-
浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
7
西门子触摸屏6AV2124-0MC01-0AX0
| 1引言 运料车的作用是将搅拌好的成品料提升到成品料存储仓中。早期的搅拌设备中，运料车控制通常都是采用继电器逻辑控制，由于继电器的稳定性远远比不上目前的plc控制设备。特别是随着科技的不断发展，plc以其体积小，功能强、故障率低、性高、维护方便等优点，被国内外沥青混合料搅拌设备厂家广泛采用。本项目运用plc（可编程逻辑控制）控制运料小车的运行，取代了传统的继电器控制，实现了运料过程的自动化控制。在具体控制过程中，通过移位指令、计时器和移位寄存器的复位指令使运料车能够连续运行，直到需要停止时按停止按钮停车。运料车还可通过手动控制其运行，但操作起来复杂，而且易出错，plc在小车自动送料控制系统中可实现较高的自动化程度，大大提高系统的稳定性和性，减少调试、运行、维护的强度，成为“无人值班，少人值守”的优选小车送料自动控制系统。本文通过分析可知，用plc控制运料系统，、，而且维护、调试方便，具有很高的推广。 2 设计与实现分析 2.1 运料车系统工作过程介绍 成品料存储仓一般有单仓、双仓或三仓等配置形式，另外再配一个废料仓。我们以双仓为例来说明其控制过程。图1为运料车工作过程示意图。运料车在工作前要先选仓。1号成品料仓和2号成品料仓的仓上各有（图1运料车工作过程示意图）两个门，起防雨和保温的作用。废料仓上没有门。当选择好料仓时，舱门自动打开，这时才允许运料车工作。运料车的工作过程为：前进——停车卸料——后退——等待装料——再前进。2.2 小车自动送料系统设计 （1） 沥青入喷射腔，各热骨料仓装料，料粉仓装料； （2）热骨料，料粉，沥青入搅拌锅搅料； （3） 搅拌结束，小车到位，接近开关发信号； （4）搅拌锅打开电磁阀放料，同时读取称重传感器的值，当称重传感器的值到达设定值时搅拌锅关闭电磁阀，料运到目的地； （5）车卸料同时读取称重传感器的值，当称重传感器的值达到设定值时运料车关门，然后返回搅拌锅下重新装料； （6） 运行直到运料完停车。 2.3自动送料运动设计 用电动机拖动小车，电动机正转，小车前进，电动机反转小车后退。选择成品料仓1号或2号。选择好后，小车停在搅拌锅下装料，当称重传感器达到预定值时，电磁阀关闭，停止装料，小车前进，向选好的料仓驶去，抵达后将料卸完（称重传感器达到预定值即小车的净重）小车后退返回到搅拌锅下接着装料，然后继续向料仓运料。如此反复直到将料运完。 （1）小车向1号成品料仓运料：小车位于搅拌锅下；当运料小车位于搅拌锅下时，压下限位开关sq0，接通x1，其常闭断开，常开闭合，指示灯y0亮。 （2）小车向1号成品料仓运料：按下起动按钮sb1，接通x0，其常开闭合，运行指示灯y1亮。y1常开触点接通，实现自锁。与此同时，y1常开触点接通移位寄存器的输入端，m0置“1”，其常开触点闭合，常闭触点断开。m0和x2接通t0的线圈。30秒后（此30秒时间内给小车装料）t0常开触点闭合，y4线圈得电，km1得电吸合，电机正传，小车前进，向1号成品料仓运料。 （3）小车从1号成品料仓返回搅拌锅下：当运料车到达1号成品料仓时，压下限位开关sq1，x2常闭断开，常开闭合。t0线圈失电，其常开断开，km1失电释放，电动机停转，小车停止前进。与此同时m0与x2常开接通移位寄存器输入端cp，将m0中的“1”移位到m1中，m1常闭接点断开，m0补“0”，而m1常开接点闭合，t1线圈通电，延时30秒（在这30秒内小车卸料）后，t1常开触点接通，y5线圈通电，接触器km2接通，电机反转，小车后退，返回搅拌锅下。 （4）运料车二次向1号成品料仓运料：当运料车返回搅拌锅下时，压下限位开关sq0，x1常闭断开，t1圈失电，t1常开断开，y5失电，km2线圈失电释放，电动机停转，小车停在搅拌锅下。