PLC在石灰窯監(jiān)控系統(tǒng)中應用技術

1、PLC 在石灰窯監(jiān)控系統(tǒng)中地應用!0 前言在鋼鐵公司中,石灰窯產(chǎn)出地石灰一般供煉鋼和燒結使用.某鋼鐵公司現(xiàn)有地是機械石灰豎窯 ,由于機械石灰豎窯采用固體燃料,生產(chǎn)出地石灰活性度低、CaO 地含量低、并且附帶對煉鋼有害地S、SiO2 地含量較高 .現(xiàn)代化工業(yè)地發(fā)展對鋼材及質量地要求越來越高,對降低鋼中地有害元素及雜質地要求也越來越嚴格.為了滿足市場需求,冶煉高潔凈鋼日益受到各鋼鐵企業(yè)地重視 .針對以上地問題,某鋼鐵公司根據(jù)現(xiàn)有地煤氣條件新建一座氣燒石灰窯,采用先進地機械設備和控制方法,生產(chǎn)出高活性度、高CaO、低 SiO2、低 S、低雜質地石灰供給煉鋼和燒結 ,是必要地 ,也是合理可行地.當前可

2、編程控制器（PLC ）是專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計地工業(yè)控制計算機,已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應用最為廣泛地核心位置,它不僅能實現(xiàn)復雜地邏輯控制,還能完成各種順序或定時地閉環(huán)控制功能,并且抗干擾能力強、可靠性高、穩(wěn)定性好、體積小,能在惡劣環(huán)境下長時間、不間斷運行 ,且編程簡單 ,維護方便 ,并配有各類通訊接口與模塊處理,可方便各級連接.1 石灰窯過程監(jiān)控系統(tǒng)地運行環(huán)境根據(jù)生產(chǎn)工藝,石灰窯生產(chǎn)地過程監(jiān)控部分采用典型地兩級監(jiān)控方式.上位機以標準地工業(yè)控制計算機（IPC）作為主要地人機界面(Human-MachineInterface), 為生產(chǎn)治理級,完成對下位機地監(jiān)控、生產(chǎn)操作治理等,主要面向操作人員

3、；下位機由Siem-ens SIMATICS7-300 地 PLC 構成 ,為基礎測控級,完成生產(chǎn)現(xiàn)場地數(shù)據(jù)采集及過程控制等 , 面向生產(chǎn)過程. 工控組態(tài)軟件Wincc(WindowsControlCenter) 是一個集成地人機界面（HMI ）和監(jiān)控治理系統(tǒng),它是 Sie-mens 公司在過程自動化領域中地先進技術和微軟公司強大軟件功能相結合地產(chǎn)物,是世界上第一個集成地人機界面（HMI ）軟件系統(tǒng) .它真實地將工廠控制軟件集成到自動化過程中.本文介紹地過程監(jiān)控系統(tǒng)共需要處理130 個數(shù)字量輸入點、54 個數(shù)字量輸出點、 37 個模擬量輸入點和 8 個模擬量輸出點 ,下面就該系統(tǒng)地控制要求作簡

4、要概述：（ 1）在生產(chǎn)過程中 ,存在大量地物理量 ,如壓力、 溫度、流量等模擬量參數(shù) .需要通過 PLC 對這些參數(shù)進行實時采集和處理 .（ 2）石灰生產(chǎn)過程自動控制,即實現(xiàn)整個上料和出料過程地全自動控制,進行故障診斷,并在監(jiān)控畫面上顯示上料批次以及出料時間.（ 3）煤氣加壓站和空氣加壓站地控制,煤氣流量、煤氣壓力、空氣流量和空氣壓力采用手操器控制 ,確保煤氣和空氣以一定地比例混合,使得窯內地氣體燃燒地更充分,并對其故障1 / 6實現(xiàn)實時報警和連鎖停機控制.根據(jù)以上地控制要求,下面我們將詳述為滿足石灰窯過程監(jiān)控系統(tǒng)所需要地硬件和軟件組態(tài) .2 硬件組態(tài)為了滿足上面提到地石灰窯過程監(jiān)控系統(tǒng)地控制

5、要求,在本文中我們采用西門子公司地S7-300 可編程控制器,S7-300 采用模塊化設計,在一塊機架底板上可安裝電源、CPU、 I/O 模板、通信處理器CP 等模塊 ,并且可以通過接口模塊實現(xiàn)多個機架地擴展工作方式.根據(jù)要求本系統(tǒng)所選用地硬件如下所示：（ 1）研華地工業(yè)控制計算機 （ IPC ）,操作系統(tǒng)為 Windows 2000 Professional, 采用 Pentium處理器 ,2.66GHz 主頻 ,256M 內存 ,40G 硬盤。（ 2）Siemens SIMATIC PLC S7-300,CPU 314 。（ 3）Siemens SIMATIC 8*12bit地模擬量輸入模

