PLC和WinCC系统在环形加热炉中的应用
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《基于PLC的环形炉温度控制系统设计与应用》篇一一、引言在工业生产过程中,温度控制是一个关键环节,特别是在环形炉的加热工艺中。
为确保产品质量、生产效率和能源利用效率,开发一种基于PLC(可编程逻辑控制器)的环形炉温度控制系统显得尤为重要。
本文将详细介绍基于PLC的环形炉温度控制系统的设计与应用,并分析其在实际生产中的效果。
二、系统设计1. 硬件设计本系统主要由PLC控制器、温度传感器、执行器(如加热器、冷却器等)以及人机界面(HMI)等部分组成。
其中,PLC控制器负责接收温度传感器的信号,并根据设定的控制算法输出控制信号给执行器,实现对环形炉温度的控制。
(1)PLC控制器:选用高性能的PLC控制器,具备高速运算、高精度控制等特点,可满足环形炉温度控制的复杂要求。
(2)温度传感器:选用具有高精度、快速响应特性的温度传感器,以实现对环形炉温度的实时监测。
(3)执行器:包括加热器和冷却器等,根据PLC控制器的指令进行工作,实现对环形炉温度的调节。
(4)人机界面:提供友好的操作界面,方便操作人员对系统进行监控和操作。
2. 软件设计软件设计主要包括PLC控制程序的编写和HMI界面的设计。
(1)PLC控制程序:根据环形炉的温度控制要求,编写相应的控制程序。
通常采用PID(比例-积分-微分)控制算法,实现对环形炉温度的精确控制。
同时,程序还应具备自诊断、报警等功能,以便及时发现并处理系统故障。
(2)HMI界面:设计友好的操作界面,包括温度显示、控制参数设置、报警信息提示等功能。
操作人员可通过HMI界面实时监控环形炉的温度,并根据需要设置控制参数。
三、系统应用本系统已广泛应用于各类环形炉的温度控制,如冶金、化工、建材等行业的生产线中。
在实际应用中,系统表现出较高的稳定性和可靠性,有效提高了环形炉的温度控制精度和能源利用效率。
同时,系统还具备自诊断和报警功能,方便操作人员及时发现并处理系统故障,保障了生产的顺利进行。
电子与信息工程学院本科毕业论文(设计) 开题报告论文题目:PLC在加热炉温控制系统中的应用学生姓名:学号:专业:指导教师:2012年 11 月外文翻译译文:PLCTemperatureControlofanElectricHeatingFurnaceAbstract:ThispaperintroducesatemperaturecontrolsystemforfinelectricheatingfumacebasedonthePLCtechnologyandtheelectronicrectifiertechnology.y.Thehardwareandsoftwareofthesystemarealsooutlined.Keyword:programmablelogiccontroller;heatingfurnace;PID1 IntroductionHot stove using simple bit type constant temperature control method, temperature control precision is not high, the temperature control is of unidirectional rising, large inertia, large time delay, time-varying characteristics, and the heating, thermal insulation is dependent on the resistance wire heating, cooling, rely on the natural environment for cooling or add furnace material, once the overshoot is difficult to use control means to bring the temperature. According to mathematical model of controlled object is difficult to determine precisely the characteristics, the system consists of PLC as the core controller, according to the temperature change of the PID controller, the collection of temperature data, and then through the PLC output control, regulating thyristor conduction, to achieve accurate control of temperature. In this paper, the control object is commonly used in the metallurgical industry in HX1 type electric heating furnace, furnace temperature for 20-600°2 System structure.The hardware device is mainly composed of PC, programmable controller, temperature sensor, temperature transmitter, solid state relays and electric heating furnace. As shown in figure 1.Fig 1 the block diagram of the control system of heating furnaceThe control system of control information and data information in the computer centralized management, allocation, make the system more