与此同时，m1与x1接通移位寄存器输入端cp，将m1中的“1”移位到m2中，m0的“0”移位到m1中，m0仍补“0”，m2接通t0线圈。30秒（这段时间小车装料）后，t0常开触点闭合，接通y4，km1得电吸合，电动机正转。运料小车向1号成品料仓运料。 （5）运料小车2次返回搅拌锅下：当运料车到达1号成品料仓时压下sq1，x2常闭断开，常开闭合，t0线圈失电后，t0常开断开，y4线圈失电，km1失电释放，电机停转，运料小车停止前进，这时m2与x2接通移位寄存器的输入端cp，将m2中的“1”移位到m3中，m3常闭触点断开，m2补“0”，m3常开触点闭合，接通t1，延时30秒（此时小车卸料），t1常开闭合，y5被接通，km2接通，电动机反转，小车后退，返回搅拌锅下。 （6）运料车停止运料：当小车返回搅拌锅下时x1常开闭合，常闭断开，y5失电，运料车停止运行。此时m3与x1接通移位寄存器输入端，m3移位到m4，m4为“1”，m0～m3位“0”，如果连续运行开关s没有合上，x5仍断开，那么移位寄存器不会复位，m0仍为“0”，则运料车停止运行。 （7）运料车连续运行或向其它料仓运料： 如果需要继续向1号成品料仓运料，只要合上开关s，x5，x1与m4接通复位输入端rst，移位寄存器复位。m0重新置“1”，m0与x2又接通y4，运料小车又开始二周期运行。一直到不需要运料时，按下停止按钮sb4，x8触点断开，y4、y5线圈回路断开，运料车立即停止运行。同样，如果发生意外情况，不论运料车在任何位置，只要按下停车按钮sb4，电动机能够立即停车，系统恢复原来状态。当故障排除时重新启动； 运料车向2号成品料仓运料。运料过程的控制与向1号成品料仓运料控制相同，只是移位寄存器的输入从m5～m9。 运料车向废料仓运料。控制过程与向1号成品料仓运料控制过程相同，只是移位寄存器的输入从m10～m14。 此程序运行时，可以任意先选择其中的一个料仓给其运料。运料过程中如果需要给其它料仓运料只要将运料车停止，再启动其它料仓的启动按钮就行。 2.4设计中要注意的几个问题 （1）盛沥青、骨料、料粉的料斗分别装有上限、下限报警器将沥青、骨料和料粉分别用运料车将料放入盛料料斗中，将料斗阀门打开开始放料，它有一个盛料的上限，当料斗内的料过上，报置动作，停止放料。同理，还有一个盛料的下限报置。将沥青、骨料、料粉下放到搅拌锅内，盛料斗内的料下，下限报置响应，开始加料。 （2）沥青、骨料、料粉入搅拌锅量的控制。成品料是由沥青、骨料、料粉搅拌而成，而各料在成品料中所占比例不同，因此需要控制各个料的量。放料时需按预先设计好的程序控制各料斗下料的量。 （3）重量控制。将搅拌锅内的料搅拌好后，通过电磁阀给运料车装料。运料车装料的量通过称重传感器来控制。当称重传感器的值达到设定值时，搅拌锅关闭电磁阀，通过传感装置给电动机发出信号，小车将料运走。（4）电机过载报置。运料车在过载低速运行过程中，引起电动机发热过烫的现象，会缩短电动机的寿命。在发生这种现象时通过报置及时检修相关装置，排除故障。 （5）障碍物监测。在运料车工作过程当中，为防止传送带或轨道上有障碍物阻碍运料车而发生事故，如工作人员在不知道的情况下挡在运料车的必经之路时或有其它设备或物体时，自动监测系统能够及时发现发出警告，使运料车暂停，待障碍后再运行。 （6）运动路线。运料车运料必定有一个运料路线，这个路线是预先设定的，通过给运料小车编制一定的程序实现自动沿路径运行。 |
控制程序设计
小车运行控制过程如下：
（1） 小车处于原位压下原位限位开关sqo，x401接通y430，原位指示灯亮。
（2）小车行驶至1号位返回原位
