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西门子模块6ES7365-0BA01-0AA0支持验货
可编程逻辑控制器(PLC)是八十年代发展起来的新一代工业控制装置,是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物,是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。
由于控制对象的复杂性,使用环境的特殊性和运行的长期连续性,使PLC在设计上有自己明显的特点:性高,适应性广,具有通信功能,编程方便,结构模块化。
在现代集散控制系统中,PLC已经成为一种重要的基本控制单元,在工业控制领域中应用前景其广泛。在笔者参与开发的某电厂输煤自控系统中,系统要求在远离输煤廊的主厂房控制室里,对两条输煤线的18台设备进行控制,并实时监测设备的运行状态及皮带跑偏的情况。
鉴于电厂输煤系统的重要性,我们采用PLC实现输煤设备的联锁控制以保证其性和特殊性,工业控制计算机则作为上位机与PLC互相配合,共同完成输煤系统的监控功能。本文将主要介绍PLC的控制应用。
1输煤系统控制要求
输煤系统有两条输煤线,包括给煤机、皮带机、振动筛、破碎机等共18台设备,在电厂中有着为重要的地位,一旦不能正常工作,发电就会受到影响。为了保证生产运行的性,输煤系统采用自动(联锁)、手动(单机)两种控制方式,自动、手动方式由开关进行切换。由于输煤廊环境恶劣,全部操作控制都在主厂房的主控制室里进行,仪表盘上设有各个设备的启、停按钮,还有为PLC提供输入信号的控制开关。输煤设备控制功能由PLC实现,设备状态监测和皮带跑偏监测以及事故纪录功能则由上级工业控制计算机完成。
为了保证输煤系统的正常、运行,该系统应满足以下要求:
· 供煤时,各设备的启动、停止遵循特定的顺序,即对各设备进行联锁控制;
·各设备启动和停止过程中,要合理设置时间间隔(延时)。启动延时统一设定为12s。停车延时按设备的不同要求而设定,分为10s、20s、30s、40s、60s几种,以保证停车时破碎机为空载状态,各输煤皮带上无剩余煤;
·运行过程中,某一台设备发生故障时,应立即发出报警并自动停车,其前方(指供料方向)设备也立即停车。其后方的设备按一定顺序及延时联锁停车;
·各输煤皮带设有双向跑偏开关,跑偏15度时发出告警信号,跑偏30度时告警并自动停车;
·可在线选择启动备用设备。在特殊情况下可由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式;
·可在线选择启动备用设备。在特殊情况下可由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式;
·可显示各机电设备运行状况,并对输煤过程有关情况(报警、自动停机等)做出实时纪录。
2 PLC控制系统设计
2.1 PLC选型
根据输煤系统的自控要求,我们选用了德国SIEMENS 公司新推出的S7-200型PLC,具有性高、体积小、扩展方便,使用灵活的特点。基本CPU单元选用的是CPU214,性能如下:2048程序存储器;2048数据存储器;14点输入,10点输出;可扩展7个模块;128个定时器;128个计数器;4个硬件中断、1个定时器中断;实时时钟;高速计数器;可利用PPI协议或自由口进行通信;3级密码保护。扩展模块选用EM221,8个输入点;EM223,16个输入点,16个输出点。
2.2 系统关系 系统关系如图1所示。
图1 系统关系
在输煤自控系统中,工业控制计算机作为上位机和输煤控制PLC进行通信,对皮带跑偏信号和设备的运行状态进行实时采样,并在屏幕上显示输煤系统画面,可以直观地察看设备的状态。当皮带跑偏(跑偏15度)时,在屏幕上显示报警画面;当设备发生故障或皮带严重跑偏(跑偏30度)时,在屏幕上显示报警画面并向PLC发送事故停车信号。
输煤控制PLC则根据控制开关的输入信号,执行对应程序块,控制电机实现对应的功能:向上级工业控制计算机发送工作组态信息,接收上级工业控制计算机发送的事故停车信号,实现事故停车处理功能并启动报警设备。二者配合共同实现输煤系统的监测和控制功能。
上级工业控制计算机同时实现对电厂其他系统的监控,由工业控制计算机、输煤系统PLC和其他系统的现场设备(PLC、监控仪表)共同构成分布式系统(DCS)。
2.3 运行模式
根据输煤过程的要求,本系统设计了两种运行模式。在一般情况下,采用并行模式,可根据需要单选用或同时运行输煤和输煤二线。交叉模式是由输煤和输煤二线的有关设备组成的,仅在特殊情况下选用。
2.3.1并行模式
并行:
联锁开车顺序:10#皮带机→8#皮带机→6#皮带机→2#破碎机→2#振动筛→4#皮带机→2#皮带机→2#(3#)给煤机→4#给煤机。
联锁停车顺序:与开车顺序相反,延时时间按上述要求设定。2#、3#给煤机某中一台备用。
并行二线
联锁开车顺序:9#皮带机→7#皮带机→5#皮带机→1#破碎机→1#振动筛→3#皮带机→1#皮带机→1#给煤机。
联锁停车顺序:与开车顺序相反,延时时间按上述要求设定。
2.3.2 交叉模式
交叉线
联锁开车顺序:9#皮带机→7#皮带机→6#皮带机→2#破碎机→2#振动筛→4#皮带机→2#皮带机→2#(3#)给煤机。