simple, effective, the user can browse, printing various field data, statements, and also to control the spot operation control. The temperature control system of single loop control system, by the Mitsubishi Co Fx2N series PLC as the core component, temperature detection using platinum thermal resistance KrlOO, used for real-time detection of temperature output, the RTD module is placed after the big into analog input module Fx2N 4AD, converted into digital quantity, the user procedure, call the PLC internal PID the control algorithm, a PID operational values, the values are converted into time value, to a time-varying PWM wave to control zero voltage trigger solid state relay SSR, to regulate the electric heating wire working current, to realize the heating furnace temperature control system. The software part Windows XP as the operating system, the industrial control configuration software MCGS as the application server platform. Between computer and PLC through the MPI port connection, the realization of PC and PLC communication. By the computer to complete the temperature setting, temperature and various control parameters real-time monitoring.3 PID control algorithm to achieve the PLCUsing programmable controller for analog PID control, you can use the PID process control module, and this module is expensive, economy is poor. The system uses the PID function instruction, when P1D function instruction with the analog quantity when used together, not only can be similar to the PID process control module, and the economy is good. Due to the heating furnace is large delay, large inertia link control object, the system adopts the integral separation PID algorithm and Bang position Bang control methods, namely at the beginning of the process, the Cambodian guitar or substantially increase the set value, by using the Bang Bang control, prevent excessive deviation, integral accumulation, the system caused by larger overshoot even oscillation, so that the system stability decline. And to the process of the late, when the deviation to the specified range, increase the integral action, in order to improve the control precision. In the actual process of debugging, after several revisions of control parameters, can achieve good control parameters, toachieve the required precision.PLC main program flow diagram as shown in figure 2,Fig 2The PID algorithm program flow diagram as shown in Figure 3Fig 34 PID algorithm for converting the PWM wave outputThe adjustment of the temperature control is the control of the bidirectional thyristor turn-on time, thereby changing the heating wire heating power to realize the temperature control. First of