产品描述
西门子一级代理商-电源总代理商批发
1、引言
近几年,随着微电脑技术的不断进步,人们对自动化控制系统要求越来越高,采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、保证工程及产品质量、加快施工速度、提高劳动生产率和降低生产建设成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势,因为PLC本身有着运算速度高、指令丰富、功能强大、性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点,而触摸屏(人机介面)在工艺参数较多需要人机交互时使用又使整个自动化控制系统的功能得到很大的加强。
通过触摸屏和PLC结合使用,可以在触摸屏中直接设定目标值(压力及温度等),通过PLC与实际值(传感器的测量值)进行比较运算,直接向变频节能系统发出运算指令(模拟信号),调节变频器的输出频率。并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数,实现报警、记录等功能。一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。
一. 概述
1. 工艺概述
低头板坯连铸机
近年来,由于纯净钢水生产技术的完善,为小半径连铸机生产无大型夹杂物内弧偏聚的铸坯创造了有利条件,由于多点矫直及连续矫直技术的发展,使过去进行全凝矫直的裂纹敏感钢可以带液心进行矫直,连铸机半径不再成为限制拉速的因素。在这种技术背景下,一种小半径(R=3.5--8米)的弧形多点矫直的板坯连铸机被认为是一种新的有吸引力的板坯连铸机机型。由于这种机型设备高度较一般弧型板坯连铸机(R=8--12.5米)低,钢水静压力小,因此被称为低头板坯连铸机
2. 控制概述
西门子PLC控制在各行业尤其是冶金行业,已经具有成熟的控制技术。在低端产品和产品上,都以其控制系统稳定的性能、容易扩展的网络架构、设备间的充分兼容性和适中的价格在各个领域被广泛的应用,具有很高的性价比。弧形连铸机的控制单元甚多,涉及机、电、仪、液、自动化。本文从系统的合理分区域控制、控制技术的规范以及合理的控制方式上介绍系统配置和软件设计。
二. 控制系统设计
这套连铸机包括控制系统由马鞍山卡斯特工程技术有限公司设计、调试,实践证明该系统具有稳定性高、可操作性强、维护方便以及完善的自动化程度控制理念,系统可以从一下三个方面介绍其硬件设计思想。
1. 控制系统介绍
该系统设计I/O点在1000左右,PLC采用集中控制,不采用远程控制单元的方式进行配置。在控制方式的设计为机旁和远程控制,远程上又有手、自动控制,实现自动化操作。设计上I/O点全进PLC系统,故简化了电气设计,但对控制系统的稳定性配置和软件设计提出高的要求。
分区域,单区域立PLC控制,各PLC间采用对等网连接、profibus-DP接口、FDL协议通讯进行数据交换。两台HMI终端以及现场一台触摸屏。
PLC跟变频器是硬接线信号实现开关和模拟量信号控制
2. 硬件配置
PLC采用315-2DP,结晶器PLC是314PCU。结晶器是一套立系统,跟主系统PLC采用对等网连接、FDL协议交换数据,而结晶器控制本身有两个200的PLC,通过MPI接口构成MPI网络。
本配置扩展模件是IM360/361架构,配置中用到特殊的8通道脉冲计数模件FM350-2,用来跟踪流线生产长度,以达到自动跟踪控制的目的。
触摸屏采用韩国M2I公司的5SAD系列7.5英寸屏幕。
三. 软件设计
1. 区域控制
在工艺的基础,进行合理的分区域控制:二冷自动配气配水、中包联锁控制、液压站控制、流线跟踪与同步控制、切割区域辊道、引锭杆控制、结晶器控制以及辅助控制。
2. 联锁控制
1)一个单元联锁报警的控制思想:通过反馈的运行信号经过程序处理判断该单元回路的好坏。
2)单元间的联锁控制思想:从人身和设备寿命与考虑,的收集联锁信号,对重要和非重要的信号进行归类,实现紧急处理或是紧急停机的功能,的满足生产需要。
3)系统联锁信息的归类:要实现自动化程度的生产,的归类整个系统的直接和间接信息,实现系统的可操作性、完善性。
4)跟踪与联锁控制:通过编码器的反馈量转换成即时速度并累计浇铸长度,再通过计算实现不同辊径的辊道同步运行。浇注长度实现引锭杆跟踪和辊道的联锁动作,包括二冷水调节阀和切断阀的跟踪响应。
3.