联锁停车顺序:与开车顺序相反,延时时间按上述要求设定。2#、3#给煤机其中一台备用。
2.4 PLC程序设计
针对输煤系统的控制要求以及具体控制方案的实现,设计程序流程如图2所示。
图2 主程序流程
2.4.1 程序说明
·子模块0:初始化子程序。在PLC加电时根据各个开关的位置设立标志位。仅在个扫描周期执行。
·子模块1:并行联锁启停控制程序。根据启动标志位1实现并行的联锁启动、联锁停车,并判断事故停车信号以实现事故停车。
·子模块2:并行二级联锁启停控制程序。根据启动标志位2和实现并行二线的联锁启动、联锁停车,并判断事故停车信号以实现事故停车。
·子模块3:交叉线联锁启停控制程序,根据启动标志位3实现交叉线的联锁启动、联锁停车,并判断事故停车信号以实现事故停车。
·PLC的输出信号控制电机的接触器,启动送高电平,停止送低电平。但是,1#破碎机功率达90kW,2#破碎机功率达110KW,需要降压启动,所以启动时PLC送一个正脉冲,停车时PLC送一个负脉冲。
2.4.2 程序特点
·特殊标志位的使用:使用特殊标志位SM0.1,使得初始化子程序(子模块0)仅在个扫描周期执行,而在以后的扫描周期不再执行。这样,个别标志位在PLC加电后不受开关变化的影响。例如,并行模式和交叉模式对应标志位仅在关掉主控开关后才能改变。
·内部标志位的使用:在程序中,利用标志位来表示不同的现场情况和程序状态,增加了程序的性和灵活性。
·程序模块化:程序由不同子模块构成,各子模块立完成各自功能,互不干扰,因而程序结构清晰,便于修改。
·定时器的使用:程序中,利用不同的定时器来设定不同设备的延时时间,可以灵活地根据控制要求进行延时时间的设定。
2.5 部分程序梯形图
图3 部分联锁起停控制梯形图
图3所示为部分联锁启停控制梯形图,T37用于控制设备的启动延时,T40~T46用于控制相应设备的停车延时,接收到停车信号时,经过相应的延时,对应定时器置位从而实现联锁停车。Q0.3是1#破碎机的启动控制输出通道,启动1#破碎机时送出一个宽度为2s的正脉冲。Q0.7、Q1.0分别是2#给煤机、3#给煤机的控制输出通道,M0.1、M0.2 是内部标志位,用于保证2#、3#给煤机始终为一台工作,一台备用。
总之,本系统中,PLC作为现场控制设备,能够、准确地完成控制操作,并且可以通过与上级工控机通信,组成分布式系统共同完成输煤系统的监测、控制要求,是现代工业控制中比较的控制方案,应用前景广泛。
目前,本系统已经在内蒙古伊化集团苏尼特碱矿电厂投入运行,能够、准确地完成控制操作,实时监测和记录输煤过程运行状况,并且能对现场出现的各种突发事件及时做出响应,了良好的效果
1前言莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产,主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。水冷系统用于棒材温度控制。轧制过程中通过成组区主要接收来自冷床的棒材,并通过磁性手将棒材摆放紧凑,成组并输送到剪切辊道(CCL)。
该生产线PLC控制系统由ABB公司提供,其成组系统采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系统,实现了轧制过程中棒材的摆放整齐、定支、运送控制。
2系统组成
基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统,它是一个开放型集散控制系统,由一套MP200/1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I/O机架组成,CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板*B176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI/DO模板,通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上,与其它过程站进行通讯,I/O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。
操作员站采用HP-UNIX工作站,并通过实时板连接到MasterBus300的冗余接口,通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控,主要功能有:(1)成组系统的自动/手动的启停(2)棒材支数设定和实时监控(3)事件与报警清单的显示与打印等。成组系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。
3软件实现
包括系统软件和应用软件。
(1)系统软件:
ABB Master Piece200单元是一32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中,系统软件包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言(AMPL)执行器。
(2)应用软件
