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产品描述
6ES7214-2AD23-0XB8产品型号
1、引言
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，其电炉系统己于2000年1月正式投产。
该电炉由太钢二钢厂60年代末引进的AESA公司的50t电炉改造而成。其基本工艺为炉盖旋开装料，偏心底出钢。电炉设备主要
由以下部分组成；炉体、水冷炉盖、倾动机构、电升降机构、炉盖提升旋转机构、大电流线路、维修装置、加料装置、水冷、气动系统、液压系统等。
其电气控制采用电控、仪控及计算机控制三电一体考虑，计算机控制系统由操作员站、三台可编程控制器和五个远程I/O站组成。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 profibus网络实现其数据传递。
2、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，供给生产的下环节——精炼炉，电炉对产品的产量、质量和成本都有直接的影响。其工艺及控制功能见图1；
该电炉装料方式为炉盖旋开式装料，装料过程完毕后，下降电，利用电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、炉体以及电等的各种动作均通过液压实现。
自动控制方面，冷却水控制、液压控制、电弧流的调节、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。本系统就是对上述参量进行检测、控制、运算、显示、报警及记录。
3、计算机系统控制方式
整个电炉的计算机控制系统采用西门子公司的S7-300可编程序控制器，它通过二个开放的标准化现场总线PROFIBUS-DP网络连接各个部件，构成分布式集散控制系统，对现场的控制部件实行在线调试、诊断。通过PROFIBUS-S7网络与上位机实现数据共享，使交流电弧和钢包精炼炉的组成一个整体，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）参与紧急处置以至停机。PLC作为全线枢纽，必需具备如下的优点；
·实现无接点控制，减少继电器接触系绞频繁出现的接触不良故障。
·可方便的实现逻辑控制、数字运算。
·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。
·编程较容易，能用多种方式编程。
·能与上位机联网和完成与各控制单元之间的通讯，实现自动化控制与管理。
·性高，具有故障自诊断的能力。
·可按装置要求选择标准模块进行组合。
·抗干扰能力强，有多种屏蔽和联锁措施，适合在电炉强磁场条件下工作。
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，在控制精度、性、维护量以及性能价格比方面都是方案。
4、计算机系统构成
计算机系统主要由操作员站OS1、OS2，三台S7-300PLC可编程控制器AS1、ASLAS3，SIEMENS PROFIBUS-S7及PROFIBUS-DP网、检测及执行元器件组成，并用五台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。计算机系统的构成见图2。
4.1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ADVANTECH610工业型计算机及SIEMENS网络通讯卡CP-5412实现与PLC的数据共享。
4.2PLC可编程控制器
系统采用三台SIEMENS S7-300可编程控制器AS1、AS2、AS3实现对电炉的基础控制，其配置主要有主机架、扩展机架、电源、CPU、接口模块、通讯模块、以及数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块等。
4.2.1 AS1（S7-315-2DP）用于实现炉体的基本控制，设置以下PROFIBUS-DP远程：
·ET200M-1；液压泵站的控制
·ET200M-2；液压阀台的控制
·ET200M-3；炉前操作的控制
·ET200M-4；炉后操作的控制
·ET200M-5；碳氧操作的控制。 4.2.2 AS2（S7-315）用于实现电系统的调节