1)设计中用到4种方式进行:MPI、DP、RS232、IM360/361;其中触摸屏是接受RS232接口,通过315集成的DP接口下挂PC adapter适配器,其间用85信号放大器以延长通讯距离。
2)对等DP网的数据通讯:发送数据功能块FC5 AG_SEND与接受数据功能块FC6 AG_RECV配套使用,在NET_PRO里配置连接,连接类型是FDL协议。
4.画面设计
具有人性化、可操作性的HMI。
在主界面设计效果和二冷水控制思想方面均具有性通用模式相接轨。
四. 结论
公司承接这套系统的机械设计、三电设计与调试以及工艺设计工作全套工程,以优的投资、成熟的控制系统务得到甲方的
1、引言
近年来可编程序控制器(PLC)以及变频调速技术日益发展,性能价格比日益提高,并在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。为满足温度、速度、流量等工艺变量的控制要求,常常要对这些模拟量进行控制,PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。
通常情况下,变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式,但是,在速度要求根据工艺而变化时,仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求,因此,我们须利用PLC灵活编程及控制的功能,实现速度因工艺而变化,从而保证产品的合格率。
2、变频器简介
交流电动机的转速n公式为:
在程序中:
1) 当M67、M68常闭触点以及Y002常开触点闭合时,通道1数字到模拟的转换开始执行;当M62、M557常闭触点以及Y003常开触点闭合时,通道2数字到模拟的转换开始执行。
2) 通道1
将保存个数字速度信号的D998赋予辅助继电器(M400~M415);
将数字速度信号的低8位(M400~M407)赋予BFM的16#;
使BFM#17的b2=1;
使BFM#17的b2由1→0,保持低8位数据;
将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
使BFM#17的b1=1;
使BFM#17的b1由1→0,执行通道1的速度信号D/A转换。
3) 通道2
将保存二个数字速度信号的D988赋予辅助继电器(M300~M315);
将数字速度信号的低8位(M300~M307)赋予BFM的16#;
使BFM#17的b2=1;
使BFM#17的b2由1→0,保持低8位数据;
将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
使BFM#17的b0=1;
使BFM#17的b0由1→0,执行通道2的速度信号D/A转换。
4) 程序中的K0为该数模转换模块的位置地址,在本控制系统中只用了一块模块,因此为K0,如由于工艺要求控制系统还要再增加一块模块,则新增模块在编程时只要将K0改为K1即可。
(5)变频器主要参数的设置
根据控制要求,设置变频器的运行模式为外部运行模式,运行频率为外部运行频率设定方式,Pr.79=2;模拟频率输入电压信号为0~5V,所以,Pr.73=0;其余参数根据电机功率、额定电压、负载等情况进行设定。
3.2 注意事项
(1) FX2N-2DA采用电压输出时,应将IOUT与COM短路;
(2) 速度控制信号应选用屏蔽线,配线安装时应与动力线分开。
4、结束语
上述控制在实际使用过程中运行良好,很好的将PLC易于编程与变频器结合起来,当然不同的可编程序控制器的编程和硬件配置方法也不同,比如罗克韦尔PLC在增加D/A模块时,只要在编程环境下的硬件配置中添加该模块即可。总之,充分利用PLC模拟量输出功能可以控制变频器从而控制设备的速度,满足生产的需要。
自从Profibus-DP十年前在欧洲诞生时起,就以其的性能、方便的使用性、应用的经济性而地被广大制造业用户所接受,至今一直占据各种现场总线应用数量的大份额。近年来随着现场总线控制系统的日益兴盛,推动了Profibus-DP技术不断发展,不仅可以把分散在现场的I/O连接到中控室,同时将传统应在主站上执行的控制任务下移到从站设备,从而实现真正意义上的分布式控制系统。
下面介绍和利时PLC用于某大型乳品厂保鲜奶、酸奶生产线前处理设备控制,实现局部分散就地控制,整体集中管理的应用案例。