all, the PID operation result is converted into an internal timer timing value, to determine the delay time. This system adopts the power regulating circuit, control a power cycle in the actual conduction time, the output MV is converted to a time value mode. Due to the use of an internal timer time base for 10ms, T200, and because the power cycle selected for Tz, so the actual heating time for t:fⅢ100Tz detector, the time value is stored in the data register D, for timer instruction calls. In PLC, there are two ways to generate PwM output pulse wave, one is by the PLC PWM special instruction generated, but PWM wave output channels is limited, such as the FXzN series PLC only Y0 and Y1 two channels; another is the internal timer to organization, the switch quantity output. The system uses second methods, by two timer T200 and T246 produce a PWM wave, T246 decided to transfer power cycle, in order to ensure the normal conduction of the thyristor main circuit, to ensure normal work, PLC output pulses and frequency to maintain strict synchronization relationship, therefore, will and power grid synchronization and to keep frequency relationship of basic digital pulse into the PLC input, as the timer T246 logic control signal, T200 decided to pulse width, delay time t by PID operation output value MV decision.5 conclusionsIn the control system of the furnace, the PLC is called when the built-in PID calculation program, realized PID control algorithm based on call, simplify program, improve the programming efficiency, and is not easy to make a mistake, the temperature reached the goal of accurate control; at the same time, by the PID operation result decided width, with the timer generated PWM wave, switch quantity instead of analog output, realize the PWM wave output, allows the system to control cost. Proved by practice, this system has a fast dynamic response, high control precision, strong robustness characteristics.Change the heating wire heating power to realize the temperature control. First of all, the PID operation result is converted into an internal timer timing value, to determine the delay time. This system adopts the power regulating circuit, control a power cycle in the actual conduction time, need to be outputMV is converted to a time value mode. Due to the use of an internal timerT200, time is 10 ms, because the power cycle selected for Tz, so realDuring heating time for t:fⅢ100Tz detector, the time value is stored in the databaseRegister D, for timer instruction calls. In PLC, there are two ways to generate PwM output pulse wave, one is by the PLC PWM special instruction generated, but PWM wave output channels is limited, such