电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，系统中另设计有一套手动调节控制，在非正常情况下，可脱机手动对电进行人工升降操作。
电调节器控制系统根据变压器电压档自动设置输入炉内的弧流；
1——档时电压为32KA
7一一9档时电压为3OKA w
10一一11档时电压为28KA
l2——19档时电压为32KA
起弧控制；当系统运行时在高压合闸后冶炼开始，三相电自动下降，在任一相电接触到导电炉料时，该相电自动停止下降，直至另一相电起弧后相电自动起弧。
操作员站主画面的三相弧压及弧流指示信号及电耗和三相电流，三相电压及三相功率的历史曲线指示画面的数据均取自电调节器控制系统，如果电调，节器控制系统的运行停止，则上述画面皆为零。
PLC电调节器数字控制系统和OPA电调节器模拟系统共用一套伺服电流放大电路、一套三相弧流信号和三相弧压信号的数据采样和信号转换电路，三相弧流信号和三相弧压信号的采样和转换的速率及精度将直接影响系统的控制效果。
4.2.3 AS3（S7-315）完成油氧烧嘴的控制。
4.3 SIEMENS PROFlBUS-S7及PROF l BUS-DP网
SIEMENS PROFIBIJS-S7网由同轴电缆及收发器组成。
采用通讯处理模块CP342-5和通讯卡CP-541以方便的实现S7-300与操作员站及网络的通讯。
PROFIBUS-DP用于自动化系统与其外围设备、现场设备之间率要求较高的场合，该网络具有响应时间短、抗干扰性强等优点。
4.4检测及元器件
本系统的和执行元器件包括测温、侧压、电磁流量计、电流互感器及电磁阀等。
5、应用软件的选择
5.1 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，配上通用工控组态软件组成。通用工控组态软件选用西门子公司的bbbbbbs Control Center。该软件以bbbbbbs为软件平台，是一个开放的软件。
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显示或有选择地简要显示，亦可编辑、输出。Wincc提供各种功能块用于以上功能，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，具有很强的实时性。
5.2控制系统应用程序
本控制系统的PLC程序基于SIEMENS公司编程软件平台STEP7设计开发而成，程序设计采用结构化编程，应用OB块、FB块、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（LAD）、功能块（FBD）语句表（STL）方式编程。
6、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、纬修量小，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地缩短了冶炼时间，降低了吨钢消耗，了好的经济效益。
1 自动控制系统概况
目前，自动控制系统主要分为集中型()控制系统CCS(Center Control System)和集散型(分布)控制系统DCS(Distributed Control System)。集中型控制系统主要优点为:1)信息资源集中使用，易于管理，规范统一，避免了资源的重复建设。2)人员集中使用，有利于发挥他们的作用，便于组织人员培训和提高工作效率。3)信息资源利用，投入费用少，维护简单，一般多采用线型网络结构。4)系统措施实施方便。其不足之处是:1)随着系统规模的扩大和功能的提高，集中式系统的复杂性增长，给管理、维护带来困难。2)对系统升级和技术发展的适用性差，应变能力弱。3)不利于发挥维护者在系统开发、维护、管理方面的能动性。4)系统比较脆弱，主机出现故障时可能使整个系统停止工作。
集散型控制系统的主要优点为:1)可以根据应用需要和存取方式来配置信息资源。2)有利于发挥维护者在系统开发、维护和信息资源管理方面的积性和主动性，提高了系统对维护者需求变的适用性和对环境的应变能力。3)系统扩展方便，系统建设可以采取逐步扩展网络结点的渐进方式，以合理使用系统开发资源。4)容错技术较好，网络上一个结点出现故障一般不会导致全系统瘫痪。其不足之处是:1)由于信息资源分散，系统开发、维护和管理的标准、规范不易统一。2)配置在不同地点的信息资源一般分属控制系统的各子系统，不同子系统之间在上不方便。3)保密措施弱。
