太原西门子一级代理商CPU供应商

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1、 概述

莱钢1#1000m3高炉2005年投产，矿槽炉上料系统设计采用施耐德公司昆腾系列PLC，该控制系统实现了对矿石、球团、烧结、焦碳等原料的自动称量，并完成称量误差的自动补偿；实现了炉各阀门的顺序自动开关，α、β、γ的角度自动设定以及其他相关辅助设备的自动控制；实现了对高炉矿槽炉上料系统的数据采集、数据显示与数据控制。该系统投运以来，运行稳定，效果良好。

2、 高炉矿槽炉上料系统工艺流程简述

2.1槽上控制工艺流程：

高炉槽上设计13个料仓，4个烧结矿仓(3#、4#、5#、6#)，2个焦炭仓（7#，8#），3个球团仓（9#、10#、11#），2个杂矿仓（1#、2#），1个焦丁仓。

槽上有3条打料皮带机，每条皮带机对应一辆卸料小车，采用卸料小车可以将胶带机输送的原料卸至不同的料仓，当采用卸料小车进行卸料时，卸料小车先开至所选择的料仓上方，然后启动胶带机，原料就经卸料小车卸到小车下方的料仓内。

2.2槽下控制工艺流程：

高炉槽下设两个大烧结矿仓，两个小烧结矿仓，两个杂矿仓，三个球团仓，一个备用仓。每个矿仓下都有振动筛，筛除小于5mm的碎矿，大烧结矿仓的矿经过筛分后分别进入料坑的左右中间称量斗，小烧结矿仓的矿经筛分后分别进入各自配套的称量斗，然后经矿石皮带机集中运送，经料坑上方的翻板进入料坑中的矿石中间斗，经筛分后的5mm烧结矿经返矿皮带机运到碎矿仓。

焦炭设左右两个焦仓，仓下装有振动筛和振动给料机，焦炭经筛分后，大于20mm的块焦，分别直接进入料坑内的左右焦炭称量斗，筛下小于20mm的碎焦经SJ1、SJ2胶带机倒运到SJ3碎焦胶带机上，送至碎焦仓上振动筛，将碎焦分级成8mm以上和8mm以下两种产品，大于8mm的焦丁由SJ4胶带机运至焦丁仓，再经焦丁给料机到焦丁称量斗，然后到供料胶带机与烧结矿一起进入料坑中间斗。小于8mm的碎焦落入焦粉仓等待汽车外运。当料车到底后，相应的矿石中间斗或焦炭斗向料车装料。

2.3炉控制工艺流程：

莱钢1#1000m3高炉炉采用无料钟串罐式炉，分为受料斗、料罐、气密箱等组成部分。在上料过程中，炉料先投进受料斗里，随后放入料罐中，在这个过程中，由于高炉不能和大气相通，通过控制炉放散阀、均压阀、上密阀、柱塞阀、下密阀的顺序开关来实现高炉的正常下料，通过控制α、β、γ来实现高炉布料。料面检测设备采用机械探尺与雷达探尺相配合。

装料流程：焦炭、烧结矿等各种入炉原料由料车运到炉，倒入受料斗中，受料斗多可装4车料。料罐放散完毕后打开上密阀和柱塞阀向料罐装料。装料完成后料罐进行均压。一旦高炉准备接受下一批炉料就进行布料，打开下密阀并将料流调节阀打开至设定开度，料罐中的炉料通过料流调节阀流到旋转的布料溜槽上。在布料期间，通过γ射线探测料流，该装置可发出料罐清空信号。一旦料罐清空，关闭料流调节阀和下密封阀，打开放散阀进行放散，准备下一次装料。

布料流程：一批料中，允许焦矿设定两个不同的料线位置。当探尺达到规定的料线位置后，自动提升到位，发出布料信号，下密封阀打开，布料溜槽进行启动。β角旋转到设定速度并且到达布料位置，开启料流调节阀，按照批重及规定的布料程序，调节料流调节阀开度和溜槽倾角，使每圈料流均匀、重量相等和尾相接的向炉喉任意布料。为了减少料头料尾不均匀现象，每批料布完后，布料角度自动步进60度。

