力轴瓦温度等。

（4）机组开、停机过程监视

机组开、停机时（命令发出），计算机监控系统自动推出相应机组的开、停机过程监视画面。画面包括：机组编号、自动/手动标记、开（停）机条件、用流程图表示的开（停）机步骤、每步操作的时间及总时间。实时显示全部开、停机过程中每一步骤及执行情况，并按设备实际动作状态自动改变步序框的颜色，以区分已操作、正在操作、待操作及操作受阻部位。并提示在开、停机过程受阻的受阻部位的原因，进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。

3.8 控制、操作与调节功能

根据电厂设备运行的情况和有关计算结果，按预定步骤远方及现地的控制命令对全厂设备的运行进行控制与调节。运行设备控制方式设置，自动/手动控制、远方/现地操作，均可在操作画面中点击实现，有功功率、无功功率调节以及机组开停机的控制操作也可在操作画面中点击实现。

4问题点及注意事项

（1）设备的屏蔽

电子设备中某些元器件或电路中有电流流过时，其周围空间将建立磁场；同时，电路某一部分所存储的电荷，又在其周围建立磁场；电能与磁场的相互急剧转化将形成电磁干扰，这种电场与磁场，对设备本身来讲属于内生干扰，降低了设备的抗扰容限。严重时会使设备经常发生故障。为了将产生的电场或磁场限制在某一规定的空间范围内，或为了使设备或元器件不受外部电磁场的影响，系统实施时采用隔离屏蔽措施，其方法是将有关电路、元器件、或设备安装在铜、铝等低电阻材料或是磁性材料制成的屏蔽物内，不使电场和磁场穿透这些屏蔽物。屏蔽就是用金属导体，把被屏蔽的元件，组合件，电话线，信号线包围起来。这种方法对电容性耦合噪声抑制效果很好。常见的就是用屏蔽双绞线连接模拟信号。

（2）软件的开发

利用Rsview32开发的过程中，尽可能的简化程序设计，同时要兼顾所有功能的实现，务必避免为追求而使得程序非常冗杂，降低运行效率。同时程序中一定要包含充分的错误捕获机制，以便出现问题时的及时诊断和处理。

5 结束语

本文基于罗克韦尔自动化的系列产品组建的水电站监控系统，实现了机组的无人监控、少人值班，提高了水电站的自动化水平和性，减轻了运行人员的负担。系统提供一次接线图实时刷新显示，使值班人员对电器运行状况一目了然；实时数据表显示与打印功能使传统的、烦琐的手工抄表得以取代；事件顺序记录和事故追忆功能为分析事故原因带来方便；历史记录存档功能使厂站的生产运行情况有案可查；丰富的曲线功能为了解电气参数的变化规律提 供了客观依据；系统支持用户进行遥控和遥调。实际运行证明，本系统可达到大中型水电站的无人监控、少人值班的高自动化水平，减轻了操作人员工作强度，提高了电厂站运行的性。

1  引言
    为了达到和通讯协议已知的控制设备进行数据交换，以提高自动化控制系统的灵活性，很多plc制造商都相继的开发出了方便、灵活的自由口通讯方式，例如三菱公司的fx2系列plc， omron公司的cjm1系列的plc， 西门子公司的s7-200系列plc等都提供了自由口通讯模式。自由口通讯是指plc提供了串行的通讯硬件，和用于定制通讯协议的相关指令，在控制系统中，当要和plc连接的控制设备的通讯协议已知时，可以在plc中进行编程定制通讯协议，和控制设备进行数据通讯。本文主要介绍西门子s7-200的自由口和计算机的串口进行的通讯，计算机中采用visual basic进行编程，从而实现计算机与可编程控制器的直接控制。该通讯方式具有效、容易实现、通讯硬件简单、容易配置等特点在工业控制领域中被广泛应用。

