基于SIMATIC PCS7过程控制系统实现自动化真空控制系统的设计

基于SIMATIC PCS7过程控制系统实现自动化真空控制系统的设计,第1张

1、引 言

钢水的真空处理应用于钢水的脱氢、脱氮、去氧(轻处理)和脱硫,同时具有合金微调和温度调整的功能。攀钢生产特殊钢,如轨道钢、低合金结构钢、齿轮钢、氧气瓶钢等都需要经过真空处理,是方坯连铸生产的重要环节。顶q应用于真空非处理状态下,对真空室进行保温,减少温降,祛除真空室内壁表面结瘤。根据炼钢厂对真空系统的生产要求,控制系统要具有高可靠性、易 *** 作性、维修方便、控制功能全面的特点,真空控制系统的可编程控制器采用SEIMENS公司的SIMATIC S7-400 PLC。SIMATIC S7-400 PLC是具有中高档性能的PLC,具有模块化和用户易于掌握的特点,并具有高速的指令处理、人机界面、CPU的智能化诊断、具有网络通信、软件编程语言丰富的特点。

2、自动化级控制系统

根据真空的工艺设备情况,真空控制系统设计采用SIEMENS公司的SIMATIC PCS7过程控制系统,系统主要由一套S7 400 PLC、两台监控站和二级计算机系统构成。

RH控制系统采用两级控制系统组成,一级基础自动化系统和二级计算机控制系统,在一级基础自动化系统中完成其逻辑控制和控制回路的调节控制,二级计算机系统从基础自动化系统采取过程生产数据,根据生产计划和来钢情况进行模型运算,优化出生产参数下送到基础自动化系统执行 *** 作。RH基础自动化系统采用西门子公司的S7 400系列的PLC控制器组成过程控制系统,网络系统采用西门子公司的工业以太网来连接LF系统、合金下料系统、中控室的 *** 作站、报表打印机和RH的二级计算机等设备。过程控制系统采用西门子公司的S7 400系列组成PLC控制系统, *** 作台采用ET200M利用PROFIBUS-DP网络接入PLC主控器以减少电缆布线。机电一体设备采用RS232协议与PLC的主控器通讯。 *** 作站与PLC系统之间采用工业以太网协议通讯,一级 *** 作站和二级计算机采用西门子OPC协议来完成数据交换。为了对控制设备的精确定位,其传动系统采用VVVF技术来进行调速控制。

3、顶q加热过程描述研究

顶q在非处理期间由停放位开始下降,当下降到预设加热高度时,加热煤气和氧气阀打开,煤气点火燃烧,调节煤气和氧气流量到给定值对真空室进行加热或除瘤。

图1 顶q加热过程

位置和加热控制以及辅助控制的核心设备是PLC,软件是RH PLC使用的软件,控制程序是用STEP 7编程语言编写的,使用梯形图、功能框图、语句表语言。程序编写使用了模块化编写方式。

3.1 PLC对 *** 作方式的实现

3.2 顶q位置控制

顶q位置控制是按位置偏差控制的闭环控制,在顶q自动方式运行下, *** 作人员根据真空室的温度情况对顶q要到达的加热位在 *** 作站上进行q位值的预设定,数据由以太网传送到CP模板,CP模板将数据传送到CPU的存储区,STEP7软件编制的应用程序执行相应的控制程序,通过编码器反馈的值进行顶qq位的偏差控制。顶q的q位通过绝对编码器进行测量,编码器产生的脉冲信号由FM451计数模板读入,CPU通过功能块将FM451计数模板的信号读出到程序中,将计数值转换成对应的高度值,与预设的高度值相减得到偏差值,根据偏差值来控制顶q的快慢速及停止。在程序中使用数值运算、比较运算就可得到控制信号,由信号模板输出到变频器去控制电机,从而实现对顶q的升降控制。顶q在下极限对q位进行初始校正。顶q的行程为0~6米;OMS和现场现场 *** 作台上显示的q位是:顶qq头距离真空室底部的距离。100mm以上是快速,10~100mm之间是慢速,10mm以下PLC发出停止指令。软件程序控制设计框图如下。

图2 软件程序控制设计框图

3.3 燃烧加热控制

燃烧加热控制是顶q在非处理期间在大气加热下对真空室进行加热或除瘤化渣。对真空室进行保温,以及除去真空室的残渣。加热启动时,当顶q到达预定加热高度时,PLC控制燃烧控制单元打开切断阀,燃气燃烧,PLC控制调节阀调节流量,达到给定流量。火焰检测器检测顶q火焰的燃烧情况,不满足燃烧强度则自动提q。给定流量在 *** 作站设定。

图3 信号传递结构简图

顶q中通过的气体有N2、O2和CO。燃烧加热控制是控制CO和O2的比例和流量,流量调节是个简单闭环控制系统,控制采用PID算法控制,数学模型如下:

e=PV-SV (1)

(2)

PV:流量实际值;SP:流量设定值;e:流量差;OUT:控制器输出;δ:比例度;TI积分时间;Td:微分时间。

在程序中,直接调用PID功能块就能很好的实现数据运算。这里使用的是FB41连续控制PID功能块,能非常方便的对其进行参数组态。在适当调整δ,Ti,Td三个参数值后,就能获得较好的控制质量。加热时由流量计检测流量,控制器得出调节阀的开度值输出控制调节阀的开度,来控制燃气流量达到预定值。也可用手动方式控制调节阀的开度,来调节流量,此时是个开环控制。处理开始时和结束后,需要用N2对顶q进行吹扫,清扫管道中的煤气,气体通断由PLC通过电磁阀进行控制。处理完毕,要对CO、O2管道进行压力测试,分别由电接点压力表和切断阀来完成,保证气体管道无泄漏。

图4 软件程序设计框图

3.4 顶q冷却控制

顶q用MCW进行冷却,冷却水进出口流量用电磁流量计测量。远程手动打开进水阀,当进水流量>98t/h或进出水流量差>900L/h自动关闭进水阀。

3.5 膨胀密封圈控制

顶q升降时,膨胀密封圈应松开,顶q停止时,膨胀密封圈应充气密封,防止真空室内高温烧坏密封圈。膨胀密封圈松开时,同时对q孔用N2吹扫,防止密封圈被烧。

4、结 语

过去在工厂的实际运用中,有些地方发生了烧坏模板的事故,导致了生产中断的事件。本文作者创新点:系统有较强的数据处理实现数据报表的自动生成、数据库的访问等多种功能。顶q系统的可编程控制器控制以微处理器为基础,综合计算机技术、自动控制技术和通讯技术,具有可靠性、易 *** 作性、灵活性、机电一体化和较强的适应恶劣环境的特点。目前实际运用当中PLC系统的供电系统非常可靠,人机界面友好,易 *** 作,使用维护方便。PLC满足了顶q各项控制功能的需要,体现了其强大和可靠的控制功能,在攀钢获得广泛的应用,为企业每年节约成本近百万元。

责任编辑:gt

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