自动化在原料场中的应用
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自动化在原料场中的应用
【摘 要】本文以一个钢铁企业大型原料场为对象,简述自动控制系统的选择,分析使用PLC(可编程控制器)和PROFIBUS现场总线来实现该料场的各项控制要求,使整个料场能安全、可靠、灵活的运行。
【关键词】自动化;原料场;应用
0.前言
随着工业自动化程度的提高,对可编程控制器(PLC)和PROFIBUS现场总线的使用已越来越广泛。它是在继电器和计算机控制的基础上开发出来的,并逐渐发展成以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动化装置。PLC专为工业环境下的应用而设计,采用可编程的存储器,用于存贮执行逻辑运算、顺序控制、实时、计和算术运算等操作的指示,并通过数字量、模拟量的输入和输出,控制各种机械设备运行及其生产过程。
1.分析确定原料场的自动化控制系统
原料二车间设备有三台翻车机,两天堆取料机,一个配料精矿库,数台胶带机及解冻库,原料二车间担任着把原燃料输送给铁厂的重担,原料主要是铁矿粉,其次还有生产必不可少的煤、焦碳、铁矿石等,这些原材料的运输、储存、供应等环节主要是由料场承担,料场的规模、运输能力、存贮容量跟生产规模是否相适应将直接影响钢铁企业的生产效率及效益。用本车间煤场工段生产线举例,设有两个电磁站,一个电磁站提供一台翻车机配电室和两个转运站3条胶带机低压供电,另一个电磁站提供两个转运站的5条胶带机的低压供电。其他3条胶带机为高压电机。我车间选用的控制系统均为德国西门子可编程控制器(PLC),控制室设于调度室中,主站S7-400型CPU设于控制室,从站选用IM153-1模块设于现场电磁站,而每条皮带现场操作箱都设有图尔克输入输出\模块,这些模块连接大量的各种各样的信号设备,现场模块通过PROFIBUS DP网与电磁站IM153-1模块联接起来,从站机架上设有DI/DO(输入/输出)模块,从站模块系统作为一种独立的网络,能够与一种现场总线模块进行输入/输出(I/O)数据和状态、控制信息交换。总线模块包括3个主要部分:第1是总线通讯处理器(CP),它完成现场总线系统之间的所有通讯任务。在模块系统中它作为一个扫描器、主检器来控制现场采集的信息及系统内部的所有通讯。第2是系统中相当于节点的I/O端子模块(每个输入/输出模块有8个/16个输入/输出点),每个现场端子模块都是通过总线系统内部网络通讯。最后一个是终端端子模块,它终止了PROFIBUS DP上的串行通讯。该控制系统中工控机通过STEP 7软件完成系统的组态和编程以及将各设备的工作状态并传送到显示器,通过WINCC画面显示出来。工控机作为监控站,通过工业以太网与主站(PLC)一对一的连接,监控站不在PROFIBUS-DP网上,不能直接读取从站数据和完成远程参数化工作,监控站所需的从站数据只能从S7-400PLC主站中读取。PLC主站和从站以PROFIBUS DP现场总线相连,在现场机旁处可发出各种控制命令。
随着PLC技术的不断发展,PLC控制系统与继电器、接触器控制装置,有着无可比拟的优越性,它采用了微电子技术,这样,不仅可靠程度提高了,而且大大地简化了设备的接线,只需将输入信号的设备(如按钮、选择开关、限位开关等)与PLC的输入模块相连,将接受输出信号、执行控制任务的执行元件(如接触器)与PLC的输出模块相连,在输入设备与输出设备之间的控制部分,主要由PLC的程序来实现,通过程序运行,将执行结果通过PLC输出端子接通输出设备,控制被控对象,若控制功能改变,则可以很方便地通过改变程序来实现。
2.程序完成的控制功能
根据工艺流程及料场的生产现场情况,确定通过PLC STEP 7编程可以实现如下功能。
2.1流程的选择、取消
现场工艺流程很多,必须保证每条料线通过现场的手动或自动选择开关作为输入信号,可以自由选择料线。
2.2各料线之间必须具有互锁关系
在所有料线中,凡含有一个或一个以上相同设备的流程,不能同时启动。由于每个料线的来料方向、原料品种可能不一样,出料方向也可能不一样,如果编程中不设此功能,便会引起来自不同方向的不同原料混在一起向外输送,造成了严重的混料事故。同时,如果几条料线同时启动,来自各方向的原料会在这几个料线共有的胶带机上会聚,以至于发生堆料、压带事故,严重影响胶带机系统的正常工作。
2.3流程的启动、停止
料线选择完毕,然后通过WINCC画面按启动按钮,这样每条胶带机就会逆着来料方向启动。当系统需要停止时,按下停止按钮,料线就会顺着去料的方向停止。
2.4每个胶带机必须先预示后启动
每条胶带机在启动之前先预示,主要是考虑到操作工人及现场工作人员的人身安全。
2.5现场急停、拉绳功能
当现场由于设备原因出现胶带机堆料、打滑等故障时,操作工拉拉绳开关,或拍机旁急停按钮,可自动停止该设备及上游设备,待下游胶带机上的原料出空以后,在由主控室的工作人员把整条料线停止,以便检修。待检修完,把拉绳开
关或急停开关复位,即可重新启动。
3.程序编制思路
PLC机型品种繁多,型号、规格也不统一,选择的机型不同,程序编制方法也有所不同。这里,我们用到的是西门子的S7-400的PLC机为核心,来实现料场系统的控制功能。
利用操作方便,S7系列的PLC程序编制,使用的都是配套的STEP7程序语言,编程软件对主站PLC进行编程,将程序下载到主站PLC16K的ROM中,并对系统进行组态。在编制时,可以直接按功能结构或使用目的,将用户程序划分成几个程序模块(又称软件模块),每个程序模块还可以分成若干程序段,每个程序段用来解决一个确定的技术功能。因此,即使在复杂的应用场合,也能将很长的程序变得易于理解,并且程序段之间的链接也很简单,不需要特殊处理,从而使得程序的调试、修改都变得容易。
4.结束语
采用PLC可编程控制器比较适合于用来实现原料场控制系统的自动控制,特别是在多工艺料线互相交叉的较大系统中,更能显示其程序编写的灵活,系统接线简单、体积小的优势。设备运行状态实现了屏幕动态显示,生产调度人员可以直观地看到设备的运行状态,实时掌握工艺系统设备的运行情况,为生产调度人员发出正确的生产指令提供了重要依据,提高了管理水平。现场总线技术的应用,使控制设备直接深入现场电磁站和机旁操作箱,减少了中间环节和故障点,节约了信号传输用的控制电缆,简化了系统的安装、调试,降低了施工费用,并使维护变得简单化、轻松化。随着钢铁企业生产控制向自动化方向的发展,可编程控制器作为自动控制系统的重要组成部分,其重要性将不断增加,其使用也将更为广泛。 [科]
【参考文献】
[1]孙振强.电气与PLC控制技术.重庆:山东科学技术出版社,2009.
[2]SIMATICS7-300/400系统、维护与编程综合课程教材.