目前网络选型一般根据如下原则:工业以太网EtherNet是为工业生产与管理应用而专门设计的，是一种遵循标准IEEE802.3的开放式、的区域和单元级网络，其网速可高达100Mbps；它将自动化系统相互连接，而且还将自动化系统连接到服务器和工作站上。以太网具有速度快、性好、可扩展性、覆盖范围广等特点。目前的以太网主要有3种类型:
1)同轴网络:早的网络架构，通常为总线拓扑结构，网络速度为10Mbps。
2)双绞线网络TPN(Twinhy Perbola Net):中期发展的网络架构，主要是线型、星型拓扑结构，网络速度为10Mbps。
3)光纤网络FON(Fibre Optics Net):可以是线型、环型、星型拓扑结构，它以光缆为传输介质，通过光缆连接模块OLM(Optics bbbb Module)可以将网络配置范围控制在4.5km范围内，如果使用光交换模块OSM(Optics Sediment Module)则控制范围可达到150km。
2 我公司控制系统改造及优化设计
我公司4000t/d自动化生产控制系统原为日本Tosline2000集中性控制系统，自1985年1月正式投产至2000年已运行15年，暴露出以下问题:厂商不再生产备件、单指令编程对维护工程师造成局限性；自控系统经常死机；系统程序时有丢失；系统内增加设备非常困难及系统传输速度较慢。以上这些问题给生产带来较大隐患。因此，在2000年1月我们与北京冶金自动化院合作，对窑、预热器、煤磨、篦冷机自控系统进行了系统改造，采用了美国ABControl Logix5550过程控制系统，它是基于集中型控制系统和集散型控制系统的中间产品；采用双绞线网络中的线型网络控制结构，其网络结构示意见图1。
0 引言
随着科学技术的不断发展，工业生产的技术装备越来越复杂，自动化程度越来越高。可编程控制器(PLC)及其网络架构是构成CIMS系统的基础，被称为现代工业自动化的三大支柱(PLC、数控技术、工业机器人)之一，由于其使用简单、功能强大、性高，目前已广泛应用于现代工业的各个领域。越来越多的重要设备、工艺、关键部位都采用可编程控制器来组成控制系统。以往的控制系统由于较多的使用继电逻辑器件，具有故障、维修不便、动作滞后、控制精度低弊端，使用可编程控制器可以使控制的精度和稳定性得到有效保证。
某渔具厂醛浸布生产线的操作流程为：玻璃纤维布在醛树脂中浸泡后，通过多辊连接的生产线进行挤压、拉伸，通过干燥塔分段干燥后就形成了醛预浸布，后由收卷装置将干燥后的预浸布卷成布筒。
该生产线是一个典型的多辊速度控制对象，其中有大小钢辊十几个(由电机带动运转)，为保持产品质量和生产的连续性，需要保持生产线中布的张力恒定，因此控制布前进的速度一致，带动生产线前进的主要四个钢辊(放卷辊、定速辊、辅助辊一、辅助辊二)的控制尤其关键。干燥塔为立式三段结构，分别采用不同温度的蒸汽(100～200℃)对预浸布直吹固化，要求控制温度波动范围为设定温度±2℃。预浸布传动过程中会出现传动跑偏，收卷装置前通过光电开关检测布的位置，控制收卷装置移动电磁阀，纠正预浸布的偏移。
1 系统方案设计及实现
1.1硬件组成及系统方案
系统使用PLC作为控制系统的直接控制级，我们选择了日本三菱公司的FX2N128MR，由于输出点数较多，增加了输出扩展模块FX2N16EYT。
现场由多个旋转编码器(日本OMRON)测量速度辊的速度信号，通过特殊模块FX2N4AD(实现模数转换)传送到PLC。PLC根据设定值和测量值运行算后，通过特殊模块FX2N4DA(实现数模转换)作为控制信号提供给变频器。
由变频器电机转速，电机带动速度进行速度控制，变频器选用日本三菱公司FR-E540-0.4K-CH，这具有正反转特性、启动转矩大、升速降速时间短、直流过载保护等功能。使用变频器进行电机调速精度高、切换快，而且可以大大降低能源消耗。温度采集采用铠装防爆Pt-100热电阻，自行研制了温度采集板，通过特殊模块FX2N4ADPT将现场热温度信号采集上来，模数转换后送往PLC。PLC根据设定值和测量值运算后，通过特殊模块FX2N4DA提供现场调节阀的开度信号，控制蒸汽的流量，进而使干燥塔内温度达到控制的要求。
收卷装置前通过光电开关(日本OMRON)检测布的位置，控制电磁阀，通过液压泵的动作带动收卷装置的移动，纠正预浸布的偏移。
