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 1997年太钢引进的按国二十辊轧机、冷热不锈带钢退火线、光亮线等新装备，是以扩大不锈钢生产能力。冷轧煤气混合加压站，是太钢不锈带钢退火线的配套设施，有加压机3台，气源为高炉煤气、焦炉煤气。由于生产线工况不稳而造成用量大幅度频繁波动；同时由于气源管网方面的状况较差，高炉煤气压力波动范围3—10kPa，焦炉煤气压力波动范围1．5。6．5kPa；其波动有时频率很快，仅靠仪表调节产生震荡，无法通过人工调节；经常出现长时间的低压，造成混压困难，甚至造成高炉煤气蝶阀关闭、机前负压的险兆。
太钢于1999年6月采用了西门子SIMATICS7—300PLC、德国UNI公司热值仪、西门子变频技术等进行全过程自动控制改造，实现了混合煤气热值、加压机后压力双稳定的目标，确保了不锈钢的正常生产，节能效益非常可观。

1 系统概要
改造后的系统构成复杂，仅调节阀就有九个，此外还要增加变频器，由计算机控制切换调节3台风机转速；增加热值仪，串级调节高焦配比。采用西门子S7—300PLC和研华IPC 610工控机构成DCS系统。S7—300PLC作为下位机来实现所有信号的采集、运算、调节，其特点是：模块化、无排风结构、易于实现分散、运行、。CP5611卡为S7—300PLC与工控机的通讯接口卡，具有RS485接口和87．5kbps的通信速率，传输距离可达50m，使用中继器可达9100m。

2 控制原理
本系统含四个调节回路：
2．1热值调节
热值是用户气源的主要质量指标之一。
冷轧煤气7昆合加压站以高炉煤气为主气，它不可控制，取决于用户用量；焦炉煤气为辅气，要求控制其两道阀门，使高、焦配比约4：1。
2．1．1“高焦限幅”辅热值
本回路为一串级、交叉限幅调节系统。以热值调节为主环，焦炉煤气流量调节为副环，加入了高焦煤气流量单交叉限幅。焦炉煤气流量的设定值不单单取决于热值调节器输出信号，而且受到高炉煤气流量的瞬时值的限制，即按高、焦理论配比值求出应配焦炉煤气流量值，乘以1．05和0．95作为输出信号的上、下限幅值。
该控制思想一则使焦炉煤气流量调节器的调节量不至于过大，从而使高焦配比值在小范围内波动；二则使主环调节器不至于产生调节饱和，加快了滞后较大的主环的动态响应，改善了系统的调节品质。
对热值仪信号故障也有保护性，在实际的运行中，我们发现工人有时忘记了给热值仪过滤器排水，使煤气人口压力太低，燃烧不够，造成仪表信号显示偏低很多，即使焦炉煤气阀开到大，也不可能把热值调至“正常”，但此时热值调节器输出信号受到高炉煤气流量的交叉限幅，故在此三个信号中，终以上限值为焦炉煤气流量调节器的设定值，从而使焦炉煤气流量调节阀被约束在了一定的阀位，终使混合煤气热值波动稳定在一定范围内。
2．1．2“双阀同控”避“瓶颈”
原设计一阀自动、另一阀手动，实际上两阀都在手动方式，因而常常顾此失彼，致使南、北阀位相差太大；若采用两路单的调节器，二阀阀位加混乱，当系统工况变化较大时，其中一阀就会成为调节的“瓶颈”；若采用双调节器进行调节，二阀各自进行动作，虽能使系统在某一阀位组合状态下稳定，但有可能造成二阀阀位相差太大，同样可导致“瓶颈”的现象。
对此采用单台调节器串调双阀的控制方案，即在计算机中设置一台软调节器，其输出信号给到2台手操器，同时带动2台电动蝶阀。为防止二阀同时动作造成调，将2台手操器内的死区设置的有所差别，当调节器输出要求的阀位信号与实际阀位反馈信号出现偏差时，死区小的手操器(电动调节阀)动作，若偏差不大时，就能纠正过来；当调节量不够时，偏差增大，死区大的手操器(电动调节阀)也动作，加大调节力度，使系统回到稳定状态上。当系统出现较大偏差时，常会出现同时出二者死区范围的现象，则二阀一同动作，使偏差减小到一定范围，此时大死区的电动调节阀停止动作，剩余的小偏差靠死区小的调节阀来进一步精调到位。
2．2混压调节
混压调节在实际中既影响热值、又影响加压机后压力。所以，混压调节不好，则热值调节、加压机后压力调节都无从谈起。本回路为一串级随动调节系统，在控制回路中建立数学模型，煤气混合压力的设定值随着高、焦气源的压力波动而自动计算设定，同时又加以上下限幅，使工艺操作变得加合理。从热值的稳定方面来看，机前混压能够随高、焦煤气压力波动而适时适度地调整，保证了焦炉煤气能够按所需的量顺利配人；从加压机后压力的稳定方面来看，机前压力变化范围不至于太宽，减少了对加压机后出口压力调节的干扰。
混压调节就是控制高炉煤气的两道阀门。为了避免“瓶颈”，同样如上所述，也采用了一台软调节器控制2台电动调节阀的方式，减少对机后出口压力调节的干扰。
2．3加压机后压力(变频)调节
加压机后压力是用户气源的主要质量指标之一，本回路为一定值单回路调节系统。其设定值为3．5kPa，当加压机后出口压力升高／降低时，增大／减小变频器的输出频率。从而改变加压机的转速，以“变”求“稳”。在计算机和变频器上都设置了运行频率，从而保出口压不至于太低，也保证了自带油泵能够给出足够的油压油量，以免烧坏轴瓦。这两个频率运行下限是保证加压机设备、用户正常生产的两道防线。
2．4加压机后压力(泄放)调节
这是加压机后压力调节的另一手段。本回路为一定值单回路调节系统，其设定值为14kPa，当加压机后出口压力升高／降低时，增大／减小泄压阀的开度，以“泄”求“稳”。
2．4．1变频、泄放“双管齐下”稳压力
通常，泄放调节器的设定值变频调节器的设定值，一般情况下，变频器负责系统全部的调节，而泄放阀处于关闭的“休闲”状态。当用户突然大减量，造成出口压骤然升高，变频的调节速度不足以使出口压降下来时(即出口压过14kPa)，泄放回路立即参与调节。泄放回路比例带、积分时间都设得很小，因而，动作很快，与变频“双管齐下”，可使压力降下来，保证了用户气源压力稳定，避免了以前类似情况下加压机进入喘振的可能，了设备。在调节过程中，绝不会出现既保持加压机转速较高，又使泄放开启一定高度的“稳定平衡”状态。