2  s7-200通讯指令及特殊字节
    采用自由口通讯方式时，s7-200上的rs485口由用户控制，可以与任何协议已知的设备进行通讯，在这种情况下通讯协议由用户，为此，s7-200提供了用于进行通讯协议定制的特殊标志位以及相关的通讯指令。
2.1 特殊标志字节
    s7-200用于自由口通讯模式定义的特殊标志字节有smb30和smb130，smb30用于s7-200的端口0的通讯，smb130用于s7-200的端口1的通讯，两者的格式一样，下面我们以smb130为例，介绍其组成。smb130各位的含义如下：

    pp：两位用于选择通讯的校验方式  当这两位的组合是： 
    00无校验  01 偶校验  10 无校验  11 奇校验
    d：这一位用于选择通讯的数据位数  d=1时7个数据位，d=0时8个数据位
    bbb：用于选择自由口通讯是的波特率，这三位的组合和通讯波特率的关系如下：
    000 ——38400bps  
    001 ——19200bps  
    010 ——9600bps   
    011 ——4800bps 
    100 ——2400bps  
    101 ——1200bps  
    110 —— 600  bps   
    111 —— 300  bps 
    mm: 用于通讯协议的选择，当这两位的组合是：
    00  ppi从站模式   01 自由口通讯模式  10  ppi主站模式
2.2 接收信息的状态字节
    s7-200在自由口通讯时用于接受信息的状态有smb86和smb186，smb86用于s7-200的端口0的通讯，smb186用于s7-200的端口1的通讯，两者的格式一样，下面我们以smb186为例，介绍其组成。smb186各位的含义如下：

    n=1时：表示禁止接收信息
    r=1时：表示接收信息结束
    e=1时：表示收到结束字符
    t=1时：表示接收信息时错误
    c=1时：表示接收信息字符长错误
    p=1时：表示接收信息奇、偶校验错误
2.3 接收信息的控制字节
    s7-200在自由口通讯时用于接受信息的控制字节有smb87和smb187，smb87用于s7-200的端口0的通讯，smb187用于s7-200的端口1的通讯，两者的格式一样，下面我们以smb187为例，介绍其组成。smb187各位的含义如下：

    en=0时：禁止接收信息        
    en=1时：允许接收信息
    sc=0时：不使用起始字符开始  
    sc=1时：使用起始字符做为接收信息的开始
    ec=0时：不使用结束字符结束   
    ec=1时：使用结束字符做为接收信息的结束
    il=0时：不使用空闲线检测     
    il=1时：使用空闲线检测
    c/m=0时：定时器是字符定时器    
    c/m=1时：定时器是信息定时器
    tmr=0时：不使用时检测       
    tmr=1时：使用时线检测
    bk=0时：不使用中断检测        
    bk=1时：使用中断检测

1  引言
    寒带冬季油田的储运需要加温工艺，保持良好的输送流动性。青海油田冬季直接加热和采暖工艺系统共需要12台加热炉。每台加热炉配备的控制箱，由温控仪及一些电器控制元件组成控制控制系统。长期运行下来发现控制过程故障点比较多，也无法实现数据远传，维护工作量很大。为此增加一套plc实现所有加热炉的所有参数的采集和控制。

2  工艺分析
2.1 加热炉控制及工艺结构
    为保加热炉供应热水，每台加热炉需定期加水至液位计显示的2/3处，水温控制在给定范围，再用循环泵进行热水循环，不断的去对加热和供用热水。
    (1) 燃烧器的调整。为了使气充分燃烧供给足够量的空气，但空气如果过量，也会在过量空气随烟除时带走一定的热量，影响加热炉的燃烧效率。因此保证一定的剩余空气系数μ或保证合适的空燃比r。它们的定义分别为：
实际空气量/理论空气量μ = fa/ao ff
     r=(fa/famax)/(ff/ffmax)
    其中：
     fa：空气流量的测量值；
     famaxf：空气流量的大值；
     ff：燃料流量的测量值；
     fmax：燃料流量的大值；
     ao：单位体积或质量的燃料燃烧所需的理论空气量。
    式r=β×μ表示空燃比r与剩余空气系数μ的关系。其中，β称为量程修正系数，它的计算式为：β=ao ff max/fa max。当剩余空气系数μ=1.02-1.10时，燃烧器热效率，称为燃烧区；μ值过小，空气量不足，气不燃烧，烟囱冒黑烟，不仅热损失增加，而且污染环境；反之，μ值过大，空气量过剩，剩余的热空气随烟入大气，不仅增加了排烟热损失，而且还会产生大量的nox、sox气体污染环境。也就是说，气燃烧过程中剩余空气系数μ与燃烧热效率直接有关。
    加热炉的气燃烧过程中，不仅要保证稳态情况下的剩余空气系数一定，重要的是在加热炉负荷发生变化的动态情况下，保证μ仍维持在合理的范围内。这就是说在负荷发生变化时，一定要通过燃烧器风门的调节确保剩余空气系数在一定范围。
    (2) 气压力的控制。应用fis -her自立式调节阀来控制气流量，阀前压力为：00.12～0.3mpa，阀后压力控制在0.15mpa,使燃气流量达到稳定状态。

