6ES7214-2AD23-0XB8接线方法

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一、概述

我国高炉喷煤技术的应用始于二十世纪六十年代。高炉喷吹煤粉是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉或烟煤粉或二者的混合煤粉，以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用，从而降低焦化，降低生铁成本；喷煤可调剂炉工艺热制度及改善高炉炉缸的工作台状态。

二、喷煤工艺

在珠海项目中，在工艺技术人员的配合下，作者将大型高炉工艺进行优化、简化，降低投资成本；高炉喷吹煤粉工艺系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、干燥气体制备和供气动力系统组成，工艺流程如图1所示，如果是直接喷吹工艺，则无煤矿粉输送部分。

图1 高炉喷煤系统工艺流程图

三、系统设计

1、系统设计原则

1.1 系统硬件设备（包括系统软件）和控制应用软件满足高炉喷煤的各种工艺控制要求，并保证与世界控制系统发展趋势相一致，能够更新升级换代，以保证近十余年连续稳定运行；

1.2 实现新一代电仪一体化，数据通讯网络及人机操作接口一体化；

1.3 操作监视集中化，主工艺线（制粉、喷吹）上的设备均采用HMI（CRT操作站）操作，使电仪系统人机界面统一化、共享化；

1.4 控制应用软件具有可靠性、稳定性及可操作性，并便于维护和扩展；

1.5 选用的产品操作简易，人机界面汉化，用户友好，系统软件通用，设备成熟可靠，有业绩和应用实例。

2、系统硬件及设备设计

2.1 控制系统硬件及设备设计概要

随着自动化技术的不断发展和计算机技术的飞速进步，的自动化控制概念也发生了巨大的变化。在传统的自动化解决方案中，自动化控制实际上是由各种独立的、分离的技术和不同厂家的产品来搭配起来的，比如一个大型工厂经常是由过程控制系统、可编程控制器、上位监控计算机、SCADA系统和人机界面产品共同进行控制。为了把所有这些产品组合在一起，需要采用各种类型和不同厂商的接口软件和硬件来连接、配置和调试。

全集成自动化思想就是用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少了大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间，连续控制和逻辑控制之间，集中与分散之间的界限。全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境，这主要包括：（1）统一的数据管理；（2）统一的通信；（3）统一的组态和编程软件；（4）便于链接的通用网络。 

基于这种环境，各种各样不同的技术可以在一个用户接口下，集成在一个有全局数据库的总体平台中，这样系统之间的接口费用大大降低，备品备件的品种和数量也大大减少。技术人员可以在一个平台下对所有应用进行组态、编程和监控，可以大大提高监控水平，减少非计划停车时间。也是由于应用一个组态平台，培训和工程变得简单，费用也大大降低。 

根据系统需求，西门子S7-300系列PLC系统能满足工程的工艺要求。设备结构形式符合世界自动化控制系统的发展，可实现电仪一体化操作。网络采用以太网总线结构。数据通讯网络系统的开放、系统人机接口电仪一体化、资源共享、系统软件稳定可靠，并有利于系统的维护和扩展。人机界面汉化，操作实用简便。西门子的全集成自动化思想集中体现在可实现PLC和DCS的解决方案。本系统硬件与网络选用西门子全集成自动化产品。

2.2 网络系统方案

本工程的基础自动化控制系统在工艺上分成3个控制子系统：煤粉制备系统2套和煤粉喷吹系统1套。3个系统之间的通讯用西门子的数据网络通讯技术（工业以太网）实现。系统的各类电源采用在UPS电源基础上的集中供配制，实用并便于维护管理。系统网络层分两级：（1）标准以太网服务器控制方式，方便地实现远程操作和网络扩展；（2）现场总线实现现场与系统的统一。

2.3 PLC（I/O）接口信号

PLC的输入采用光隔离模块，输出采用继电器模块。用PLC驱动信号的直流电源驱动仪用（I/O）信号和RTD信号，将PLC与仪表直接相连，完成仪表信号直接进PLC。其中：模拟量（I/0）信号为4-20mA、RTD直接用PLC的温度检测进机。

2.4 煤粉制备系统硬件及设备设计

煤粉制备系统配有两套机组，分为A系列和B系列,为3座高炉煤粉喷吹制备煤粉。煤粉制备系统主要工艺过程如下：原煤仓煤块经过其出口插板阀进入电子称重式给煤机，根据设定的制粉量，向磨煤机供煤。原煤被磨辊碾磨的被吸入磨煤机的干燥气干燥。升温炉送出的干燥气出口温度220～300℃，把较细的煤粉带入位于磨煤机上部的分离器。分离器把不合格的煤纷返回到磨盘上碾磨，细度合格的煤粉随干燥气经输送管进入布袋收尘器被收集，再经锁气器进入煤粉仓。