按下启动按钮sb1，y431被x400触点接通并自锁，运行指示灯亮并保持整个运行过程。此时y431的常开触点接通移位寄存器的数据输入端in，m100置1（其常闭触点断开，常开触点闭合），m100和x402的触点接通y432线圈，前进接触器km2得电吸合，电动机正转，小车驶向1号位。当小车到达1号位时，限位开关sq1动作，x402常闭触点断开y432线圈，km3失电释放，电动机停转，小车停止前进。与此同时x402接通移位寄存器移位输入cp端，将m100中的“1”移到m101，m101常闭触点断开，m100补“0”，而m101常开触点闭合，y433接通，接触器km4得电吸合，电动机反转，小车后退，返回原位。
（3） 小车行驶至2号位又返回原位
当小车碰到原位限位开关sqo，x401断开y433线圈通路，km4失电释放，电动机停转，小车停止。x401与m101接通移位输入通路，m102接通y432线圈，小车驶向2号位。当小车再次到达1号位时，虽然sq1动作，x402动作，但因为m102和x402仍接通y432，m100为“0”，所以不影响小车继续驶向2号位。直至小车碰到2号位限位开关sq2，x403断开y432，小车才停止前进。与此同时，x403与m102接通移位输入通路，将m102中的“1”移到m103，m103为“1”，其余位全为“0”。m103接通y433线圈，小车返回原位。
（4） 小车行驶至3号位再返回原位
当小车碰到原位限位开关sqo后，小车停止后退。同时m103和x401接通移位输入通路，m104和x404接通y432，小车向3号位驶去。小车再次经过1号位和2号位，但因为m100~m103均为“0”，不会移位，m104和x404仍接通y432，直到小车碰到3号位限位开关sq3动作，x404才断开y432线圈，小车才停止前进。这时m104和x404接通移位输入通路，m104移位到m105，m405为“1”，其它位为“0”，m105和x401接通y433，电机反转，小车后退返回原位。
（5） 小车运行一个周期
小车运行一个周期返回原位后压下原位限位开关sqo，x401又断开y433，小车停止运行。同时m105和x401接通移位输入通路，m105移位到m106，m106为“1”，其余位为“0”，即m100~m105的常开触点均为断态，这时如果连续运行开关s仍未合上，x405仍断开，那么移位寄存器不会复位，m100仍为“0”，则小车正向出发往返运行三次（一个周期）后，就在原位停下来了。
（6） 小车连续运行与停止 如果需要小车在运行一个周期后，继续运行下去，则合上连续运行开关s，
x405、x401和m106接通复位输入端r，移位寄存器复位，m100重新置“1”，m100与x402又接通y432，小车又开始二个周期的运行，并且一个周期又一个周期地连续运行下去，直到按下停机按钮sb2，
x407触点断开，y432和y433线圈断开，小车才会立即停止运行。同理，如果发生意外情况，不论小车运行在什么位置，只要按下停车按钮sb2，电动机立即停转，小车停止运行。
| 本文以RH精炼炉课题为背景，研究基于PLC的RH精炼炉综合自动化控制系统。深入分析精炼炉的工艺，在此基础上深入分析RH精炼炉综合自动化控制系统的需求，设计并实现基于PLC的RH精炼炉综合自动化控制系统，包括架构设计、基础自动化子系统、过程控制计算机子系统和真空槽环流气体PID控制等功能模块的设计与实现，通过测试和实际运行来验证系统的可行性和有效性。 1 引言 21世纪钢铁企业迅猛发展，企业竞争压力随之增大，低端的产品已不具有市场竞争力，这就要求我们开发出具有竞争力的产品。德国是世界上早采用RH精炼技术的国家，早在50年代末期此项技术就已出现,其中RH为当时德国采用RH精炼技术的两个生产厂家的个字母的缩写。至今,全世界已有100余台RH精炼炉。RH精炼技术在美国、日本、西欧得到普遍推广,炼钢生产线对生产的成本控制以及生产节奏要求越来越高，轧钢生产线对钢水的质量要求不断提高，对钢水的温度控制以及碳含量也提出了新的要求。 RH（RuhrstahlHeraeus）系统设备是一种用于生产钢的钢水二次精炼工艺装备，广泛用于钢水的脱碳、脱氧、脱气、升温、成分调整及低碳钢冶炼等方面。