图一  高炉上料系统工艺流程图

3、 控制系统硬件配置

整个上料系统采用一套PLC系统，两台上位机完成对整个上料系统的监控及数据采集等。自动控制系统采用Schneider TSX Quantum 系列PLC硬件组成基础自动化系统。采用MP7软件，编程软件采用Concept2.6，bbbbbbs 2000作为系统平台界面，组成计算机化的操作系统，实现人机通讯。

控制器与上位机之间采用环形工业以太网进行通讯。主机控制单元接受由I/O接口收集的信号进行开关量和模拟量的处理后,将信号经I/O接口实现对设备的控制，与监控站及上位机通讯。这个系统配置如图二所示：

其中处理器采用昆腾系列140-CPU-534-14A，电源模块采用140--114-20，远程通讯模版采用140-NOE-771-01，I/O模板配置如下：数字量输入模板为140-DAI-753-00、140-DDI-353-00；数字量输出模板为140-DDO-353-00；模拟量输入模板为140-ACI-040-00；模拟量输出模板为140-ACO-130-00，远程I/O模版采用140 CRP 931 10、140 CRA 931 00。

4、 矿槽炉上料系统控制功能

4.1槽下控制部分

4.1.1槽下控制范围及内容

（1）实现对矿石、球团、烧结、焦炭等入炉原料的自动称量，并完成称量误差的自动补偿。

（2）实现槽下12个矿仓、12个称量斗、2条成品带、2条碎矿皮带、12台振动筛、4台给料机、1个翻板及碎焦系统的自动控制，实现自动备料和放料。

（3）可使用监控画面对上料系统设备的运行状态进行监视，对设备的运行进行软手/自动切换及手动启停设备，进行料单设定及改等。

（4）对装料时、放料时、满及设备运行故障等情况在“工艺流程画面”进行报警显示。

图二  控制系统硬件配置

4.1.2矿石称量斗的称量控制

当排料程序发出后，矿石称量斗闸门开，料排出。当称量值为控制值（初始时为设定值的95%）的5%时，发出料空信号并关闭闸门，当闸门关好并称空好后，振动筛或给料机开始启动。称量值到控制值（经补正）时，振动筛或给料机停机，进行满称量。若达110%控制值（经补正）时发出声光报警信号。振动筛或给料机启动Ts后，还未发出斗“满”信号，就发出上卡料报警信号。

4.1.3矿石称量斗的排料顺序

根据预先选定的装料程序，矿石中间称量斗一“空”且闸门关好，槽下翻板翻到位，矿石皮带机启动后，开始排料。

排料顺序：球团、杂矿单装时按料单内所填仓号的先后顺序进行排料（矿石称量斗排料多不同时过三个）。混装时先排一斗的球团或杂矿（排料单内球团或杂矿对应仓号的个斗），再排小烧或振大烧。当个称量斗闸门开启，发出空信号后，发出下一个斗排料指令。排料斗的闸门开到位延时Ts后，还未发出斗“空”信号，则发出下卡料报警信号。

4.1.4矿石中间称量斗称量控制

矿石中间称量斗称量控制分三种情况：

①大烧结矿振动筛供料：

当矿石中间称量斗“空”，闸门关好，设定好则发出同侧烧结筛运转指令，称量值达到控制值（初始时为设定值的95%）时，烧结筛停机，称量结束。称量值达110%控制值时发出音响报警信号。振筛启动延时Ts后，还未发出斗“满”信号，则发出“上卡料”信号。

②矿石皮带机供料：

当矿石中间斗料一“空”，并且闸门关好，槽下翻板翻好，便发出矿石皮带机运转指令，当排料斗均放过料后，发出矿石中间斗装好信号，并发出皮带机停机指令。

③矿石皮带机和大烧结振动筛完成混装

当矿石中间斗料一“空”，并且闸门关好，槽下翻板翻好，便发出矿石皮带机运转指令，当相应的一个矿石排料斗放过料后，发出大烧结振筛启动指令，同时发出皮带机停机指令。当称量发出“满”信号时，发出矿石中间斗装好信号。

4.1.5焦炭称量控制

当焦炭称量斗一“空”，闸门关好并设定好后，发出焦炭振动筛运转指令，开始称量，称量值达到控制值时（初始时为设定值的95%），发出振动筛停机指令，称量结束，若达110%控制值时，发出报警信号。振筛启动延时Ts后，还未发出斗“满”信号，则发出“上卡料”信号。