图1  加热炉控制及工艺结构

3  硬件系统设计
3.1 计算机配置
    计算机系统主机选用dell p4工控机，通过网线与以太网交换机连接，交换机与下位机主控模块的rj45口连接。还可以通过交换机与无线网桥连接，实现数据无线远距离的传输和工艺参数的本地显示。
3.2 plc系统配置
    (1) plc系统配置。应用北京安控公司32位控制器，系统精度高，稳定性也比较好。eopen是super e40系列控制器的开发软件，由符合工控编程语言标准iec61131-3的openpcs编程软件和eset配置软件组成。该编程软件支持iec 61131-3规定的五种开发语言il(指令清单语言)、ld(梯形图语言)、st(结构化文本语言)、sfc(顺序功能图语言)和fbd/cfc(功能块图语言)。应用软件开发工程师可以根据工程的特点，选择其中一种或几种语言灵活应用。eset配置软件是针对安控公司的硬件产品开发的驱动配置软件。通过eset方可与安控硬件进行连接，并进行参数和数据采集配置。eopen具有在线监控调试、离线、参数设置、读写i/o、监视数据等功能。
    为保证系统实时而又地采集12台气流量计数据，采用了一条支持modbus的rs485总线。其它的压力、温度、液位等模拟信号，以及开关量等信号分别接入相应的采集模块，如图2所示。

图2  plc系统配置

3.3 plc系统设计
    (1) s32-m2 cpu模块集成了一路以太网口net0和两路串口com1和com2。用eopen通讯参数配软件进行参数配置。以太网net0口的mac地址为00.01.02.03.04.05，ip地址为192.168.5.41。com1和com2串口参数配置为，站号：1，协议：modb -usrtu，波特率：9600，主从模式：slave，双工模式：full，校验：none，数据位：8位，停止位：1位，接口模式：232，时：1000ms。在参数配置完毕后，要将通讯参数写入到控制器s32-m2中。 
    (2)  s32-l2通讯扩展模块模块包括1路485接口com0，2路232通讯口com1、com2。配置s32-l2通讯模块通讯参数需要注意的是，由于rs485为主从模式，需将其置为master，现场智能仪表则设置为slave。在分别完成了com0、com1、com2串口参数的配置后，参数写入到s32-l2模块中。 
    (3) 当设置好s32-m2及s32-l2的通讯参数后，设置从设备的源寄存器地址及主设备的目标寄存器地址，在软件设置中设置数据块类型：us0，表示采集com0的数据；模块地址：2，信号类型：读保持寄存器；扫描时间：100ms；主寄存器：40001，从寄存器：43003，寄存器数量：2。 
    (4) 将5块fc101(8路ai)模块的地址映射到主控模块s32-m2中，数据块类型：fc数据块；模块地址：3～7，根据各自模块的安装位置来设置，模块地址的计算方法是：模块地址＝底板地址×16＋模块槽号；信号类型：读输入寄存器；扫描时间：100ms；主寄存器地址：30001开始，此地址表示将fc101中的地址映射到s32-m2中目标地址。此地址根据不同的模块地址放置在主寄存器的不同地址位置，从寄存器地址：30001开始，fc101模块的8路ai对应的放置在30001到30008这8个连续的寄存器中(如：fc112(16路di)的寄存器地址是10001到10016，fc133(16路do)对应的寄存器地址是00001到00016)。寄存器数量：8，指的是将fc101中的8路ai寄存器采集到s32-m2主控模块中，如果配置fc112(16路di)时，设置为16。设置其它模块到主控模块的方法类似。
    (5) 将3块fc133(16路do)模块的地址映射到主控模块s32-m2中，数据块类型：fc数据块；模块地址：8～10。
    (6) 将1块fc112(16路do)模块的地址映射到主控模块s32-m2中，数据块类型：fc数据块；模块地址：11。
3.4 国产自动化仪表配置
    系统现场除气流量计外，全部选用dc4-20ma仪表。根据加热炉特点选用了国产系列仪表，包括tds智能旋涡旋进流量计，测量加热炉燃烧的气量、燃气压力和燃气温度；uhz磁性浮子液位计，测量加热炉水液位；wideplus压力变送器，测量加热炉压力；一体化温度变送器(pt100)，测量被加热介质的出口温度；火焰探测器，探测火焰大小。