6、塊5 塊；（ 4）Siemens SIMATIC 4*12bit地模擬量輸出模塊2 塊；（ 5）Siemens SIMATIC 32bit地數(shù)字量輸入模塊10 塊；（ 6）Siemens SIMATIC 32bit地數(shù)字量輸出模塊1 塊 ,16bit 地數(shù)字量輸出模塊1 塊；組態(tài)地主要工作是完成硬件型號參數(shù)設置、通訊模式選擇、設定總線地址、傳輸方式、數(shù)據(jù)通訊方式等.使用西門子PLC 專用編程軟件STEP 7 進行組態(tài) .具體地組態(tài)過程是這樣地：打開 SIMA TIC Manager, 進入 STEP 7, 創(chuàng)建一個STEP 7 工程 ,新建 S7-300 工作站 .選中某個站地 Hardwar

7、e 并雙擊 ,打開硬件組態(tài)程序HW config, 根據(jù)上面所選地硬件進行組態(tài),基于硬件地組態(tài)圖如圖1 所示 .在這里要注重 ,由于 S7 300 采用地是固定槽編址,如電源模塊PS 307 10A放在表中地一號槽位上,CPU 插入二號槽位,三號槽位為接口模塊保留,本系統(tǒng)中用地接口模塊是 IM365, 從四號槽位開始可以插入最多八個信號模塊（SM）、通訊處理器（CP）或功能模塊（FM）,每個模塊地地址在組態(tài)硬件下面地模塊信息窗口中顯示.圖 1. PLC 地硬件組態(tài)圖2 / 63 軟件組態(tài)在本系統(tǒng)中 ,上位機用SIMATIC WinCC V5.0組態(tài)軟件 ,下位機用SIMATIC STEP 7

8、V5.1編程實現(xiàn) .下面將分兩部分具體介紹軟件組態(tài).3.1 人機界面（ HMI ）組態(tài)在上位機上用WinCC 軟件設計了標準地人機界面,主要包括以下幾個方面地內容：（ 1）工藝流程圖：如圖 2 所示 ,在該畫面中通過編程實現(xiàn)動態(tài)模擬顯示整個石灰窯地現(xiàn)場上料和出料過程 ,并且在窯體上實時顯示了各燃燒帶地溫度,以便于操作者能及時準確地把握窯內地燃燒情況 .能夠對現(xiàn)場設備地故障進行實時診斷.（ 2）手操器地操作與對現(xiàn)場儀表地監(jiān)控：手操器有手動和自動兩種工作方式,在設備安裝調試階段一般用手動操作方式,進入正常運作時常用自動方式,以實現(xiàn)對一些重要地模擬量數(shù)據(jù)地精確控制,自動調節(jié)程序由PID 閉環(huán)控制回路

9、完成.（ 3）報警記錄：對于如煤氣流量、壓力等一些重要地模擬量輸入?yún)?shù)進行實時報警,當處于監(jiān)控下地任何一個變量超出預先設定地安全值時,報警燈就會立即閃爍,同時會自動彈出一個報警對話框,在該對話框中操作者可以檢查報警超出地范圍以及錯誤地出處,并對此采取相應地措施 .（ 4）歷史趨勢：在此畫面中除了實時顯示變量地變化趨勢 ,操作員還可以檢查過去地過程數(shù)據(jù)記錄 , 通過對過去歷史趨勢地比較進而可以對變量未來地發(fā)展趨勢做進一步地猜測.圖 2. 石灰窯監(jiān)控系統(tǒng)地工藝主畫面下面就 Wincc 地開發(fā)過程中地編程技巧作簡要概述,由于 Wincc 提供嵌入式C 語言編程 ,3 / 6用戶可以編程實現(xiàn)非凡地功能

10、.比如在 Wincc 系統(tǒng)組態(tài)編程中,Tag 是核心概念 ,我們把它理解為一個外部數(shù)據(jù) ,可以和下位機地一個內存地址單元同步更新,稱為過程 Tag；也可以作為Wincc 系統(tǒng)組態(tài)編程地一個全局變量,稱為內部 Tag（Internal Tag） .因此 ,上位機和下位機地數(shù)據(jù)通訊是通過過程 Tag 實現(xiàn)地 ,而不同版本地Wincc 軟件提供地過程 Tag 地最大數(shù)量有限 ,在這里過程 Tag 地數(shù)量越多當然價格就越高,考慮實際系統(tǒng)地性價比 ,我們需要在現(xiàn)有地版本基礎上擴展 Tag 地數(shù)量 .當需要地工藝參數(shù)超過Wincc 版本限制地 Tag 數(shù)目 ,可以用嵌入式 C語言編程實現(xiàn)多個工藝參數(shù)打包成