煤粉制备系统主要工艺装置和设备如下：原煤仓：A系列、B系列各一个；给煤机：A系列、B系列各一台，每台配有电子称、给料皮带速度变频器和闸板阀；磨煤机：A系列、B系列各配有一台型中速辊式磨煤机；热风炉烟气引风机：A系列、B系列各一台；烟气升温炉：A系列、B系列各配有一台烟气升温炉；增压风机：A系列、B系列各一台；袋式收粉器：A系列、B系列各一套；主排风机：A系列、B系列各一台；煤粉仓。

上述设备和各控制点由二台PLC采集与控制。

2.5 煤粉喷吹系统硬件及设备设计

煤粉喷吹系统主要工艺过程如下：在一个塔式结构的喷煤车间内装有三套喷吹系统，分别向3座高炉喷吹煤粉。喷吹系统包括了一个煤粉仓和每个喷吹系统的两个喷吹罐。煤粉制备车间制成的煤粉经布袋收粉器后，经锁气器进入煤粉仓。从煤粉仓(PCSB)送出的煤粉交替地加入各个喷吹罐，通过喷吹罐主管和分配器用气力将煤粉送进高炉风口。

喷吹罐自动进行加料和充压等，轮流连续不断地向高炉喷吹煤粉。喷吹罐的轮换程序是从喷吹罐1H1到喷吹罐1H2，再返回到1H1。当一个喷吹罐到达低位重量值时，控制系统将自动启动另一个喷吹罐。被启动的喷吹罐必须在正在喷吹的罐到达小重量设定值之前已经装好煤粉，充好压，处在等待喷吹状态。小重量设定值信号也在线设定在下一个罐上，以便能达到平稳地转换。

每个喷吹罐底部到流化锥体能帮助煤流稳定地沿着主管到分给各风口的分配器。

煤粉喷吹系统主要工艺装置和设备如下：喷吹罐装煤阀门控制；喷吹罐放散阀控制；充压控制；流化调节控制；二次风调节控制；管道防堵集中控制。

上述控制点由三台PLC采集与控制。

3、系统与应用软件设计

3.1 硬件及操作系统要求

SIEMENS PLC相关设备(如上配置，CPU全部采用SIEMENS 315-2DP);

工控机（研华P4/256M DDR/40G/19″纯屏显示器）

操作系统bbbbbbS 2000

3.2 开发工具

SIEMENS STEP 7 V5.2;WINCC 5.1;SIMATIC NET V6.1

3.3 应用软件

按工程中工艺要求编制相应的控制软件，主要实现以下功能：

● 制粉电气控制系统：设备连锁控制；给煤磨煤控制；升温炉燃烧控制；升温炉送风控制热烟气引风控制；收粉控制；磨煤机入口负压控制；磨煤机出口温度控制；工艺参数测量监视；操作数据设定；数据整理及传送；设备状态监视。

● 喷吹电气控制系统：喷吹罐自动加料控制；喷吹罐自动换罐控制；喷吹罐自动放散控制；喷吹罐加压控制；氮气温度和压力控制；工艺参数测量测量监视；设备安全连锁控制；数据整理及传送；设备状态监控；生产报表。

四、小结 

珠海粤裕丰项目中采用西门子CPU315-2DP的五台PLC及西门子交换机、网卡等采用Profibus协议进行网络通信，使用光纤传输技术，提高抗电磁干扰能力和满足高速、远距离传输数据；截止目前为止该项目系统稳定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的经济效果。

Premium+TWIDO+ATV31方案硬件结构

方案原理图

在一层控制和二层控制原理类似，用Twido做常规的IO工艺控制，利用与Premium以太网交换信息，再通过Premium的CANopen通讯控制ATV31变频器（内置CANopen从站口）做速度设定、重置以及读取变频器状态等操作，使用总线通讯，不使用模拟量控制，为客户节约成本。

一层控制示意图：

二层控制示意图：

本方案的优点

本控制方案采用了施耐德旗下ModiconPremium自动化平台和Unity软件以及TE下面的ATV31变频器。

Premium 发布于 1997，每年大约销售 20,000个CPU，销售额约 7千 7百万欧元，Premium 在 130 国家有销售和支持 ，新 32 位结构，增强性能，57-3634M  CPU包括以太网口为内置口，可以分别与变频器通讯和ERP通讯，功能更强，性能增加，数据和程序容量增加。新设计的超强处理能力，减少周期时间，为程序和数据提供更多的容量，增强了模拟量和过程处理能力。ATV31变频器，结构紧凑，集成EMC滤波器，内置MODBUS和CANopen通讯口，允许使用CANopen通讯方式控制，便于使用。