4  软件系统设计
4.1 数据及控制软件
    按工艺要求，当被加热的介质温度上限设定值时，燃烧器处于停止工作状态，温度开始下降；当被加热的介质温度上限减偏差所得值时，启动燃烧器，在小火状态下运行；当被加热的介质温度下限设定值时，小火状态转为大火运行状态，使加热炉快速加热。一台加热炉燃烧器的自动控制程序流程如图3所示。

图3  加热炉燃烧器的自动控制程序流程图

    控制程序采用结构文本话语言编写，主要取其结构化的特点，程序简洁清晰，可读性强。具体程序如下：
    var
    ti1 :uint;(*1号加热炉温度30007*)
    ti1_up :uint;(*1号加热炉停炉温度40500*)
    ti1_dn :uint;(*1号加热炉启动大火温度40501*)
    read_value_real :reg_r_ -rea
    write_value_real :reg_w_ -r eal;
    read_value_uint :reg_r_ -uint;
    write_value_uint :reg_w_ -uint;
    auto_1  :uint;(*1号加热炉启动/停止按钮40504*)
    end_var
    (*1号炉控制，读取温度值、上下限*)
    read_value_uint(adr:=30007);
    ti1:=read_value_uint.out;
    read_value_uint(adr:=40500);
    ti1_up:=read_value_uint.out;
    read_value_uint(adr:=40501);
    ti1_dn:=read_value_uint.out;
    read_value_uint(adr:=40504);
    auto_1:=read_value_uint.out;
    (*自动运行程序*)
    if auto_1=1 then
       if ti1>ti1_up  then
          write_value_uint(adr:=1,val:=0);
       end_if;
       if ti1<(ti1_up-2700)  then
          write_value_uint(adr:=1,val:=1);
       end_if;
       if (ti1          write_value_uint(adr:=2,val:=1);
       else
          write_value_uint(adr:=2,val:=0);
       end_if;
    else
       write_value_uint(adr:=1,val:=0);
       write_value_uint(adr:=2,val:=0);
    end_if;
4.2 流程显示和数据组态软件
    本项目选用北京亚控科技公司组态王组态软件用于本机上的所有工程项目集中管理。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索路径下的所有工程子项，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。另外，组态王开发系统提供工程加密，画面和命令语言导入、导出功能。组态王6.0调色板支持无限色，支持二十四种过渡色效果，再加上逼库，可视化动画连接向导，通过可视化图形操作，直接完成移动、旋转的动画连接定义。可以轻松构造无限逼真、美观的画面，轻松构造自己功能强大且美观的应用系统。组态王报警系统全新改版，具有方便、灵活、、易于扩展的特点。分布式报警管理提供多种报警管理功能。
    在工程中我们应用组态王软件制作出了12台加热炉的精美流程画面，实时数据的显示，燃烧器风机的动态旋转，火焰探测器探测到的大、小火火焰动态显示，加热炉的水液位动态显示。并且实现了各工艺参数的报警管理。

5  效益分析
    每台加热炉实现了由plc采集参数和燃烧器的自动点炉、加热控制。只要调整好燃烧器风门和燃烧流量，燃烧过程保持在燃烧区，就可达到防止冒黑烟，防止污染，节能增效的目的。加热炉燃烧器控制精度的提高，提高了燃气的燃烧效率。在没有应用plc控制之前，每台加热炉燃气的瞬时流量约140m3/h，应用plc采集工艺参数和控制之后，燃气的瞬时流量降到约121 m3/h。这样，每月每台加热炉可节约气约13680m3，5台加热炉和5台掺水加热炉每年可节约气约1641600m3，2台采暖炉每年(一年只燃烧6个月)可节约气约164160m3，12台加热炉每年可节约气共1805760m3。烟气的排放也达到了国家的标准。应用plc控制采集系统，提高了生产工艺系统的稳定性，降低了加热炉运行的故障率，保证了加热炉的运行，提高了生产效率。同时也减轻了工人的劳动强度。通过无线网桥实现了加热炉参数和其它参数传输到了70公里以外的调度室，为企业的上层管理提供了动态生产参数。