as the FXzN series PLC only Y0 and Y1 two channels; another is the internal timer to organization, the switch quantity channel output. The system uses second methods, by two timer T200 and T246 produce a PWM wave, T246 decided to transfer power cycle, in order to ensure the normal conduction of the thyristor main circuit, ensure the normal work, the PLC output pulse must be with the grid frequency to maintain strict synchronization relationship, therefore, will and the electric power supply network sync and keep doubling between basic digital pulse into the PLC.Reference( 1 ) Chen Yuanqi, .F%N programmable controller for temperature monitoring and control systemDesign LJq. micro computer information, 2005, ( 15).( 2 ) the clock Zhaoxin . The programmable control theory and application EM . Guangzhou SCUT;University Press, .2003 ( 11).( 3 ) Song Bosheng.PLC programming and practical guide ( M ) . Beijing : mechanical industryPress .2006 ( 6).原文PLC在加热炉温控制系统中的应用摘要:本文介绍了以三菱plc为核心的加热炉温测量与,重点给出了PID控制算法和参数整定以及在PLC中的实现。
《基于PLC的环形炉温度控制系统设计与应用》篇一一、引言随着工业自动化技术的不断发展,温度控制系统的设计与应用在工业生产中显得尤为重要。
环形炉作为许多工业生产过程中的关键设备,其温度控制系统的稳定性和精确性直接影响到产品的质量和生产效率。
因此,基于PLC的环形炉温度控制系统应运而生,本文将介绍其设计思路和应用效果。
二、系统设计1. 系统构成基于PLC的环形炉温度控制系统主要由PLC控制器、温度传感器、执行机构、人机界面等部分组成。
其中,PLC控制器作为系统的核心,负责接收温度传感器的信号,根据设定的控制算法输出控制信号,驱动执行机构进行温度调节。
2. PLC控制器设计PLC控制器是整个系统的“大脑”,其设计应考虑到系统的实时性、稳定性和可扩展性。
首先,应选择合适的PLC型号,根据环形炉的规模和工艺要求,确定I/O点的数量和类型。
其次,编写控制程序,实现温度的实时监测、报警、自动调节等功能。
此外,还应考虑到系统的故障诊断和保护功能,确保系统的稳定运行。
3. 温度传感器和执行机构的选择温度传感器是测量环形炉温度的关键部件,应选择具有高精度、高稳定性的传感器。
执行机构则是根据PLC控制器的指令进行温度调节的部件,常见的有电动调节阀、电动执行器等。
在选择时,应考虑到其响应速度、调节精度和可靠性等因素。
4. 人机界面设计人机界面是操作人员与系统进行交互的界面,应设计得简洁、直观、易操作。
通过人机界面,操作人员可以实时监测环形炉的温度、设定温度目标值、查看报警信息等。
此外,还应具备历史数据查询、报表生成等功能,方便操作人员进行生产管理和数据分析。
三、系统应用基于PLC的环形炉温度控制系统在实际应用中取得了显著的效果。
首先,该系统具有较高的控制精度和稳定性,能够实时监测环形炉的温度,并根据设定的控制算法自动调节执行机构,使温度保持在设定范围内。
其次,该系统具有丰富的功能,如温度报警、历史数据查询、报表生成等,方便操作人员进行生产管理和数据分析。
S7—300 PLC和WinCC在炉前系统中的应用【摘要】炉前操作对于炉前系统至关重要,基于当前在操作炉前设备时所存在的问题,将S7-300 PLC和WinCC引入炉前系统。
完成了S7-300硬件配置及程序下载调试,并对WinCC与Step7的通讯进行设置以及对WinCC监控系统进行设计;分析了S7-300 PLC与组态软件WinCC在炉前系统中应用,实现了炉前系统中各测控点的监控和统计,为生产和技术维修人员提供了良好的便利条件。
【关键词】炉前系统;监控软件;S7-300;WinCC1.引言目前在炼铁厂炉前系统中,炉前操作的任务主要包括[1]:1)利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具,按规定的时间分别打开渣、铁口,放出渣、铁,并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内,渣铁出完后封堵渣、铁口,以保证高炉生产的连续进行;2)完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作;3)制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟;4)更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。
而在操作炉前设备时,操作人员只能在炉前现场操作室进行操作,不便于生产人员对炉前系统各项设备运作情况的了解,也不利于技术维修人员在调试和维修设备,以及对设备出现故障时的分析和判断。
以往的炉前系统有PLC设备[2-5],但并不包含计算机系统。
基于当前炉前系统中存在问题,对炼钢厂的炉前系统进行技术开发,即主要针对炉前设备新增微机,安装Step7和WinCC组态软件[6],并设计监控画面对炉前各项设备参数及数据进行修改和监测。