综上所述，本系统在控制思想和软件编制上有如下的特点：
(1)小偏差小动作、大偏差大动作，既加决了响应速度，又提高了调节精度。
(2)两阀在调节过程中，”不会造成“瓶颈”现象。阀位死区大的南阀阀位“阶段”性地跟踪死区小的北阀阀位。当偏差产生时，北阀“有错必纠”，南阀对北阀在调节中所累计的阀位变化不会坐视不管，而是“该出手时就出手”，大力度地“调一把”(当北阀阀位调到一定开度时效果就不显著了，此时取决于南阀的开度)。
(3)死机情况下、变频器仍然能保证运行。无论主机从机中任一掉电，或二者都掉电，变频器都运行在其保护下限频率上，加压机不会停机，保证了用户的正常生产。
(4)简单易“倒机”。通过软件的巧妙设计，使加压机的切换变得非常简单：将变频器输出频率下调为零、此时原运行的加压机处于停止状态，电流很小，可拉掉其开关，并马上再合上另一台备用加压机的开关，因变频器末停，3—4分钟即可调频加速到工作状态。当然二者切换期间，需关照冷轧关小烧嘴。
控制系统在WIN98环境下运行，组态软件为STEP7V5．0及Kingview5．0。系统利用组态软件Kingview5．0的驱动程序与下位S7—300PLC进行数据通讯，包括数据采集和发送数据／指令；下位S7·300PLC则通过MPI卡与上位计算机交换数据，每一个驱动程序都是一个公共对象，这种方式使通讯程序和组态软件构成一个完整的系统，保证了系统率地运行。

3 系统画面
系统画面分为两大类：操作员画面、工程师画面。
操作员画面：向操作人员了各种数据、曲线、功能键，显示内容丰富鲜明、操作简捷。工程师画面：工程师在调节中进行参数修改和设定的重要环境，也是自控系统的。

4 结束语
该系统自投运以来，在生产正常的情况下，热值稳定在6．0左右，压力稳定在13．5kPa左右，满足了用户的要求，同时变频运行于30—40Hz左右，泄放阀一般处于关闭的状态，大大减少了泄放煤气量和净焦煤气量，达到了预期的生产、提高产品质量、节能降耗的目的。

