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目前新型喂线机自动控制系统的研究与开发

发布时间:2021-07-12 06:02:56 阅读: 来源:砂浆泵厂家

新型喂线机自动控制系统的研究与开发

摘 要:针对太原第二炼钢厂精炼F炉冶炼的实际要求,使用西门子系列PLC、触摸屏、变频器和利用现场总线实现远程监控的新型专用中喂线机的设计方案,文中阐述了该系统的各主要组成部分及特性,该方案有效提高了钢包喂线的自动化水平与冶炼钢质量。

关键词:喂线机早日实现国产配套;PLC;变频器;PROFIBUS-DP现场总线

在钢铁冶炼过程中,需要向钢包中加入各种脱氧剂、脱硫剂等添加剂。但由于钢水粘度大、钢包深、钢水表面飘有钢渣等原因,将包芯线均匀熔于钢水中一直是个难题。近几年,人们利用喂线技术较好地解决了这个难题。喂线技术是将各类添加剂卷入钢带中形成包芯线,通过喂线机将包芯线打入钢包中一系列技术的总称。目前国内的各类钢厂精炼炉钢包喂线机方案,均是采用简单仪表控制加人工操作方式进行。由于喂线长度和喂线速度与炼钢质量密切相关,而人工操作的喂线速度与喂线长度不易控制,经常造成产品质量不稳定,所以喂线机的喂线过程实现自动化控制是必然的趋势。

1 控制方案的确定

针对太原第二炼钢厂精炼F炉的实际情况,新型的喂线机控制部分由气路和电路两部分组成,通过控制交流电机的转速和转圈数来控制喂线速度和喂线长度。电气控制系统由西门子S7200可而从2018年1月开始编程序控制器对喂线机进行自动控制,采用西门子TP170A触摸屏完成人机对话,实现对喂线速度、喂线长度的精确设定;采用两台西门子MicroMaster420变频器实现喂线电机的变频调速;利用PROFIBUS-DP现场总线构成现场总线控制系统,采用 STEP7-MICRO WIN 32进行了络组态以及硬件组态,实现了上位PC机监控组态软件Win CC与MICRO WIN 32的动态链接,实现在控制室内实现现场操作、监视和数据的采集.系统结构示意图如图1。

2 电气控制的实现

2.1 控制系统组成

系统控制核心选用德国西门子S可编程序控制器,CPU为控制高速事件提供了高速I/O,这为喂线机中使用高速计数器提供了方便,同时提供了方便、简洁、开放的通讯功能。

控制系统使用了PLC两个RS485通讯口:Port0通讯口采用USS协议与两台变频器进行通讯,控制喂线电机的速度;Port1通讯口通过MPI协议与 TP170A触摸屏进行通讯,完成人机对话。通过TP170A触摸屏,可进行喂线参数的精确设定、实时显示、全机的点动调试、自动运行以及工艺参数的计算。两路光电高速计数器与PLC的I/O接口连接,实时采集运动部件喂线轮的角速度。同时控制系统采用西门子EM-277模块,通过PROFIBUS- DP现场总线连接PLC和带CP-5611卡的控制室计算机,实现系统的远程监控。

变频器的选择主要依据实际控制精度与电机容量选择[1]。由于喂线电机功率为11kW,方案选取性价比较高的非矢量控制MicroMaster420变频器。该变频器与PLC通过USS协议指令配套使用,具有调速范围广、转速精度高、耐高温、运行可靠等特点。USS协议指令是STEP 7- MICRO/WIN32软件工具包中PLC与变频器通讯的协议指令,使用专为USS协议通信而设计的预配置子程序和中断程序实现PLC与变频器通讯。