2.炉前系统及S7-300硬件配置2.1 炉前系统基本原理炼铁厂的炉前系统主要由液压站,开口机,泥炮,揭盖机,撇渣器等设备组成。
液压站是炉前的动力系统,包含油泵、液压阀等设备。
利用开口机打开铁口放出铁水,高温铁水在流动过程中,经过铁水沟、撇渣器、渣沟分别进到(经过摆动流嘴)铁水罐、粒化塔中。
渣铁出完后用泥炮封堵铁口,以保证高炉生产的连续进行。
42科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程DOI:10.16661/ki.1672-3791.2018.32.042PLC在过热炉点火系统中的应用①李敏(常州铁道高等职业技术学校 江苏常州 213000)摘 要:传统点火装置控制过程不但费时费力,而且增加了操作人员及设备运行的安全隐患。
本次改造采用西门子的STEP 7系统,系统可存储大量数据,相关监控测点都可数据采集,并由计算机对这些数据作处理,通过WinCC组态画面来判断检测相关工况运行情况。
通过改造,达到降低系统故障,改善运行及检修人员的劳力强度等问题。
关键词:过热炉 点火系统 PLC 中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2018)11(b)-0042-02某钢铁厂用于余热发电的一台过热炉点火系统原采用若干继电器及自动西门子检漏装置、西门子机械程序控制器、西门子火焰检测装置来控制燃烧器点火。
在点火过程中,通过中间继电器传输开关量信号来控制电机以及电动执行器来完该系统来完成整个点火程序不但费时又费力,而且若在点火过程中发生点火失败时,就需要人员至现场操作试验解决,这样就增加了操作人员及设备运行的安全隐患。
针对这些点火燃烧问题,本人提出整个点火燃烧过程采样现场开关量、模拟量传输至PLC,由后台机监控现场设备,通过PLC组态逻辑联锁相关现场设备,达到集中分散控制,且PLC电源可以由UPS电源供给。
改造后由PLC (西门子)采样、监控、操作系统远程控制,增加了全程点火步序可控性。
1 系统工艺概况过热炉点火系统点火启动后,机械程控器开始自动控制步序。
首先打开天然气电磁阀,天然气供给后,触发高压点火装置点火,天然气着火;接着天然气火检亮大概12s 左右后,机械程控器触发#19角打开快切阀V 1,辅燃气阀Vg,辅燃煤气着火,煤气火检1、2、3亮;最后辅燃煤气燃烧大概5s后,主煤气V 2阀打开,投入主煤气,煤气3只火检正常,炉膛负压(值范围-1500~2000Pa )正常,整个点火程序成功启动,此时可以根据炉膛负压及温度来控制过热炉按工艺要求燃烧,如图1所示。
收稿日期:2003 05 28;修改稿收到日期:2003 11 11作者简介:皮红梅(1970-),女,辽宁朝阳人,1992年毕业于大连铁道学院电气系自动化专业,1998年入大连理工大学机械电子工程专业,获得硕士学位,现在沈阳工业大学辽阳校区任教,讲师,主要从事智能仪器开发与应用方面的研究,已发表论文8篇。
PLC 在加热炉温度控制系统中的应用皮红梅,刘春梅,李 华(沈阳工业大学辽阳校区工程学院,辽宁辽阳 111003)摘要:简要介绍了一种可编程控制继电器eas y 及其主要特点,叙述了它在加热炉自动温度控制系统中的应用实例,重点分析和说明了系统控制方案和软硬件结构的设计。
关键词:可编程控制器;固态继电器;温度控制中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1007 7324(2004)01 0057 02Application of PLC in Furnace Temperature Control SystemPI Hong mei,LI U Chun mei,LI Hua(School of Eng.Shenyang Uni.of Tech.Liaoyang Region,Liaoyang,111003,C hina)Abstract:A programmable control relay easy and its features are introduced;the examples of its application in re building of the control system for furnace are described.The focal point is on the analysis and explanation of the control scheme and the struc ture of software and hardware.Keywords:PLC;SSR;temperature control辽化电力检修安装公司主要承担辽阳石油化纤公司各大企业的电气工作,包括电气设备的生产、安装、检修、调试,电力线路的敷设和维护等。
西门子S7-300 PLC在热风炉控制系统中的应用摘要:本文主要介绍西门子S7-300 PLC在高炉热风炉系统中的应用,通过人机界面和PLC实现电气设备的启停、自动控制和仪表参数监控。
关键词:可编程控制器(PLC)过程监控热风炉自动控制1 前言1.1目的本自动化系统目的在于为冶金行业热风炉用户提供一方便、高效的自动化软件系统,用户使用此软件系统可以安全无误地实现所需的工艺要求,从而提高高炉的效益和效率。
1.2系统介绍本系统是一款软硬平台相结合的自动化产品,硬件平台基于SIMATIC S7-300 PLC,上位机(工业计算机);软件平台基于SIMATIC STEP7 V5.5,SIMATIC WINCC V6.2。
通过软硬件平台的完美结合,用户可以很容易的实现热风炉的工艺表达。
2 硬件平台说明2.1下位机下位机是S7-300 PLC及其机架,下位机部分由三个PLC机架构成(一个主机架,两个从机架),各机架之间通过基于RS-458的PROFBUS-DP协议进行互联通讯,PROFBUS-DP有通讯距离长,抗干扰强的优点,适合于工业现场环境。
主机架上有CPU模块、CP以太网通讯模块,CP以太网通讯模块用于上位机和下位机之间的互联通讯,两个从机架挂有多块开关量及模拟量模块,用于采集现场的各种过程信号。
2.2上位机本系统上位机一般选用工业计算机,工业计算机运行稳定,抗电磁干扰性强,适合工业高干扰、高灰尘的现场,并且可长时间运行。