控制柜面板上安装了触摸屏(日本三菱公司F940GOT-SWD-C)作为人机交互界面，可以方便的进行工艺参数设置、控制参数设置以及现场运行参数数据查看、曲线查询等操作。
考虑到栅的成本较高，系统防爆方式采用防爆的现场仪表及操作按钮等，因此在控制系统中不再采用栅方式防爆，这样可大大减少控制系统的造价。
1.2控制软件结构
使用三菱公司GPP for bbbbbbs编程软件进行控制程序编写，该软件可以使用梯形图、指令表和SFC三种编程方式，指令多达156种，功能强大，编程非常方便。
设备控制的实现由PLC自带的PID运算模块实现，通过合理的设置P、I、D参数，可以得到满意的控制效果。
为提高运行速度、减少运行指令，在控制软件设计中我们采用了模块化编程，设计了各种通用子程序，如数据采样子程序、PID运算子程序、逻辑动作子程序、报警子程序等。
1.3触摸屏
近年来，为了方便用户在工业现场进行参数设置和查看等操作，三菱、OMRON、西门子等企业相继推出了便于现场操作的人机接口设备(也称图示操作终端或触摸民间)。日本三菱公司的GOT系列产品是用户评价比较高的触摸屏产品，我们选用型号为F940GOT-SWD-C的触摸屏，该产品可与FX系列或A系列PLC的编程接口直接相连，可以安装在控制盘或操作盘面板上。
使用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C编程软件可以设计触摸屏画面，该软件类似于组态软件，不用写一句程序，只须将相关元件拖到画面上，设置地址即可。
在个人计算机上设计完成后可以通过串口传送到触摸屏。触摸屏上电后(使用24V电源，可由PLC直接供给)直接进入所设计的画面，用手指在画面轻轻一点就可以直接按设定的地址查看PLC数据区的数据了，同时也可以按权限对PLC数据区的数据进行修改。系统还支持历史曲线、棒图、饼图等功能，也可以将打印机连接到触摸屏实现按需打印或定时打印，使用起来非常方便。
2 结束语
可编程控制器和触摸屏结合可以用在很多工控领域，在预浸布生产线中的应用则是一个实例。该系统2002年6月在威海某渔具厂投入运行后，控制达到了预定的工艺要求，产量质量稳定，运行至今情况良好，表明该设计方案是成功的。
双方正准备对多套预浸布生产线进行控制，并通过RS485总线联网至上位机组成分布式网络结构，由上位机对系统进行综合监控。上位机纳入企业局域网后可以和全厂的信息管理系统相连，组成管控一体化的网络系统。
1 引言
随着棒材轧制线自动控制的不断提高，轧制速度越来越快，工艺要求也越来越高，实现轧制工艺的双线切分轧制后，成品包装成为棒材生产线的一个瓶颈问题。传统的包装台架，效率低下，自动控制程度低，几乎全是人工操作，已经不能适应快节奏的生产需要，因此提高成品包装的速度和改善成品包装的质量，成为整个轧制生产线亟待解决的问题。在实际的生产过程中，常常出现的轧线一切正常，却由于包装台架包装节奏慢，造成堆钢和堵钢，终制约所有的工序。
项目依据工艺的需要，结合生产的实际，采用成熟的自动控制技术，实现全自动控制。新的包装系统采用液压传动和机械传动相结合，辊道、链子等控制采用无触点开关柜和变频控制，现场采用接近开关和对射光电等检测元件，实现PLC逻辑控制，在操作台上实现画面监控、交接班记录、历史曲线、包装支数和适时报警等控制功能，同时实现自动称重功能。通过实践应用，采用自动控制技术的新包装台架，实现了自动计数，自动移钢，短尺剔除，钢捆称重，自动夹紧等控制工艺，从而结束了人力包装的时代，适应了快节奏的轧线生产要求。实践应用以来了明显的经济效益。
2 工艺流程
在棒材生产线，成品棒材经过冷床区域冷却，再经过冷剪定尺剪切，进入包装台架输入辊道控制区，从而进入包装台架区域。整个包装台架依据工艺划分为三个部分：入口区、区和出口区。下面对三个区域的工艺流程加以说明：
2.1入口区域
主要工艺说明：当钢进入包装台架，从辊道上由“移钢台架”移到一级和二级移钢链上，如果有短尺钢，当钢移到“短尺剔除辊道”上时，“剔除电磁铁”得电吸起标尺钢材，“剔除辊道”开动将短尺钢移到短尺辊道区域，再经“剔除翻钢”将其移走。入口区域结束。其中“移钢台架”的动作原理（如图1：移钢台架动作周期），从原位上升，前进，到前位，再下降到低位，后退到原位；“一级链”上可以设定把数（一般设计1-4把）；在“二级链”的链轮上设定计数拨轮，用于准确计数，并且“二级链”具有高位和低位限位。
注释：在工艺控制部分，涉及到控制元件的术语加双引号，以利于理解和叙述下同。