6  结束语
    通过对12台加热炉控制系统的集中plc控制，一方面实现了加热炉燃烧效率的调节，另方面又使用rs485总线modbus通讯，对所有燃气流量计的瞬时、累计流量进行采集，其它相关参数如燃气压力、燃气温度，火焰的监测等经由plc i/o板数据采集，再传输到计算机上，使系统操作方便，工作，优良的人-机接口和丰富的crt显示功能及数据存储、报警和打印各种数据，直观地反映工艺参数和流程，并且实现工艺参数远距离的传输。这些功能的实现，确保加热炉、运行。实践证明，工程的设计和实施是成功的。

1  引言
    目前，新建的轧钢生产线自动化程度越来越高，但项目的开发周期与现场调试的时间要求反而越来越短。模拟轧钢系统是解决冶金企业自动化工程要求高和建设速度要求快之间矛盾的有效方法。模拟轧钢提供了一个类似于现场的测试环境，一方面可以缩短总的调试时间，另一方面可以通过模拟轧钢来优化生产工艺参数，以代替试轧，避免轧制损失，节约了轧制原材料；还可以通过模拟轧钢随时检查现场的设备准备状态，减少设备的隐患。正因为如此，模拟轧钢的研制与应用被逐渐重视起来。

2  模轧原理和实现
    在现代化轧机的计算机控制系统中，在轧线上无钢坯的情况下产生类似于轧钢的实际状态，使轧制线上所有设备正常地按轧制情况运转起来，起时序控制作用的软硬件被称之为模拟轧钢。模拟轧钢程序是通过硬件i/o接口起作用，同样可以使用软件方式工作。
2.1 模拟轧钢概念[1]
    在现代化热轧生产线上，自动化程度高，轧制节奏快，对产品质量要求亦较高。而在计算机控制系统中具有一个关键性程序，它对全部功能控制程序的运行起到调度作用，这就是跟踪程序。跟踪程序是对轧线上热金属检测器和平辊轧机的压力负荷继电器 (hmd，lr) 状态，进而指示出钢坯在轧线上实际位置和运行状态，从而达到调度的目的。在实际轧制中，hmd和lr的 “on/off”状态改变主要根据轧件的到达和离去的时序而定(除少数hmd误动作之外)。但对于模拟轧钢时，无轧件在轧线上运动，亦要产生hmd和lr的“on/off”的变化，这就是模拟轧钢时的plc依据时序通过硬件接口的作用。按实际轧制时的工艺情况和具体的轧制方案，依据模型计算出轧线上各hmd和lr的状态时序，由计算机输出接口将此状态以时序发出去控制实际的hmd和lr二次检测器，再由输入接口采入各检测器状态，则跟踪程序就可像真实轧制时一样正常运行，调度作用同时产生了。关于实际检测器与计算机硬件接线如图1所示。

图1  模拟检测器示意图

2.2 模拟轧钢实现
    如若不使用硬件，比如在实验室工作阶段或现场过程接口尚未完备时，则只可使用纯软件方式工作。那就是使用分布式系统数据库中的计算点名代测器的点名。此时跟踪将不直接使用计算机输入接口采入的检测器信号，而使用模轧点名和接口采入的进行或运算之后的信号。如图2所示。

图2  模轧逻辑图

    图2中是以hmd10检测器为例说明纯软件模轧和实际检测器的并联输入作用。ahmd10表示实际的二次检测器的状态，shmd10表示模拟轧制时的状态输入，同时具有条件模拟轧钢sml。跟踪要使用的信号为hmd10，逻辑代数式为：hmd10=ahmd10+sml·shm -d10
各检测器的模拟状态和时序[2]是按模轧方案事先的。模轧方案考虑到了实际生产过程中常生产的产品结构和规格，考虑到少数特殊生产工艺情况(例如空过机架等)来的。具体实现模轧时，设立模轧方案号schno，还需要与schno相对应的定钢坯数据号sdano。一旦操作人员在人机接口操作员站(hmi)上输入这两个参数时，模轧程序就调用相应的模轧方案数据，并且分布系统的过程计算机根据sdano对的设数据进行模型设定计算和各种过程参数的计算，并将计算机结果依照模轧时序传送到功能控制计算机。每个模轧方案应具有一个以上的钢坯数据与之对应，其方案本身的多少视具体生产工艺情况而事先。
    模轧方案确定之后，具体的时序数据(亦是模轧时的方案数据)事先按工艺模型生成和检测器中每一个状态变化时序以组合字方式形成模轧方案数据存入计算机，便于运行时使用。方案数据的组合可以按图3所示的方法来，每次状态变化为一个组合字，多个组合字就组成了一个完整的模轧方案。