本系统选用研华IPC-610L 工业计算机。
3 软件平台说明3.1 STEP7 V5.5对于下位机PLC,其内部控制逻辑是由SIMATIC SETP7 V5.5软件平台来编写完成的,STEP 7集成硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断等所有功能与一体,其所有功能均有大量的在线帮助,用鼠标打开或选中某一对象,按F1可以得到该对象的相关帮助。
在STEP 7中,用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。
西门子PLC在加热炉燃烧控制系统中的应用【摘要】本文主要介绍了西门子S7-400系列PLC在加热炉燃烧控制中的应用,采用了炉压前馈控制、带动态响应的双交叉限幅控制等新的控制方式,提高了系统的调节响应速度,加热炉温升快,温度控制稳定,减少了氧化烧损,降低了燃料消耗,提高了加热炉的燃烧控制水平。
【关键词】前馈控制;双交叉限幅控制;程序升温0.引言莱钢型钢厂中型线加热炉为换热式步进梁式加热炉,加热炉的设计生产能力为140t/h。
加热炉炉温控制为6段式,配备2台助燃风机(1用1备)和2台稀释风机,空气经过换热器换热后温度在650度左右,煤气经过换热器后温度在300度左右,入炉煤气采用高焦混合煤气,煤气热值在1800kcal/Nm3左右。
由于原来系统配置低,系统调节响应速度慢,在加热炉生产节奏加快的情况下,自动条件下的燃烧控制水平差,温升时间长,氧化烧损加重,因此采用西门子S7-400 PLC进行了控制系统的改造,提高调节响应速度,满足快节奏生产要求。
1.系统硬件及网络配置1.1 控制站的设计根据系统的特点并考虑到控制系统硬件、软件发展趋势及今后备件情况和系统升级情况,努力做到先进、可靠、简洁、合理。
系统最终选用西门子公司的高性能的S7-400 PLC,采用ET200系列模板进行现场信号的采集和控制,达到最佳的性价比。
1.2操作站的设计采用研华工控机和WINDOWS 2000操作系统,监控软件使用WINCC开发,保持画面原有风貌,既能适应工业现场需要,又方便可靠的完成监视、操作、报警等功能,操作站网卡选用西门子的CP1613,提高通讯速度和可靠性。
1.3 控制网络的设计图1 控制系统网络图network configuration of control system充分利用现代工业控制网络的优越性,通过搭建光纤通讯网络,将现场操作台和值班室紧密联系在一起,利用系统联网优势,除了在操作台上增加了一台操作站外,还在主控室中增加了工程师站,直接对现场设备进行监控,出现问题也可以在短时间内查找故障原因并及时处理,同时也方便了对控制程序和监控画面进行完善,保证了系统的稳定运行。
PLC和WINCC在供热控制系统的应用刘喜梅;郭静;褚衍贺【摘要】研究了以下位机S7-300系列PLC和上位机WinCC为核心的供热控制系统.其硬件主要由SIEMENS S7-300 PLC、MM430变频器组成,完成变频恒压供水的控制任务和现场的数据采集.并由WinCC6.0组态软件完成系统的监控.实际运行表明,该系统提高了供热水系统的稳定性与可靠性,减轻了工人劳动强度,实现了节能降耗.%The heating control system which uses S7-300 as subordinate computer and WinCC as supervisory computer is introduced. Its hardware consists of SIEMENS S7-300 PLC and MM430 converter to fulfill the task of variable frequency constant pressure water-supply and field data collection. Industry supervision software WinCC 6. 0 can achieve the task of monitoring. Practical operation demonstrates that the stability and reliability of the water supply system have been improved and the labor intensity of workers is reduced. The purpose of saving energy and reducing consumption has been realized.【期刊名称】《青岛科技大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】6页(P415-419,425)【关键词】PLC;变频器;WINCC监控;供热【作者】刘喜梅;郭静;褚衍贺【作者单位】青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TP273城市供热是城市基础设施之一,是保证城市经济发展,居民正常过冬的必要条件。
摘要温度是各种工业生产和科学实验中最普遍、也是最重要的热工参数之一。
温度控制的精度对产品或实验结果会产生重大的影响。
温度控制的模式多样,而PLC可靠性高,抗干扰能力强,易学易用,采用PLC控制是其中一种比较优越的控制。
本文介绍了基于西门子可编程控制器(PLC)S7-200和组态软件WinCC的炉温监控系统的设计方案。
硬件方面采用了CPU型号为226的S7-200、热电偶和温度模块EM235。
热电偶作为温度的采集元件,采集的信号经过EM235的处理后就可把数据送入PLC中进行处理。
PLC的程序中采用了PID算法,根据PID参数计算并输出4~20mA控制信号,实现温度的自动控制。
人机界面采用的是国内的一个比较流行的WinCC软件,WinCC可以实现在线监控。
人机界面中制作了曲线画面和参数监控画面,用户可方便地查询PLC的运行情况、数据采集和在线控制。