应用软件存储在带后备电池的RWM(读/写存储器)中,用ABB Master Piece语言(AMPL)编制,实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多该语言根据工业控制要求,将编程元素设计成一个个图形功能块,称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM,PCPGM是程序结构的层,旨在完成一个完整的控制功能,一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM,而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM,从而使整个程序结构呈阶梯状,实现了结构化设计。
另外,在CPU内还有一个实时数据库,它的作用是存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素,这些元素包括过程站所使用的的I/O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。
4控制功能
4.1工艺设备
成组区主要接收来自冷床的棒材,通过磁性手将棒材摆放紧凑,成组并输送到剪切辊道(CCL)。
成组区包括以下设备:
拆叠装置(DPAS)、对齐辊道(LIN):100 个带槽辊
成组设备:(1) 磁性成组小车(FT);(2) 成组输送链(FC);(3) 磁性手指(MF);(4) 支撑活板(SFL)
提取:成组移送小车(ET1,ET2,ET3,MET)
成组区工艺流程图如图:
4.2 对齐辊道 (LIN)
对齐辊道位于冷床的出口侧, 由100
个带槽辊组成,每10个为一组,冷床尾端有一个固定缓冲机械挡板将钢材头部对齐。使用的辊道段由操作员或自动地根据轧制表设定.
由MCC控制正转(反转已取消)。运行状态有间歇或连续运行。间歇周期允许辊道起动条件:冷床起动周期信号延时、延时停止(T2)。
4.3 成组和传输区
4.3.1 概述
在这个区域用相同的设备接收来自冷床的棒材,通过磁性手地将棒材摆放紧凑,成组并传输到辊道。
本区包括以下设备:
成组设备:
(1) 磁性成组小车(FT);(2) 成组输送链(FC);(3) 磁性手指(MF);(4) 支撑活板(SFL)
提取:
成组移送小车(ET1...ET10,MET)
4.3.2 功能描述
4.3.2.1 磁性成组小车
为保连续成组,提供两组同样的小车(A和B)。两组小车轮流工作,一组总是停在收集区(上部位置:从冷床接收棒材),而另一组向提取小车上卸钢材,或返回停放位置或一直停放(下部位置).
每个单元通过一齿轮箱由直流电机单驱动。并配备以下传感器:两个编码器(速度和位置控制)、两个接近开关(用于位置编码器复位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B)、两个接近开关用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四个限位开关(电机紧急停止:DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B)。
4.3.2.2成组输送链
成组输送链有三组,每组通过齿轮箱由交流电机驱动。为每部分配备下列传感器:一个脉冲发生器和安装在马达上的过热电偶。成组输送链和磁性成组小车同步,这样钢材能够按要求的距离放置。成组输送链的检测元件:两个接近开关用于检测钢材在链子上(DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET)、计算机给出速度给定值到变频柜(AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF)、同时监视编码器的工作电压(AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V)。
收集期间传送链与成组小车的运动总是同步的, 当成组完成后, 成组小车和传送链在小于冷床周期时间的短时间内移到提取区。成组小车轮流运行。
每组棒材由N根组成(在OS设定)。
成组小车从停止位置上升以后, 小车移到适当位置收集该组的根棒材, 在每个冷床周期,通过限位开关检测到的固定横梁后一齿上的棒材被装入成组小车上, 棒材计数器N1加一,棒材装入小车以后(冷床周期开始后一恰当时间),如果N14.3.2.3 电磁手。电磁手用于在成组区抓起棒材且正确地放在成组小车上。提供两套手指“A”和“B”在小车定位时夹持钢材。当两根棒材被同时卸下时,(双齿槽周期)两套手指同时使用,否则用一套。手指到冷床的距离可根据根据产品尺寸进行机械调整。
4.3.2.4 支撑活板
活板和磁性指有相同的功能, 它们同时应用. 它固定在冷床架上. 配备两套活板(A,B), ,用于在小车定位期间抓起棒材,它们和磁性指一样以相同的周期工作。
检测元件有: 两个接近开关分别检测两套活板的下部位置(DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN) ,操作员控制(CP3): 活板升/降控制。
4.3.2.5 棒材组
该设备分成四部分: 部分包括一个电磁提取小车; 其余部分为提取小车。提取顺序和在辊道上的输送
1 后一组成组小车步进信号和提取小车在停止位置(P1): 提取小车上升并磁化.