通过设置变频器远程控制方式,变频器从站地址、波特率、工作频率、启动时间、制动方式等相关参数,实现PLC对变频器的实时控制与变频器信号反馈。PLC接受指令后,根据设定喂线速度计算电机转速与频率,并将值以USS协议指令传送给变频器。变频器接受指令后,根据内部设定参数对电机进行调速。调速方式为V/F型,即在改变变频器输充分发挥市场配置资源的决定性作用出频率的同时,通过相应改变变频器输出电压来保证异步电机磁通不变。该调速方式简便可靠,能够很好地满足喂线机调速要求。

2.2 PC控制程序

PLC控制程序采用SIEMENS公司的STEP7软件梯形逻辑编程语言LAD编制。STEP7-MICRO WIN32是适用于 S系列可编程控制器的专门软件。此软件运行于WIN2000平台,标准软件包中包含有3种编程语言:语句表编程语言STL梯形逻辑编程、语言 LAD、功能块图编程语言FBD。

程序部分包括主程序和7个子程序、3个中断程序。主程序完成逻辑功能控制及因此变换功率高子程序和中断程序的调用。程序工作示意图如图3所示。

其中:SBR0初始化子程序,对2个高速计数器进行初始化,以及USS协议初始化。SBR1~SBR5 USS通讯协议所需子程序。 INT1~INT3 USS协议通讯指令所需中断程序。SBR6速度计算子程序,计算当前喂线速度、当前喂线长度等实时值,并通过TP170A显示出来。 SBR7计算器子程序,通过输入的喂线速度、喂线长度,来计算理论喂线电机频率。SBR8面板开关控制子程序,控制喂线机的启动,停止,喂线选择,工作/ 维修状态选择等众多控制要求。

3 远程监控的实现

3.1 现场总线选择

PROFIBUS是一种国际性的、开放式的现场总线标准,时间长了会氧化主要针对工业过程控制领域的应用,用于分布式控制系统的高速数据传输。 PROFIBUS有PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP三种形式。本设计所采用的PROFIBUS-DP根据 ISO7498国际标准以开放系统互联络OIS为参考模型,使用第1、2层和用户接口,该总线物理层采用RS485传输方式(以RS-485双绞线电缆或光缆作为传输介质),传输速度为9.6kbps~12Mbps,实现分布式I/O站和现场设备的自动化系统之间的通讯。

3.2 组态软件设计

本文使用组态软件WinCC实现人机界面(HMI)和监控管理系统。该系统设计分为以下几个模块:WinCC通讯驱动程序,实现PLC和 WinCC数据管理器的连接;图形运行系统,提供人机界面,实现喂线长度、速度设定,喂线长度、速度实时显示;变量记录运行系统,记录喂线长度、速度等变量的历史纪录;报警记录运行系统,提供喂线长度值实时监控,保障系统运行安全。

系统数据存储在WinCC中SQLAnywhere系统数据库中。运行期间,WinCC通讯驱动程序利用通道单元构成WinCC和PLC程序之间的接口。它使用通讯处理器来向PLC发送请求消息,待PLC返回应答消息后,通讯处理器将其中的过程值返回给WinCC数据管理器。WinCC数据管理器集中管理各种数据,为实现喂线长度、速度设定、实时显示、报警和历史纪录存储等功能提供各类数据。

4 结 语

该喂线机控制系统采用TP170A触摸屏作为人机界面,增加了系统的可靠性,精确控制了喂线速度与喂线长度,使炼钢质量得到了可靠保证;采用S的USS协议直接控制变频器,实现了控制方式灵活、精度高、程序开发简单等优点;利用PLC控制系统加工业组态软件WinCC进行现场监控,实现了现场操作、监视和数据的采集.该系统投入运行以来一直十分稳定,使太钢第二炼钢厂F炉的精炼质量有了可靠的保障,取得了良好的经济效益和社会效益.

参考文献:

[1]我们实验机经太长期和客户沟通经验研发Siemens nCC v5 The Configuration Manual and the Communication Manual[P].Germany:Siemens,2000.

[2]张永,李跃进,等.基于现场总线Profibus技术的BNBM水性涂料生产线自控系统[J].制造业自动化,2000(22):.

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