关键字:温度控制可编程控制器PID WinCC目录1 课程设计任务书 (1)2 温度控制对象概述 (2)2.1 功能特点与技术参数 (2)2.2 控制手段 (2)3 方案设计 (3)3.1 现场总线概述 (3)3.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成 (6)3.3 WinCC+S7-200温度控制系统的软件配置 (7)3.4 WinCC+S7-200温度控制系统的网络结构 (8)3.5 温度控制算法 (9)4 S7-200 PLC控制程序的设计 (13)4.1 控制程序的组成 (13)4.2 温度采集程序设计 (13)4.3 数字滤波程序设计 (13)4.4 PID控制程序设计 (14)5 WinCC组态 (16)5.1 变量组态 (16)5.2 画面组态 (16)5.3 变量连接 (17)6 程序调试 (18)6.1 PLC程序调试方法与结果 (18)6.2 WinCC组态调试方法与结果 (18)7 PID参数的整定 (19)7.1 整定方法 (19)7.2 整定结果及分析 (19)8 技术小结 (21)参考文献 (22)附录1:S7-200控制程序清单 (23)1 课程设计任务书设计题目:基于WinCC和S7-200的温度测控系统教研室主任:指导教师:2010 年 11月 26 日2 温度控制对象概述温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用,在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。
技术与应用2010年第1期 59PLC 和WinCC 系统在环形加热炉中的应用崔江华1 梁慧杰2 李星星2(1.太原科技大学,太原 030024;2.山西蓝海鑫科技有限公司,太原 030006)摘要 本文采用了西门子S7-300系统和WinCC 系统及模糊控制技术设计了环形加热炉的软硬件控制系统,运行表明,系统设计合理有效。
关键词:环形加热炉;PLC ;WinCC ;模糊控制PLC and WinCC System in the Ring FurnaceCui Jianghua 1 Liang Huijie 2 Li Xingxing 2(1.Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024; 2 .Shanxi Lanhaixin Science and Technology Co.,Ltd., Taiyuan 030024)Abstract In this paper, Siemens S7-300 system, the WinCC system and fuzzy control technology were designed to hardware and software of the ring furnace control system. Running showed that system design was rational and effective.Key words :rotary heating furnace ;PLC ;WinCC ;fuzzy control1 引言环形加热炉是无缝钢管生产的第一环节,其加热质量直接影响到钢管的质量,其能耗和氧化烧结直接影响钢管的成本。
因此,保证环形加热炉的最佳生产状况和炉温自动控制是关键。
由于该炉体控制变量较多,用常规的控制控制方法很难达到要求。
鉴于此,我们采用基于PLC 的模糊控制技术,以德国西门子公司的S7-300PLC 作为控制器,其稳定可靠功能强大。
以西门子公司WinCC 软件为平台开发的监控系统,能够及时监控系统的运行并做出反馈显示。
整个系统自动化程度高,运行稳定。
本文就此控制系统的软硬件组成予以介绍。
2 环形加热炉工艺流程及控制要求2.1 主要工艺流程(1)管坯首先在炉前辊道上进行称重定位,满足装钢条件时,炉门打开,装料小车将管坯夹起送到炉内指定位置,升起返回,炉门关闭,炉底旋转一个料位角,然后准备装下根料。
坯料经过预热段,加热一段,加热二段,均热一段,均热二段之后,满足要求后出料,出料小车将管坯取出,环形炉工作完成。
(2)温度采用模糊控制系统建立反馈模型来实现,采用前馈和反馈相结合方法来合理空燃比,使它们的配比接近燃烧的最佳空燃比,它的框图如图1所示。
混合煤气图1 加热炉空气燃料比寻优控制系统示意图2.2 环形加热炉的控制要求(1)装出料小车定位精确的小车定位才能精准的夹取坯料。
本例中我们选取西门子6ES70系列变频器和增量式编码器来给小车定位。
由于小车惯性较大限位开关能起到的作用有限,必须结合软件提前减速。
还因为坯料长度不定有2m 、2.5m 、3m 、3.8m ,所以定位比较复杂,当坯料改变长度时,必须由上位机写进从而选定所需要的编码器读数。
(2)炉底传动装置炉底由支承辊支撑,定心辊对活动进行固定,防止炉底跑偏;炉底传动采用液压推动。
炉底关键是控制旋转角度是否是预设的料位角角度,必须保证出料小车在大量取料之后还能精确定位。
我们采用的是与环炉齿轮同步的减速盘上装有增量式编码器,预以精确定位。
(3)炉温炉压的控制炉温控制系统的主要目的是将炉温控制在允技术与应用2010年第1期60许范围内,并保证燃烧的合理性,力求达到最佳燃烧状态。
炉膛压力控制也是一个重要参数,压力过高,烟会大量冒出,使大量热散失,增加损耗;炉压过低会吸入大量冷风,可能引起烧钢。
炉温炉压必须控制在一定范围之内。
3 系统硬件设计3.1 系统结构及特点控制系统设计本着结合实际,便于操作和维护,最大限度地满足环形加热炉工艺流程需求的原则,采用PLC 地集中控制加上上位机的过程及参数监控。
我们采用西门子公司的S7-300系列PLC (CPU 为315-2DP ),上位机采用研华工控机IPC610L ,并配有UPS ,采用工业以太网通信方式进行PLC 与上位机间的通信。
热工控制设一台上位机作为操作员站,炉体机械控制设一台操作员站,另外集中设一台工程师站用于进行数据库的生成、生产流程画面的产生,连续控制回路的组态和顺序控制的组态等。
该系统体系结构具有以下特点:(1)系统包括了PLC 控制站、操作员站、工程师站等子系统。
PLC 控制站完成对生产过程数据的采集、处理、设备的顺控与调节。
操作员站实现过程参数显示、监控和设置。
工程师站实现系统的控制程序编制、调试、修改、维护及生产管理等功能。