2 小车在收集位置: 成组小车去磁并下降.
3 成组小车在下部位置: 成组小车返回等待位置. 一个传感器( 由安装在冷床固定齿上的凸轮装置驱动)检测返回行程. 同时, 小车上升到(*1)
4 提取小车在上部位置, 来自位置变送器和个提取小车传感器的信号并加延时Ts(*2):提取小车向辊道方向前移
5 如果辊道正运行或(和)检测到上面有原料, 提取小车停在中间位置(P2)(*3).
如果辊道和夹送辊停止并且没有检测到辊道上有原料:提取小车前进至卸料位置P3, P3在辊道位置(*4).
6 提取小车在位置P3(*3): 提取小车下降.
7 组提取小车去磁并降至位置,所有小车降低, 所有提取小车返回停止位置(P1),辊道启动。
ET1有上、中、下三个位置;ET2包括ET2~ET5,只有下部位置; ET3包括ET6~ET10,只有下部位置检测。在水平方向上, 每组小车分别有左右限检测和上料位置检测开关. 在程序中, ET动作先后有如下七步,循环做矩型运动.ET_LIFTPOSPICKUP;(2)ET_LIFTPOSUNLOAD;(3)ET_POSWAIT;(4)ET_POSCRT;
(5)ET_LIFTPOSCRTLVL;(6)ET_LIFTPOSDOWN; (7)ET_POSPARK
水平方向运动时,将水平位置给定(0,300,1460)赋给ET_POSREF, 后通过COM_CV0素的I4ORD1和I4ORD2端通讯到四个小车的传动系统,控制设备动作.
4.4 拆叠缓冷系统
该系统用于弹簧扁钢. 对弹簧扁钢来说, 只用到60m 的冷床, 扁钢需要缓慢冷却. 因此它们被组成叠状送入冷床. 当进入卸货区域以后,扁钢被一个接一个卸下. 拆叠缓冷系统的主要设备:(1)拆叠设备(Unstacking);(2)提升设备(lift);(3)倾翻设备(tilt);(4)升降挡板(stop)
系统硬件结构图如图1 所示,其各部分功能说明如下。
Q1——三相电源断路图
K1——电源控制接触器
K2——负载电机通断控制接触器
VS——变频器
BU——制动单元
RB——能耗制动电阻
M——主拖动曳引电机
2.1 主电路
主电路由三相交流输入、变频驱动、曳引机和制动单元几部分组成。由于采用交-直-交电压型变频器,在电梯位势负载作用下,制动时回馈的能量不能馈送回电网,为限制泵升电压,采用受控能耗制动方式。
2.2 PLC控制电路
选用OMRON公司C系列60P型PLC。PLC接收来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号,经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时,向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。
2.3 电流、速度双闭环电路
采用YASAKWA公司的VS-616G5 CIMRG 4022变频器。变频器本身设有电流检测装置,由此构成电流闭环;通过和电机同轴联接的旋转编码器,产生a、b两相脉冲进入变频器,在确认方向的同时,利用脉冲计数构成速度闭环。
2.4 位移控制电路
电梯作为一种载人工具,在位势负载状态下,除要求外,还要求运行平稳,乘坐舒适,停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足要求,但和国外电梯相比还需进一步改进。本设计正是基于这一想法,利用现有旋转编码器构成速度环的同时,通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数,将其引入PLC的高速计数输入端口0000,通过累计脉冲数,经世式(1)计算出脉冲当量,由此确定电梯位置。电梯位移
h=SI
式中 I——累计脉冲数
S——脉冲当量
S = lpD / (pr) (1)
本系统采用的减速机,其减速比l = 1/32,曳引轮直径D = 580mm,电机额定转速ned = 1450r/min,旋转编码器每转对应的脉冲数p = 1024,PG卡分频比r = 1/18,代入式(1)得
S = 1.0mm / 脉冲
3 程序设计
利用变频器PG卡输出端(TA2.1)将脉冲信号引入PLC的高速计数输入端0000,构成位置反馈。高速计数器(CNT47)累加的脉冲数反映电梯的位置。高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较,由此判断电梯的运行距离、换速点、平层电和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在±1个脉冲当量范围。在考虑减速机齿轮啮合间隙等机械因素情况下,电梯的平层精度可达±5mm内,大大±15mm的标准,满足电梯起制动平滑,运行平稳,平层准确的要求。电梯在运行过程中,通过位置信号检测,软件实时计算以下位置信号:电梯所在楼层位置、快速换速点、中速换速点、门区信号和平层位置信号等。由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置,大大减少井道检测元件和信号连线,降。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数、快速换速、中速换速、门区和平层信号5个子程序进行介绍。