该厂保鲜奶、酸奶生产线为日产200吨的大型生产线,前处理部分包括收奶、巴氏、待装、混料、菌种扩培、发酵、均质/过冷、CIP清洗、耗能与产量监测等12个子系统,生产线占地50100米,1200多个I/O点。用户对控制系统的要求是,所有I/O状态均可以在中控室集中监控,巴氏、待装、CIP清洗三个重要的子系统实现就地显示控制,整个系统性与经济性并重,具有开放性使得备品备件不依赖于某一个供应商。和利时公司针对用户要求提出了如图所示的解决方案,终被用户接受。系统网络为Profibus-DP,主站采用西门子PLC S7-400系列,S7-400功能强大,足以完成1000多点的控制任务;由Profibus-DP连接的22个局部I/O箱分别安装在各个子系统的设备旁边,大限度减少电缆用量。其中巴氏、待装、CIP为三个带从站接口的PLC,分别执行本系统的控制任务,并将控制状态信息上传主站,三个从站PLC各带一个触摸屏作为人机界面。使用从站PLC可以使该子系统的控制不因网络的意外故障而停机,避免浪费宝贵的奶品资源。本系统中的I/O及从站PLC全部选用和利时公司的PLC产品。这种选择为用户带来两点益处:避免采用国外产品使系统价格过高;二和利时PLC可以采用STEP 7编程语言,与S7-400相同,用户花费额外精力学习。这一项目的顺利实施证明和利时PLC可以通过Profibus-DP总线与西门子及任何有Profibus认证的产品相连,并大大扩展了DP总线的功能,实现真正意义上的现场总线控制系统。Profibus-DP技术是和利时公司掌握的技术之一,在DCS和PLC中均广泛采用,使和利时PLC系统在中小规模控制系统市场上与国外公司站在了同一起跑线上。
“这套系统的采用使我们真正了解了民族的技术实力”,主管系统验收工作的技术人员这样评价道,“性能上可以与水平,价格则充分考虑国情,再加上和利时公司信誉上的,这种合作应该成为国内不**业企业之间合作的。”
我公司于2005年夏天进行锅炉排渣改造,计划每台炉每侧冷渣器的两个事故排渣口出口和正常排渣口出口下设一台刮板输送机,经刮板输送机收集的底渣送至斗式提升机,由斗式提升机经碎渣机破碎后送至原有气力输送系统送至渣仓。
该系统控制范围包括从冷渣器正常出口以及事故出口开始到原气力输送系统的进口之间的所有设备的控制。
一、系统描述
每台冷渣器排渣口,两个事故排渣口和正常排渣口下设一台链斗式输送机和刮板输送机将底渣送至冷渣器外,由斗式提升机提到位于渣斗部的破碎机,由破碎机破碎后,进入气力输送系统,由气力输送系统送至渣仓。
为保证冷渣器运行的正压以及保证热空气不会从事故排渣口排出,在冷渣器一、二室装设压差检测装置,以压差信号来控制事故排渣口插板门开关,从而控制冷渣器内底渣的料高以达到保证冷渣器内热空气不会从事故排渣口排出。
为保证冷渣器中底渣能从正常排渣口全部排出,将原DN420的正常排渣口扩至DN550。正常排渣口下装设中间渣斗,中间渣斗上设高、低料位计,以料位计控制中间渣斗中料高,从而保证冷渣器中热空气不会排至后续机械输送系统。中间渣斗出口装设插板门和电动给料机,以达从正常排渣口均匀给后续机械输送系统给料。
考虑到从事故排渣口排出的底渣温度较高,为保证斗式提升机的性,每套系统斗式提升机设两台,一台运行,一台备用;斗式提升机出口设有就地事故排渣口,以保证后续气力输送系统故障时能就地排渣。
鉴于以上情况,通过采用PLC(可编程控制器)控制系统,解决当前存在的问题。系统的工作原理框图如下:
系统操作运行分别设有“远程自动”、“远程手动”、“就地手动”三种工作模式。“远程自动”模式为正常的主要运行方式,根据系统满足自动顺序运行的条件,在操作员站(控制室内的触摸屏)上操作完成整个除渣工艺流程。在自动顺序执行期间,出现任何故障或运行人员中断信号,都能使正在运行的程序中断并回到状态,使程序中断的故障或运行人员的指令都将在触摸屏上实时显示。当故障排除后,自动控制在确认无误后可再进行启动。系统有丰富的保护和故障界面供操作人员进行操作和分析。 “远程手动”模式为运行人员在触摸屏上点触每一个被控对象。远方控制操作有许可条件,以防止运行人员误动作。在远方手动模式下,系统提供了丰富帮助操作指导和反馈信息,指引操作人员的操作,以防止误操作。“就地手动”模式是运行人员通过就地控制箱操作被控对象,就地操作与远方程控操作之间有相互连锁。
1、PLC控制系统的特点及组成
PLC在现代工业控制领域中早己得到了广泛的应用。以PLC的控制功能而言,具有严谨、方便、易编程、易安装、性高等优点。它通用性强,适应面广,特别在数字量输入/输出等逻辑控制领域有无可比拟的优点。PLC具有丰富的逻辑控制指令和应用指令,它提供高质量的硬件、高水平的系统软件平台和易学易编程的应用软件平台。另外,PLC即有自身的网络体系又有开放I/0及通讯接口,很容易组建网络并实现远程访问。
PLC采用的Siemens公司生产的S7-300系列,由于现场的PLC系统与控制室的上位机距离较远(800米左右),因此通讯系统需成对加装RS-485中继器,确保系统运行的稳定性。
(1) 系统结构及硬件配置
根据控制需求,CPU模块采用CPU314、数字量输入(DI)采用SM321模块,数字量输出(DO) 采用 SM322模块,模拟量输入(AI) 采用 SM331模块,模拟量输出(AO) 采用 SM332模块以及IM365等模块组成,IM365实现机架扩展,上位机采用Easyview公司MT510T真彩触摸屏进行显示和控制,整个干渣系统的工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态等均能够清楚地显示在触摸屏上,当参数越限报警或控制对象故障或状态发生变化时,以不同的颜色进行显示,使操作人员能够一目了然地了解到系统的运行情况,并实时地根据工艺要求进行系统参数进行调整。