(2)由PROFIBUS-DP 构成主从结构。
SIEMATIC PLC S7-300,上位机Wincc 作为主站,变频器及其远程I/O ET200M 作为从站。
全系统各站联网协调工作,整个系统都是一个联网的大系统。
先进可靠数据分布合理、操作速度快、使用方便。
3.2 上位机配置上位机采用台湾研华工控机IPC610L (CORE 双核 2.66/2GDDR/160GHDD/1000M 网卡)配以明基19吋显示器。
共设3台,其中操作员站2台、工程师站1台。
上位机与S7-300PLC 构成分布控制系统,通过以太网与PLC 通信。
3.3 下位机配置下位机采用西门子S7-300功能强大、处理速度快、可靠性高,模块化设计使其扩展灵活,是本控制系统的核心。
本系统中,炉体外部机械控制一台PLC ,热工技术控制一台PLC 。
每台PLC 的硬件模块配置如图2所示。
电源模块采用PS 307 2A ;CPU 用315-2DP 模块;由Profibus-DP 构成主从结构。
西门子S7-300,上位机WinCC 作为主站,6ES440变频器,6ES70(6台)变频器及其远程I/O ET200M 作为从站;CP343-1通信模块;数字输入输出模块各一块;另有,FM350-2高速计数模块,作为简单计数任务的单通道智能模块以及直接连接增量式编码器。
热工控制模块如图3。
图2 硬件模块配置图3 热工控制模块电源模块采用PS 307 5A 的模块共3块;CPU 也是315-2 DP 模块;IM360/IM361连接模块连接三个导轨;CP 343-1通信模块;以及模拟输入输出,数字输入输出模块。
4 系统软件设计控制系统的软件包括下位机和上位机两部分。
下位机PLC 的组态编程在西门子STEP7 V5.4实现,上位机人机界面采用西门子WinCC V6.0来完成。
4.1 下位机软件设计PLC 的控制软件来完成工艺要求的全部任务,该部分的设计是本控制系统的设计的关键。
我们在西门子STEP7 V5.4开发平台上,采用结构化编程,将系统中的相对独立的功能编写成功能FC ,然后在主程序OB1调用,这样减少了重复编程工作量,简化了程序的组织,且增加了可读性和可维护性。
本系统控制的块有:(1)组织块。
OB1主程序块。
OB35循环中断组织,OB82诊断中断,OB83插入取出模块中断,OB84 CPU 硬件故障,OB85优先级错误,OB86机架故障或分布I/O 的站故障,OB87通信错误,OB121编程错误,OB122 I/O 访问错误。
(2)功能。
FC1报警显示,FC2换向阀控制,FC3调节阀控制, FC5鼓风机控制,FC6引风机控制,FC7掺冷风机控制,FC8快切阀手动控制,FC9换向阀到位检测,FC10 TC_SCALE,FC11 PER TO PQW,FC12 LMN技术与应用2010年第1期 61输出转换,FC13 RDO_SCALE ,FC20炉膛压力控制,FC21加热一段炉温控制,FC24加热二段炉温控制,FC27均热段炉温控制,FB10模糊控制算法模块。
(3)数据块。
DB1上位通信数据,DB2传动通信数据,DB10编码器通讯数据。
DB11至DB15为模糊控制算法数据块,DB20模糊控制算法模块。
在本控制系统中,环形加热炉内温度是被控量,煤气的流量是调节量。
炉内影响温度的因素很多,比如:进料的数量,空气流量,煤气流量浓度等。
因此,该系统属于多变量、强耦合的系统。
传统的控制方法很难以控制,所以本例中采用较先进的模糊控制进行控制,具体在功能块FB10中实现。
模糊算法流程图如图4所示。
图4 模糊控制算法流程图4.2 上位机软件设计上位机人机界面(HMI )的开发采用组态软件西门子视窗中心Simatic WinCC ,WinCC V6.0采用标准Microsoft SQL Server 2000数据库进行生产数据归档,同时具有Web 浏览器功能,可使经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面,从而更好地调度指挥生产。
并且确保与S7-300PLC 连接的方便和通信的高效;WinCC 与STEP7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。
WinCC 画面如图5所示。
我们根据具体的生产要求与条件,设计了以下几个画面:(1)系统总貌。
主要监视环形炉炉温、炉压以及一些重要的生产数据以及生产状况进行动态显示。
这部分功能由WinCC 的图形编辑器来实现。
启动WinCC 后随即启动此画面。
画面下方设有历史记录、历史曲线、分段显示、参数设置、烟气温度、报警画面几个功能选项按钮。
图5 WinCC 画面(2)历史记录。
(3)历史曲线。
通过该画面显示每时刻的炉温曲线,以便于直观地分析温度的变化情况。
(4)分段显示。
(5)参数设置。
在炉体外部机械主画面中,所需设置的参数有:入口辊道、进出料小车、炉底传动频率,此外还有布料角度、班组、钢种和工艺参数的录入画面;热工主画面中,包括鼓风机、引风机、掺冷风机设置、调节阀数值和反馈量以及烧嘴情况以及每个分段的温度。
(6)烟气温度。
显示当前的烟气温度,以便于做良好的调节。
(7)报警画面。
报警记录负责采集和归档报警消息,当控制系统检测到设备不能正常运行的信息,就会产生报警,报警一般来自设备的超温超压等。
5 结论利用PLC 作控制系统不仅节省了大量的人力物力,而且保证了系统运行的稳定性。
WinCC 具有方便直观的系统图形,以及强大功能的报表与记录系统。
操作人员只需要通过WinCC 监控与管理就可以掌控生产过程以及记录数据。
目前该系统已经调试完毕并应用到实际中,系统运行稳定可靠,达到了预期目的。
参考文献[1] 廖常初. S7-300/400 PLC 应用技[M].北京:机械工业出版社,2006.[2] 西门子(中国)有限公司. 深入浅出西门子WinCCV6[M].2004.[3] 袁亮,单奇.WinCC 组态软件在隧道通风监控系统中的应用[J]. 计算机与现代化,2003(8).[4] 蔡自兴.智能控制原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2007.作者简介崔江华(1984-),男,山西襄汾人,在读硕士研究生,主要研究方向:谐波抑制。