简介：本文介绍了可编程控制器(PLC)S7-200和文本显示器TD200在筛板冲孔加工中的应用。此系统降低了劳动强度，操作简单方便。通过TD200组态以及PLC控制程序对冲床进料系统进行控制，构成一个的经济型数控机电一体化装置。


1. 筛板冲孔装置及其控制系统

矿用振动筛筛板(冲孔板)在冲孔加工时，大都是操作工先在钢板上标出孔的位置，然后再由人工进料用冲床冲出。这种加工方式劳动强度大、工作效率低、加工精度难以保证。为此我们研制了自动冲孔系统。 筛板冲孔装置由冲床、 横向工作台、纵向工作台、接近开关，交流接触器，中间继电器，S7-200，TD200等。产品制造流程是：手工上料，按自动运行按钮，横向步进电机和纵向步进电机分别启动完成工件的横、纵向进给，从而冲床完成工件的加工，后横向工作台和纵向工作台回到原始位置。除了具有自动完成横、纵向进给，此装置还具有点动进给功能。 此装置以德国西门子（SIEMENS）公司S7-200系列PLC对冲压机进料系统中的两个步进电机进行控制，实现横向和纵向的自动进给。并使用TD200对工艺参数进行设定和显示。为降，本系统使用了一个步进电机驱动器来驱动两个步进电机。TD200是专门为S7-200系列PLC配备的操作员界面，它是一种连接简单，操作方便，功能强大的实用性人机界面解决方案，它通过一根TD/CPU电缆和PLC实现互连，它具有如下功能：

（1） 显示从S7-200CPU中读取的信息；

（2） 可以调整选定的程序变量；

（3） 提供为具有实时时钟的CPU设置时间和日期的能力；

（4） 提供强制、非强制I/O点的能力；

（5） 提供八个可供用户定义的设定和显示功能。

TD200在系统中的使用使PLC功能丰富，PLC与用户的接口界面友好，PLC的可操作性大大提高

1）步进电机驱动器控制原理

驱动器的控制功能主要通过四个输入点完成。

（1）公共端接地。

（2）脉冲信号输出：每来一个脉冲，驱动步进电机运行一个步距角。

（3）方向信号输入：控制步进电机的两个转向，高电平正转，低电平反转。

（4）脱机信号输入：该端接受PLC控制信号，低电平时，步进电机相电流被切断，转子处于自由状态（脱机状态）。高电平或悬空时，转子处于锁定状态。

2）步进电机DJ1、DJ2的功能：DJ1用于纵向进料控制，DJ2用于横向进料控制。

3）其他部件的功能

（1）接近开关JJK1用于措施，它确保在冲床的冲头提起回到原位后进料台才送料，以免原料将冲头卡住。接近开关JJK2，JJK3分别是纵向工作台和横向工作台的限位开关。

（2）B1是自动运行按钮；SB2是手动工作台前行按钮；SB3是手动工作台后行按钮；SB4是手动工作台左行按钮；SB5是手动工作台右行按钮；SB6是系统停止按钮。

3. PLC控制程序

PLC控制程序用梯形图进行编程，完成自动和手动两种运行方式的控制。此PLC控制程序由一个主程序和两个子程序组成，一个子程序完成自动运行，一个子程序完成手动运行

一、简介

ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家基础设施建设工程所需重大装备的研发制造。

中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的成孔设备，采用卡特彼勒可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10 倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、**建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。

ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200系列PLC的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。

二、控制系统方案设计

旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行的掌握与控制。

通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统的实现对旋挖钻机的控制、日本PROFACE GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。下图为控制系统结构框图：

触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。下图为主作业画面图：

三、控制系统主要功能

西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能、可灵活组合等特点，在的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。

1、双向高速计数信号

S7-214CPU模块具有多路高速计数输入端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度、钻头钻孔深度检测。

旋挖钻机上车部分为液压驱动的立旋转机构。在设计中采用旋转编码器其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。

同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。

钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。

2、左右控制手柄多路按钮信号的检测

旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。

3、外部传感信号的检测

西门子S7-200系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。

旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备。

4、实现对液压执行机构的控制

西门子S7-200系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。

5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。

利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。

中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核，目前该产品已批量生产并销至全国各地，得到了用户的认可和信赖，成为我国自主的新一代重要桩基设备。

四、几点体会

西门子S7-200系列PLC在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。

直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境;丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测;CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输