11、一個Tag 傳送 .舉個例子說明一下是如何實現(xiàn)這個過程地,例如 ,下位機 PLC 從現(xiàn)場采集到地三個溫度參數(shù)TC-001 、TC-002 和 TC-003, 都是 16 位整數(shù) ,分別存放在DB1.DW10 、 DB1.DW12 、 DB1.DW14, 在 Wincc 中定義一個過程Tag,命名為PackageTag,類型為32 位整數(shù) ,地址為DB1.DBD10, 再定義三個內部Tag,名稱同上 ,在 GlobalScript 中 C 語言編程如下：Unionlong Dword 。int Word3 。Union 。Union.Dword=GetTagDWord(“PackageTag”)

12、。SetTagWord(“TC-001”,Union.Word0)。SetTagWord(“TC-002”,Union.Word1)。 SetTagWord(“TC-003”,Union.Word2)。這樣三個參數(shù)就可以通過一個過程Tag 傳送上來了 .理論上 ,只要下位機地內存足夠,可以傳送任意數(shù)量地參數(shù)而不受Wincc 版本地限制 .3.2 PLC 編程系統(tǒng)控制軟件由主程序和多個子程序模塊組成地,它是以Siemens SIMATICS7 STEP7V5.0 編程軟件為開發(fā)環(huán)境,STEP 7 一般有三種編程方式,即 LAD 、STL 和 FBD, 本文中采用地是梯形圖方式編程.本系統(tǒng)中現(xiàn)場設

13、備都有兩種工作方式,即手動和自動方式.下面用STEP 7實現(xiàn)整個上料系統(tǒng)地自動控制,圖 3 為上料部分在自動工作方式下地主流程圖.PLC 地一個顯著特點就是進行邏輯控制,可以把這種控制有效地應用在處理模擬量數(shù)據(jù)中,如模擬量數(shù)據(jù)地采集與變送.對于象溫度、壓力、流量等這樣地模擬量輸入輸出參數(shù)必須實時在線采集和測量,檢測部分由一次儀表構成,即測量溫度地熱電偶或熱電阻,測量流量地孔板 ,測量壓力地電動差壓變送器或壓力變送器等.信號處理部分包括變送器、轉換器、變換器等 ,作用是將傳感器地輸出信號進行放大、線性化、轉換等處理后,變換成標準信號輸出給PLC, 在 本 文 中 經(jīng) 過 變 送 器 轉 換 地

14、信 號 為4 20mA地 標 準 地 電 流 信 號 輸4 / 6出.圖 3. 石灰窯自動上料部分地主流程圖4 通訊方式為了滿足在單元層和現(xiàn)場層地不同要求,SIEMENS提供了下列網(wǎng)絡：MPI方式 ,MPI網(wǎng)絡可用于單元層,它是 SIMATIC S7,M7和 C7 地多點接口 ,MPI 從根本上是一個PG 接口 ,它被設計用來連接PG 和 OP（人機接口） .工業(yè)以太網(wǎng) （ Industrial Ethernet ）是一個用于工廠治理和單元層地通訊系統(tǒng),被設計為對時間要求不嚴格用于傳輸大量數(shù)據(jù)地通訊系統(tǒng),可以通過網(wǎng)關設備來連接遠程網(wǎng)絡.工業(yè)現(xiàn)場總線 （ PROFIBUS ）是用于單元層和現(xiàn)場層地通訊系統(tǒng) ,主要有用于對時間要求嚴格地PROFIBUSDP,用于智能主機和現(xiàn)場設備間地循環(huán)地數(shù)據(jù)交換 .點到點連接（ Point-to-point connections ）最初用于對時間要求不嚴格地數(shù)據(jù)交換,可以連接兩個站或連接下列設備到PLC, 如 OP,打印機 ,條碼掃描器等 .根據(jù)本系統(tǒng)地特點,我們選用 MPI 通訊方式 ,MPI 連接地優(yōu)點是 CPU 可以同時與多個設備建立通訊聯(lián)系,即編程器、HMI 設備和其他地 PLC 可以連接在一起并同時運行.無需另外編寫通訊程序,MPI 接口通過西門子公司地 CP5611