(2) 控制系统的功能实现
PLC程序的编制直接关系着底渣系统能否正常工作,而程序设计的关键在于编程者对工艺系统的理解程度和程序编制技术的灵活应用。因此,在程序设计中考虑了供气压力调节系统的特点,将程序设计细化,分成多个程序模块,实行模块化编程。这样既可以方便的增加或删除程序模块,便于现场对工艺的调整,又可针对配套设备可控性对不同程序模块进行完善。
PLC的编程软件采用SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V6软件平台用来完成硬件组态、地址和站址的分配以及编制整个生产过程的控制程序的。上位机软件采用国产软件组态王,全部采用汉化界面,便于系统的开发与操作,该系统运行于bbbbbbs2000中文平台,可实现对生产过程的监控,对重要参数形成历史记录,以报表或曲线的形式显示给操作人员。通过VB语言脚本,可以在主控室的上位机显示重要参数的历史趋势、实时趋势,实现联锁调节的手自动切换、操作、压力的高、低限报警、流量数据的显示与累计,满足高生产率的调度需求。
(3) 现场显示
现场采用MCC屏进行参数控制,触摸屏程序由组态软件来完成,人机界面采用中文菜单,界面友好,操作方便,功能较强,主要用于现场压力、流量、阀位的显示与操作。可作为操作人员现场操作的依据。
二、系统实现排渣系统的自动控制和监控
主要包括如下功能:
(1) 灵活的操作方式以及强大的系统控制功能:系统可以实现上位机操作、控制柜操作和就地手动操作;
(2) 报警功能:当温度过工艺要求,可在现场、就地实现越限报警;
(3) 简单、方便的参数设定: 压力调节的压力设定值、P、I、D等参数可以在上位机中设定。
1 、系统控制功能
(1) 过程控制的功能:
1)系统对床压实现了PID自动调节控制;
2)对所采集的模拟信号进行线性化、滤波、工程单位转换处理;
3)实现了流量信号的温、压补偿,提高了仪表的测量精度。
(2) 逻辑控制
联锁逻辑控制实现开/关的控制,逻辑控制及用户自定义功能块等。系统可以实现电磁阀控制以及参数越限报警等功能
(3) 人机接口
HMI系统中包含主工艺画面,分系统画面,画面直观、丰富,具备PID在线调节、在线显示功能,包括过程量变化趋势的实时趋势。
三、软件设计
根据该系统具体情况,PLC系统软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面:
(1) 数据采集及工程量转换
(2) PID算法
(3) 温压补偿计算以及流量的累积计算
对于系统中的逻辑控制选用梯形图(LADDER)编程,直观、方便;对于PID回路控制温压补偿计算以及流量的累积计算部分则采用语句表(STL)编程,结构紧凑而又灵活。 PID调节是该系统中为重要的控制程序,因此特将PID算法作一介绍。
1、PID算法
STEP7提供了两种常用的PID算法:连续型PID(FB41)和离散型PID(FB42),根据实际要求,选用的是FB41。并在组态王中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板,完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数(比例系数、积分时间)输入等功能。
PID算法的输出实际上是比例(P)、积分(I)、微分(D)三部分作用之和:
Mn=MPn+MIn+MDn
MPn = GAIN(SPn- PVn)
MPn = GAIN TS/ TI(SPn- PVn)+ MX
MDn = GAIN TD/ TS(PVn-1- PVn)
Mn:n次采样时刻的输出值。
MPn:n次采样时刻的比例作用,与偏差成正比。
MIn:n次采样时刻的积分作用,可以静差,提高控制品质。
MDn:n次采样时刻的微分作用,根据差值的变化率调节,可抑制调。
SPn:n次采样时刻的设定值。
PVn:n次采样时刻的过程值。
MX:n-1次采样时刻的积分作用,每次采样计算后自动刷新。
GAIN:回路增益,P参数。
TI:积分时间常数,即I参数。
TI:微分时间常数,即D参数。
TS:采样时间。
从上面的公式中可以看出,参数P(GAIN)与P、I、D作用都是成正比的,它决定了PID回路的灵敏度,即调节速度的快慢;I参数越大,积分作用越弱,而D参数越大,微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数,的衡量标准就是被控参数(压力)的精度和稳定度,所以在实际调试中,都是参照被控参数的实时曲线,反复观察分析,从而达到的控制效果。
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