3.1 楼层计数
本设计采用相对计数方式。运行前通过自学习方式,测出相应楼层高度脉冲数,对应17层电梯分别存入16个内存单元DM06 ~ DM21。
在控制室内由2台工控机作为人机接口操作站,在下位PLC采用OMRON公司SYSMAC CS1系统;CS1系统是具有高速、、高、紧凑型的PLC系统,其CPU选用CS1-CPU65H型号。在计算机与PLC之间采用Controller bbbb网络,该网采用双绞通讯电缆,大通讯速率为2M,大距离达1km。
2.1 硬件配置
2.1.1 操作站
在控制室内设有2台工控机作为人机接口操作站,其中1台可做为系统程序管理员站。工控机主要配置为:PⅢ1.3CPU、256MB内存、40G硬盘, 在工控机插有一块Controller bbbb网卡——3G8F5-CLK21,用于和PLC通讯。打印机用于主要工艺参数报表的定时打印。
2.1.2 PLC模块配置
在PLC中配备的I/O单元为:
模拟量输入单元——C200H-AD003(8通道、4~20mA输入)
模拟量输出单元——C200H-DA004(8通道、4~20mA输入)
热电阻输入模块——C200H-TS102(4通道、热电阻信号输入)
热电偶输入模块——C200H-TS002(4通道、热电偶信号输入)
开关量输入单元——C200H-ID212(16点、直流输入)
开关量输出单元——C200H-OC225(16点、继电器输出)
2.1.3 变频器混炼机、喂料机、熔融泵和切粒机分
别由4台变频器控制,熔融泵为高压变频器。
2.2 软件构成
系统软件构成见图4。在bbbbbbNT操作系统下,装配有如下介绍的各个软件。
图4 系统软件的构成
2.2.1 操作系统
上位2台工控机内的操作系统均为bbbbbbsNT4.0中文版操作系统。bbbbbbs NT系统既具有bbbbbbs友好且易于使用的界面,又具有系统的性和数据的性。
2.2.2 软件
系统软件采用美国罗克韦尔软件公司开发的RSView 32(中文版)工业组态软件,是一种集成式的、组件化的人机接口软件,运行于bbbbbbs95/98/2000/NT等操作系统下,可实现监视和控制自动化设备和过程。可以完成工艺监控画面的形成、数据实时、趋势记录分析、报警报表打印等。该组态软件还具有很强的网络浏览器集成功能、嵌入标准的编程语言(VB)、在线帮助、支持实时视频图像和嵌入字处理、电子表格和ActiveX文本等功能。
系统软件主要完成对设备的主要工艺参数和运行状态分别以工艺画面和表格的形式进行监视、在画面设置并监视主要控制回路的调节参数及过程、对主要仪表数据进行趋势记录、报警记录及联锁值的设定。
2.2.3 OPC软件
OPC(用于过程控制的OLE)是一个工业标准,基于微软的OLE(现在的Active X)、COM(部件对象模型)和DCOM(分布式部件对象模型)技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集,用于过程控制和制造业自动化系统。Active X/COM技术定义各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。OPC为多种多样的过程控制设备之间进行通讯提供了公用的接口。
SYSMAC OPC Server是于OMRON系列PLC等设备的OPC软件,在该系统用于组态软件RSView32的数据接口,实现与PLC的数据交换。
2.2.4 通讯工具软件
FinsGateWay是OMRON系列PLC的通讯接口工具软件,主要用于计算机与PLC各种通讯网络之间的管理,并提供建立通讯的数据接口。在该系统中,其主要用于计算机和PLC Controllerbbbb网的之间的通讯控制和数据管理,在其软件中可以对Controllerbbbb网卡——3G8F5-CLK21进行设定务启停控制。
2.2.5 编程软件
CX-Programmer是OMRON公司PLC的软件编程、调试工具程序,其运行在bbbbbbs98\NT操作系统下,具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。这些指令即可完成挤压机设备参数的数据采集和处理;顺序和逻辑联锁控制设备电机的启停;各个主要回路的PID调节控制等。
3 结束语
该系统运行稳定,且在达到设备产量时,也能够满足多种牌号产品的质量要求,大大提高了生产效率,得到了良好的效果。