4.2炉控制部分

4.2.1炉控制范围及内容

（1）炉上至料罐下至探尺各设备的顺序控制。

（2）无料钟串罐式炉的装料及均压、放散控制。

（3）料流调节阀开度（γ角）、布料溜槽倾动角（α角）、布料溜槽旋转角（β角）的控制。

4.2.2炉装料控制

上次布料结束且下密阀关到位后，程序发出申请装料信号，料车开始装料，受料斗满且料罐空，放散阀打开，在放散过程中，一旦打开放散阀并料罐内压力等于大气压力，则认为放散OK。放散OK后开上密阀，上密阀开到位后开柱塞阀，料车开始下料。延时一定时间后柱塞阀关闭，关放散阀，关上密阀，炉料装入料罐中后开均压阀开始均压。这时受料罐发允许料车上行信号。

4.2.3炉布料控制

    料罐满且上密关到位后，程序发出申请布料信号，此时探尺探测到设定料线后提探尺至零位。均压好后关均压阀。探尺提到零位后开始转动α、β。布料溜槽倾动的正常工作角度范围是13-53度。就地操作可以使溜槽倾角达到70度以便于拆卸溜槽。当溜槽倾角小于12度或大于54度时,溜槽停止移动和转动并发出报警,只有在报警后才可以继续移动。一旦降下探尺或探尺在高炉中时，溜槽倾角如果大于45度，锁定溜槽。为了使溜槽的定位精度达到±0.2度的要求，在程序中对溜槽的倾动速度进行处理，溜槽开始以大速度倾动，当与目标位置只相差2度时，以大速度的三分之一倾动，这样可以的定位到目标位置。溜槽的旋转由变频器驱动的交流电机驱动。正常情况下溜槽不停的旋转，如果溜槽的倾角位置达到了上限或下限，或者探尺在炉内时溜槽倾角大于45度，溜槽要立即停止旋转并报警。溜槽每4小时改变一次旋转方向，这样可以确保溜槽磨损平衡。PLC根据炉料单和槽下传送来的布料代号给出料流调节阀γ的设定开度，控制料流调节阀打开到设定开度开始布料，当接受到料罐清空信号，料流调节阀打开才能关闭。清空信号由射线检测和PLC的定时器共同完成，如果在料流阀打开后规定的时间后发出清空信号，则认为料罐已经清空，如果在规定的时间之前发出清空信号则认为是料罐堵塞，PLC将发出报警信号，该信号一直保持，只有料流阀打开并且确保料罐排空后才能解除。料流阀关闭后关下密阀，降下探尺检测料面，布料结束。

5、 结论

本文讨论了基于施耐德昆腾系列PLC的高炉矿槽炉上料系统的控制系统的控制情况，本控制系统已经在高炉生产得到了实际应用，满足了现场的生产工艺要求。操作画面简单方便，通过对料单设定画面的修改可以实现对矿石、焦碳配料参数及布料参数的设置与修改，并显示工艺所需要的数据。操作方式灵活，操作方式有自动、画面手动和现场就地操作。在该系统中，PLC充分发挥了其配置灵活、控制、编程方便和可现场调试的优点，给整个系统的稳定给整个高炉生产带来了较大的作用。

1 引言
    可编程序控制器（PLC, Programmable  Logic  Controller）是采用微电脑技术制造的自动控制设备。他以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。

    随着PLC技术的发展，其功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强，PLC与上位PC机联网形成的PLC及其网络技术广泛地应用到工业自动化控制之中，PLC集三电与一体，具有良好的控制精度和高性，使得PLC成为现代工业自动化的支柱。PLC的生产厂家和型号、种类繁多，不同型号自成体系有不同的程序语言和使用方法，本文拟就用日本立石公司生产的OMRON C20p型PLC，设计几个PLC在三相异步电机控制中的应用，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。

2 PLC在电机控制中的应用

2.1三相异步电机的正反转控制
  要求当按下正转按钮，电机连续正转，此时反转按钮不起作用（互锁），按下停止按钮电机断开电源，按下反转按钮电机连续反转，正转不起作用。图1所示为三相异步电机的正反转控制原理图。

2.2三相异步电机的Y—△启动
  要求起动时电机接成Y型，经过一段时间自动转化为△形运行，要求Y形断开后△形才能启动，防止Y形未断△形启动造成电源短路。图2所示是三相异步电机Y—△启动控制原理图。