2.2区域
主要工艺说明：钢从入口区的“二级链”移到“三级链”，其中“三级链”由“液压马达”实现加速控制，使叠加的钢材在“三级链”上散开，确认钢材是否有短尺，同时确认钢材的支数；“三级链”把钢材移到“分离臂”处，“分离臂”接近开关感应使“分离臂”上升，同时“分离轮”转动，把钢材移到“上收集臂”上，由对射光电判断“上收集臂”有钢；到一把的钢支数后，“下收集臂”上升，“上收集臂”下降，把钢移到“下收集臂”上，由对射光电判断“下收集臂”有钢，“下收集臂”下降，把钢放到“收集辊道”上，区结束。
2.3出口区域
主要工艺说明：钢从区移到在“收集辊道”上，“收集辊道”开动，由“撞齐档板”把钢撞齐，此时有对射光电判断钢在“收集辊道”上，依据工艺要求，“收集辊道”设计有9米和12米档板和立式夹送辊；钢在“收集辊道”上经过撞齐，移送到“打捆辊道”，此时有四个“液压成型器”，夹紧将钢打捆；由对射光电判断打捆结束，“打捆档板”下降，把钢移送到“称重辊道”上，延时称重；由对射光电判断称重结束，降下“称重档板”，把钢移到卸“载辊道一段”和“卸载辊道二段”，有“撞齐档板”撞齐，同时对射光电判断“卸载辊道”有钢；“卸载链”上升，上升到高位，向前移动钢捆，移动到“存储链”，“存储链”可以存储3-4捆钢，出口区结束，参见图2：工艺流程图。
3 控制系统设计
为实现包装台架的自动控制，新的包装工艺控制使用了一台西门子S7-300作为逻辑控制，使用Intouch软件通过工业以太网通讯实现报警、监控和控制，其中还应用了液压传动和变频技术控制辊道鼠笼电机，无触点开关柜控制链条和部分辊道。（附图3：控制框图）
3.1逻辑控制部分
在逻辑控制部分，入口区、去、和出口区，分别实现手动和自动转换，可以任意选择三个区域的手动和自动切换。现场使用的检测元件选用了接近开关和对射光电两种器件，来判断自动步骤的连续性，使自动状态的包装工艺流畅。在关键的钢材计数器设计上，由PLC中实现计数支数的逻辑控制时，在操作台画面上设计有“计数到”，来实现模拟自动状态和对故障状态时的手动干预；在短尺剔除工艺部分，剔除电磁铁可以在横梁上前后移动，依据钢材不同长度设定对应的定尺，同时设定限位开关，实现自动短尺剔除功能。
3.2画面控制部分
画面实现了包装工艺的全流程自动/手动设备的运行状态监控显示，可以在不工作空车状态下模拟整个工艺流程，以便于操作人员熟悉工艺流程和交接班时间检测设备运行状态；同时实现画面操作和操作台操作两地控制现场设备，并编制有设备故障维护说明，以利于设备维护排除故障的快速和准确；其中液压控制部分，实现设备监控和液压设备温度、压力、液压塞堵塞、电机投入连锁等显示和报警提示功能。并在画面实现：历史曲线，交接班记录，规格记录，包装支数记录，程序设定，屏幕显示，打印记录，故障检测，故障报警及自动处理等功能。
3.3液压控制部分
液压控制移钢台架，上下收集臂，链升降，三级链，打捆成型器，五个升降档板，卸载链升降等。其中三级链控制，使用液压快速马达，实现三级链的快速移钢，同时应用了液压比例阀参与调节。液压传动相对于电气传动，节能降耗，使包装台架的工艺控制加科学合理并降。
3.4自动称重系统
采用PC机自动称重系统，降低检测误差，提高称重精度，自动检测钢捆的重量，结合支数，实现了企业内部ERP系统的联网，可以实现自动打印报表，统计吨数和成材率，实现全轧线工艺流程跟踪检测的终数据结果汇总。
3.5变频器和无触点开关柜
在辊道控制上，使用变频器，减少常规的电器元件的机械损耗，同时减少故障点，集中控制辊道，使自动控制工艺实现免维护状态。无触点开关柜，依据双向可控硅特性，具有全数字直流控制面板，可实现能耗制动，同时可设定正反转延时时间，过载电流，堵转时间等，提高了设备的稳定性。开关柜采用的箱式结构，有利于换设备，变线上维护为线下检修，变被动维护为定期点检，使设备维护故障率明显下降。
4 结束语
综合上述，新的成品包装台架结合PLC、画面、液压、无触点控制、变频等技术实现全自动控制，提高了包装台架的工作效率，在以往的轧钢工艺中，由于工艺轧钢节奏的缓慢，包装部分一直是人们忽略的问题，现在快节奏的生产需要，双线切分轧制和提速轧制的实现，要求在轧制线秒必争，因此全自动包装台架，在现有成熟的技术支持下，实现了准确流畅的自动控制，在实际的生产和应用中，有着非常重要的经济。
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