图3  模轧方案数据组合

    图3中：a表示检测器状态，a=1为on，a=0为off；b表示本检测器是否为重要检测器，b=1为重要检测器，b=0为非重要；c备用位，以此表示某些特殊应用中的特殊状态；d为检测器名称代号，可表示检测器的个数为：26=64个；t表示检测器状态变化与上次某检测器状态变化之间的时间间隔，亦即时序，单位为0.1s，大为12.8s。
上述方法的可根据实际需要可以灵活组合。在实际运行模轧程序时就是将上述组合字分解开，依据d字段的检测器号并按时序t，将a中的on/off状态发出，进而通过计算机接口输出去控制对应的二次检测器，这就是实现模拟轧钢的基本原理和实现方法。
模轧程序设置快慢两种形式的模拟。慢模用于发掘程序和设备故障时使用，快模是模拟实际轧制节奏。在慢模时，时序前进有待于操作员确认，否则将在本检测器处时序停止不前，这是对于重要检测器时起作用的。

3  模轧的应用
    一个现代化轧钢生产线具有完整的自动化、的计算机控制系统，则模拟轧钢功能是不可少的。它的作用已在实践中充分证明，其经济效益十分显著。
    莱钢1500mm热连轧生产线中，热卷箱将粗轧轧制后的中间坯弯曲卷绕成卷，然后反向以粗轧出口中间坯尾部为头部，开卷后送往飞剪切头切尾，后进入精轧机组。热卷箱与粗轧机形成连轧连卷，与精轧机组形成连开连轧，实现了无芯卷取。热卷箱在卷取过程将带坯的头尾颠倒，即将带坯的尾部变成头部并把带坯的表面反转过来进入精轧机组，大改善头尾温差大的状况，有利于下一步轧制的顺利进行。
3.1 带钢跟踪
    跟踪的目的是确定轧件在生产线上的实际位置和有关状况，以便在规定的时间启动有关应用程序，完成过程控制的其他功能。热卷箱的跟踪从粗轧输出辊道开始，到飞剪入口辊道为止，采用不同的热金属检测器来检测轧钢过程中带钢的头部和尾部以及带卷是否在热卷箱里，主要由 hmd305，hmd401-hmd405实现。当实际轧件的位置和计算机跟踪的轧件位置产生偏差时，操作人员可以通过hmi终端(pc机)加以校正，这就是跟踪修正。热卷箱热金属检测器的位置如图4所示。

图4  热金属检测器位置示意图

    图4中：roughing mill: 粗轧机；entry roll：热卷箱入口辊；cr1～cr3：1#～3#托卷辊；pinch roll：夹送辊；cs：飞剪；desc：除鳞箱；f1: 精轧机1；coilbox(热卷箱)15m hmd305：on表示带钢头部到达热卷箱，off表示接近尾部；coilbox entry (热卷箱入口)hmd401，402：为带卷直径计算和制动发出的头部及尾部跟踪点；cr1(1号托辊)；hmd403：表示一个带卷在卷取区，也生成了一个跟踪信号，用邻近的hmd信号和带卷直径计算，确定带卷在1号托辊上；cr2～3(2#、3#托辊)hmd404：表示带钢或带卷在开卷区，与邻近的hmd信号相结合，确定带卷的位置；holdback roll(开尾辊) hmd405：表示一个被动移送的带卷在开尾辊处，该hmd不检测在开卷的带卷尺寸；pinch roll(夹送辊)hmd406：表示带钢在夹送矫直辊里。
3.2 开关量信号的处理 
    图5以热卷箱hmd305信号的处理程序为例，说明模轧过程中跟踪的实现。

图5  热卷箱hmd305信号处理程序

    正常轧钢时(db11.dbx301.2)，现场检测元件hmd305(i4.0)跟踪检测到轧件后，延时200ms(t30)，hmd305_p置“1”，实现实际轧钢的时序逻辑；模轧状态时，由画面上选择模轧方式(db11.dbx301.2)，并通过一级之间的相互通讯得到精轧模轧状态(db12.dbx151.4)，当hmd401_sim条件满足后，模拟卷取计长(db61.dbd76)大于粗轧末道次轧出理论长度(db12.dbd26)， hmd305_sim条件满足，实现模拟轧钢时的时序逻辑。其中，粗轧末道次轧出理论长度通过一级间通讯，由粗轧传给热卷箱，模拟卷取计长由安装在1#托辊上的编码器算出。