2.3三相异步电机时间控制
  要求1台电动机M1启动5 s后，2台电动机M2自动启动，只有当2台M2停止后，经过5 s延时，M1自动停止。图3所示是三相异步电机时间控制原理图。

3 程序的写入与运行

  将PLC联上编程器并接通电源后，PLC电源指示灯亮，将编程器开关打到“PROGRAM”位置，这时PLC处于编程状态。编程器显示PASSWORD！这时依次按Clr键和Montr键，直至屏幕显示地址号0000，这时即可输入程序。

    在输入程序前，需存储器中内容，依次按Clr、Play/Set， Not，Rec/Reset和Montr键，即将全部程序。按照以上3种控制的梯形图或程序指令将3种控制程序写入PLC，当上述3部分程序输入到PLC机中后，用上下方向键读出所写程序，如程序有错，可用插入指令和删除指令修改程序。

    程序输入正确后，分别按图1（a）和（c）连接PLC外部接线及主回路线路实现电机正反转控制，按图2（a）和（c）连接线路实现电机Y—△启动，按图3（a）和（c）连接线路实现电机的时间控制。此设计可以一次性把3种控制电路的程序全部输入，同时控制3种电路，运行时，按下SBF，SBR电机正反转启动，按下SB1，SB2控制电机Y—△启动，按下SB3，SB4电机顺序启动，互不干扰，事半功倍，实现了一台PLC同时控制多种电路形式。

（5）电源模块：ABB CP-S电源，输入AC85-264V/输出DC24V，10A、各1个，单安装。

1  引言

    随着作为可编程序控制器的控制微控器（MCU）技术的发展，可编程序控制器的功能也越来越强大。现在的可编程序控制器不但工作速度快—逻辑指令执行时间为每条零点几个us、应用指令每条为几个或几十个us;而且功能强—强大的逻辑运算功能、丰富的数学计算功能以及的远程通信功能。西门子S7-200PLC就是其中一种具备以上功能的小型PLC。本文主要介绍S7-200PLC在GDX2高速包装机烟包外包装质量缺陷中的应用示例。

2 问题提出

    现在的市场竞争十分激烈，各厂家都使出浑身解数来提高自己的产品质量和维护自己的声誉，所以各厂家都想尽办法使自己进入市场的产品为。在产品生产过程中厂家对产品质量的把关非常严格，特别是对的后一道工序-包装工序的包装质量要求为严格，往往对同一种材料进行多次缺陷检测，以避免次品流入市场。原产意大利的GDX2包装机是世界上目前的包装机，也是业内的主力包装机型，它具有包装质量好，有效作业率高，人机性高等优点。尽管它检测功能多，但仍然不是十分完善，不能满足厂家的质量要求，有必要增加一些的烟包外包装质量缺陷功能。如在烟包的薄膜包装部分增加翻盖完好，薄膜包装散开，薄膜短搭口不对称检测等。

3  方案选择

    尽管GDX2的电控系统是开放式的，采用类似VB的GDLAN语言来编写程序的，但对用户是不开放的，因此要增加外电路来实现新增的检测功能。由于检测电路的功能不复杂，主要功能是将器到的坏烟包移位到剔除位置，使剔除电磁阀动作，将其剔除。采用逻辑电路，单片机电路，PLC电路3种方案之一都可实现该功能。方案比较如附表所示。

    通过比较，显然选择方案3，PLC电路，尽管成本高些，但其他性能。

4  方案实施

    PLC的输入的点数为4个，其中3个为检测信号，1个为同步信号;输出的点数只需1个，为剔除信号。考虑点数冗余和日后功能增加问题，

    选择8个输入点，6个输出点、型号为CPU222的S7-200PLC可满足方案要求。PLC硬件设计如图1，其中PLC的电源220VAC和传感器24VDC取自包装机内，B1为接近开关，B2为高解析度色标光电检测器，B3为轻触微动开关。

5  程序设计

    程序分为坏包和移位剔除两部分。在坏包部分，同步信号高电平有效时使检测信号有效，当到坏包时，将要移位的位置1。在移位剔除部分，由于的检测位到剔除位要移位12包烟包，因此采用1个16位的字如VW0来作移位寄存器，并将检测位装载到移位寄存器的对应位上，当V1.3为“1”时接通Q0.0，Q0.0触点接通手动剔除按钮，剔除阀动作剔除坏烟包。