传过程控制技术发展到今天,在控制方式上经历了人工控制和自动控制两个发展时期。在自动控制时期，过程控制系统经历了三个发展阶段,它们分别是：分散控制阶段,集中控制阶段和集散控制阶段[13]。RH真空处理自动控制系统从上世纪的六、七十年代的继电逻辑控制系统、电动单元组合仪表系统发展到了目前PLC网络控制系统。RH钢水真空处理采用二级计算机控制系统。基础自动化包含电控和仪控，是电仪合一的PLC控制系统；二级自动化采用奔腾PC机，编制数学模型实现过程控制。随着工业自动化技术的不断发展，企业内部信息网、客户/服务器模式、现场总线技术的出现，对RH真空处理自动化和计算机的结构也产生影响。现在RH真空处理自动控制系统采用PLC制系统，在现场控制级采用现场总线技术，在基础自动化级和过程控制管理级采用计算机网络技术，在传动系统方面，全数字化的可控硅整流装置和全数字化的交流逆变装置已经替代了原来的模拟控制的交/直流供电装置。在现场检测仪表方面,具有现场总线通讯能力的智能仪表已经替代了原来的模拟检测仪表。 2 RH真空处理基本工艺 RH真空处理工艺流程如下图所示： 在钢水进行处理之前，浸渍管要浸入即将进行处理的钢水包中。随着真空泵不断抽走真空槽内的气体，钢水表面的大气压不断减小，真空槽内外的气压差迫使钢水由浸渍管流向真空槽。真空槽下部的两个浸渍管，分别为上升管和下降管。钢水处理期间真空环流系统不断向上升管中吹入氩气，相对于下降管产生了一个较高的静压差，这个差迫使钢水从上升管进入真空槽而后在自身重力的作用下从下降管流出，如此使钢水不断循环流动。而在真空泵的作用下真空槽钢水中的氩气、氢气、等气体不断被抽走，使真空槽内始终保持抽真空的状态。同时，真空槽内的钢水在循环流动时还进行着一系列的化学反应，比如脱氢反应脱氧反应加热反应等。通常，为了达到满足某钢种的要求、使钢水成分得到控制的目的，RH在循环脱气过程中还加入了合金处理过程。 3 控制系统的理论分析 在ＲＨ真空处理过程中，冶金反应主要基于热力学和动力学的理论。真空冶金时，真空对脱气、碳脱氧、脱碳等反应产生教为明显的影响。 3.1 钢液循环原理 RH的主体设备是一个圆柱体型状的真空室，高度可达7~10m，底部有两根耐火材料做成的管子，其中一根称为上升管，另一根称为下降管，都称插入管，处理时插入到钢水中。当真空室抽成真空状态后，钢水在大气压作用下，升高约1.4m，通过插入管进入真空室。由于在上升管通入氩气，氩气进入钢水后受热膨胀，推动液面上涨，使真空室内上升管一侧的钢水液面显著下降管一侧，钢水向下降管一侧流动，经过下降管回流到钢包，由此产生钢水的循环流动，钢包中钢水就这样在真空室反复循环。循环的次数（循环因数C）由以下公式决定：ω———循环流量 Q———处理容量 t———脱气时间 循环流量由以下公式决定：Du---------上升管的直径 Dd----------下降管的直径 G-----------驱动气体的流量 H-----------插入管的长度 3.2 代控制方法 可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。它实质是一种于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示 RH控制系统采用两级控制系统组成，分别为一级基础自动化系统和二级过程计算机控制系统，两级系统分别承担不同的功能： 一、基础自动化系统（L1级）：管理整个RH生产过程，由PLC（包括分布各操作台的远程I/O）、OMS（人机接口）、工程师站、编程站及工业以太网络组成。采集现场信号，完成电气设备的逻辑顺序控制、过程回路控制、设备运转操作、设备监视和报警等基本功能。 二、过程计算机控制系统（L2级）：是以L1系统为基础的相对立的系统。对整个RH系统生产过程进行管理和过程优化，并为炼钢厂的管理信息系统及攀钢ERP系统的建立留接口。