//GDX2-CH小包透明纸包装机外观包装器程序//
LD I0.0      file://同步时钟//
A I0.1 file://翻盖检测//
ON V1.0     file://缺翻盖烟包//
LD I0.0      file://同步时钟//
A I0.2 file://薄膜搭口检测//
ON V1.7     file://薄膜搭口不对称烟包//
LD I0.0 file://同步时钟//
A I0.3  file://薄膜散开检测//
ON V0.1      file://薄膜散开烟包//
LD I0.0 file://同步时钟//
SLW VW0,1  file://一个时钟脉冲左     
移1位的16位寄存器//
LD V0.3      file://剔除位//
ON Q0.0      file://剔除信号//
END_OB1     file://程序结束//

6  结束语  

    GDX2-CH小包透明纸包装机外观包装器经过一年的使用情况来看，故障率为零，坏烟包剔除准确率为，好烟包误剔除率也只有万分之一左右。

    采用S7-200PLC制作器的成本较低，程序编写简单，性高，可维护性好。

2、系统结构说明：
a、通过siemens s7-300 plc进行现场模拟量、开关状态量的采集，和继电器控制；
b、我们可以通过触摸屏，运行组态软件工程，显示模拟数据和开关状态，同时，通过触摸点击进行开关控制；
c、系统plc包含两个通讯模块，预留两个485端口，为modbus协议的slave端，提供站控系统的modbus总线的查询。

3、 I/O分析：
AI：9个，都是4～20mA的标准信号;
DI：40个，干节点输入（也就是通断信号输入）
DO：2个，继电器输出   开关阀门 36mA 0.864w    
2个脉冲输入 4000hz  流量

二、硬件结构：
1、控制器选型：

1）、一体化工控机TPC105TD-b是一套以嵌入式低功耗CPU为（主频400 MHz）的嵌入式一体化工控机。特点：

a）  10.4英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率640× 480）

b）  四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）

c）  预装微软嵌入式实时多任务操作系统（中文版）和嵌入版组态软件

d）  支持usb窗口打印和串口微型打印机行打印

e）   通讯端口丰富：1个232串口、1个232/485串口和一个以太网口

f）    24伏直流供电，不锈钢外壳，抗干扰能力强； 

2）、一体化工控机IPPC-9150G-R是一款15"Pentium3全功能工业级平板电脑，能够在各种恶劣的工作环境中使用。

特点： 

a）  不锈钢机壳，铝制板 

b）   支持PCMCIA无线网络适配器 

c）   2个PCI/ISA扩展槽 

d）   Socket 370 CPU支持PentiumR III，速率850 MHz 

e）   15" VGA XGA TFT LCD提供生动鲜明的图像

f）    四线电阻式触摸屏，带有一个铝合金板,钢化玻璃保护LCD。

g）   提供从悬壁安装，面板安装到机架安装的可选安装附件，用户可以根据自己的需要将其安装在任何地方

三、软件说明：
1、MCGS嵌入版组态软件

·容量小：整个系统配置16M存储空间 

·速度快：系统的时间控制精度高，满足实时控制系统要求 

·：使用嵌入式计算机，大大降低设备硬件成本 

·真正嵌入：运行于嵌入式实时多任务操作系统，运行WinCE和Linux嵌入式操作系统 

·稳定性高：无硬盘，内置，上电重启时间短，可在各种恶劣环境下稳定长时间运行 

·功能强大：提供中断处理，定时扫描精度可达到毫秒级，提供对计算机串口、内存、端口的访问 

·通讯方便：内置串行通讯功能、以太网通讯功能、Web浏览功能和Modem远程诊断功能 

·操作简便：组态操作简单直观、灵活多变

·设备众多：提供了所有常用700多种设备驱动程序 

·开放接口：用户在组态环境就可以直接编写驱动程序 

·数据存贮：高压缩比的数据压缩方式，保证数据完好 

2、MCGS5.5通用版

·全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活

·完善的中文在线帮助系统和多媒体教程

·真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台

·提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面

·支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备

·支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线

·支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联

·支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联

·提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果

·上千个精美的图库元件，保证的构建精美的动画效果

·功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统结合

·完善的网络体系结构，可以支持新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网