控制系统结构参见下图： 所有电气和仪表设备安装在单控制柜里，信号连接到过程控制单元的I/O模块。通过安装在PLC继电器输出端或辅助继电器控制所有电磁阀和电机控制。要求的I/O数量是由驱动、仪表和其他用电数量所确定。因此由程序结构确定I/O数量，并考虑所有要求的驱动和控制功能包括20%的备用能力。为了内存要提供30%的备用能力。每机架至少预留一个空槽。除了顺序控制和联锁外，所有重要任务如监视、管理、过程值控制将在基础自动化系统（1级）CPU里实现。 RH基础级控制系统主要用来对炼钢过程进行实时的监测与控制。实现了采集现场信号、进行数据处理、逻辑判断以及现场设备控制的功能。PLC中的控制软件是采用西门子提供的Step7V5.4编程工具实现的。画面软件采用WinCC6.2，为实现对监视和控制生产过程以及对生产数据进行归档和进一步处理提供了良好的HMI。 4.1 环流气体流量调节的PID控制 环流气体流量PID调节的难点在于如何使得操作人员设定的环流气体总的流量,通过PID程序控制分布到4个支管上各自的调节阀进行流量调节，同时将输出反馈给调节阀进行控制。经过仔细研究，在实际生产过程中我们采用了PID串级调节的方法。PID调节主要包括3个主要参数:设定值SV、反馈值PV和输出值MV,把SV与PV进行比较得到MV的值。把操作人员设定的环流气体总的流量除以4后,平均分配到4个支路上的PID控制器的SV值。4个支路上采集到的流量计的过程值作为PV值,各自PID调节的输出为MV值控制各自的调节阀。但是在实际的生产过程中我们发现，偶尔出现个别管路堵塞的情况时，真空槽环流气体的总量与设定值差别很大，环流效果非常差。在控制上做了一些改进，主控制器为我们虚设的一个控制器,它不直接对现场设备进行控制，操作人员设定的环流气体总的流量为主控制器的SV值,把4个支路上采集的流量变送器的气体流量之和为主控制器的PV值,这样这两个值进行比较得出主管路上的MV值。把这个MV值除以4后作为4个分支路上PID控制器的SV值，与本分支路上的流量变送器反馈值做比较进行PID调节控制本分支路上的流量调节阀。 L1子系统有2套西门子PLC控制站，2台HMI服务器，2套三电可共用的客户机，服务器及客户机安装WinCC软件，用于现场设备的控制及状态监控等。1套L1软件开发和系统维护用的工程师站，工程师站安装Step7编程软件，2台L1用报警报表和编程维护打印机，控制站的主站与分站之间通过PROFIBUS网络通讯，控制站与服务器之间务器与客户机之间通过以太网通讯。 (1)系统软件测试 由于服务器、客户机及工程师站均采用bbbbbbsXP操作系统，且服务器和客户机安装有WinCC软件，工程师站安装有Step7编程软件，所以安装完上述软件后，分别进入bbbbbbsXP和WinCC、Step7进行各项操作实验，检查系统软件运行是否正常。 (2)通讯功能测试，通过下装PLC控制程序和观察监控画面设备动作及状态变化情况判断上位机与PLC之间的通讯是否正常，通过画面操作判断工程师站与上位机之间的通讯是否正常，通过CPU、电源、通讯模板及I/O模板上的指示灯判断主站与分站之间的通讯是否正常。 (3)数字量输出信号测试 利用Step7软件提供的强制功能，强制各输出点，观察模板上对应点的指示灯是否亮，如果通过继电器控制现场设备，观察继电器是否吸合，还要与现场人员联系，确认设备动作是否正常，这样既可测试出数字量输出摸板上各输出点输出是否正常，还能检查出现场设备接线是否正常。 6 结论 本文对新建的RH真空处理的三电自动控制系统的的控制要求、控制理论、控制水平、控制系统的构造、控制功能进行了深入的分析和研究。RH真空处理的自动控制系统选型遵循了、、实用的原则，节约投资的原则；设备选型和装备水平达到了当前的水平。这些工作对于攀钢以后的新建工程及改造工程的自动控制系统选择有一定的借鉴意义。 |