本控制方案采用了CAN总线通讯：它具有高的位速率（高1Mb）；高抗电磁干扰性；采用短帧，增加了实时性和抗干扰能力。CANopen的通信机制简单，可以降低设备的复杂程度它可以管理128个 设备 (1 主站 + 127从站)，CANopen协议适合于所有机械的嵌入式网络，是欧洲重要的网络标准。

PremiumCPU和TWIDO使用以太网通讯，并可以直接与一般公司的ERP系统连接

喷气织机的引纬方式是用喷射出的压缩气流对纬纱进行牵引，将纬纱带过梭口，大特点是车速快、劳动生产率高，适用于平纹和纹路织物、细特高密织物和批量大的织物的生产，是无梭织机中先进，为成熟的产品。

喷气织机通过张力传感器检测经纱总张力，由 CPU控制由开口、松经、送经、经轴的卷径变化而发生的经纱张力变化，从而保证送经精度并使经纱保持恒定的张力。并采用电控送经机构，根据织机停台时间由计算机控制伸长，使织轴倒转。

由于喷气织机采用了微机技术以及其他电子技术，对全机的运动进行控制，尤其对产品质量的自动监控，使得喷气织机的生产效率大大提高，产品质量得到保障。织机上还安装了很多监控传感器，使得织机具有自动运行及程序控制的功能。

目前国产喷气织机电控系统都基本上要求具备了以下功能：

1、 电子卷取功能；

2、 电子送经：有单经轴、双经轴两种；

3、 储纬控制：4色自由选纬，主要的储纬方式有FDP和IRO定长型两种；

4、 引纬控制：多有4个主喷、4个剪切喷或辅助主喷嘴、18个辅喷、1个牵伸喷的高低压控制；

5、 电子多臂：16片电子多臂；

6、 织机的动作控制：正转、反转、快车、停车、正找纬、反找纬、急停、短纬、长纬、断经、绞边、废边断纱检测等的检测；

7、 门幅越来越宽，一般到360毫米，入纬率越来越高，一般到1800米/分钟；

由于国产纺织机械要求电气控制系统，性能高、稳定性好、维修方便、故障率低，好买回来就能用，用几年也不要保养维修，因为厂家基本没有的电气维修工程师；要求能适应高温高湿、多毛羽和粉尘，电源波动大，群机干扰大，连续24小时不间断长期工作，大部分厂条件一般都比较差；总之各种市场很大，要求很严格，但对价格控制更紧。

在OMRON喷气织机整体应用方案中（右图为OMRON喷气织机控制系统实物图），角度传感器采用了OMRON公司的E6B2-C型增量型光电编码器，可准确地给出织机任何定位角度，控制精度达1度。此编码器一路给PLC提供角度信号，一路给阀门控制板提供角度信号。

主控部分采用OMRON公司CP1H系列CP1H-XA40DT-D可编程序控制器，该PLC内置功能强大，具体功能及控制对象如下：

内置4轴高速计数功能（单相100kHz，相位差50kHz），接入旋编信号，在选用360P/R编码器，车速为1200转/分时，高速计数器输入脉冲频率为7.2KHZ，有很大余量。

CP1H内置8点中断输入功能，可捕捉宽度为50uS脉冲，响应频率为5kHz。当使用FDP储纬器时，FDP的FP信号及编码信号采用中断输入，当FDP高3000转/分时，频率为1.2KHZ，4个FDP用4路中断，完全达到要求。

CP1H内置4路模拟量输入2路模拟量输出功能，大分别率为1/12000，经纱张力信号通过内置的模拟量输入进PLC。2路模拟量输出可控制两只FDP驱动用的变频器，来调节FDP电机转速，控制纬纱张力。

CP1H还内置了4轴脉冲（100kHz）的定位功能。电子卷取和电子送经（双经轴）系统多是3轴伺服电机，配合采用OMRON公司的SMARTSTEPZ系列交流伺服电机可实现位置控制，卷取主动棍定位精度可达0.0001毫米，送经经轴定位精度可达0.0005°，足够满足织造要求。

通过CP1H内置的两个RS232C或RS485通讯口之一的RS485口和触摸屏通讯，适合于显示器和电箱分离式的环境，用一个RS232C口和阀门控制板通讯，满足快速控制的要求。

欧姆龙系统方案配置图

送经卷取系统采用OMRON公司的SMARTSTEPZ系列交流伺服电机，具有体积小，节省安装空间；设定方便，设定极其简单；完全自动调整，不会失调等优点。

储纬控制系统采用OMRON公司的3G3MZ变频器，该变频器搭载了自动调整功能的无传感器矢量控制，控制性和应答性有了很大的提高，内置的CE规格的噪音滤波器，不会对别的设备造成影响。外型新颖，接线方便。FDP的转速反馈用中断方式进PLC，根据设定选纬程序和每纬放纱圈数，并和车速连动，通过PID运算后，由PLC的模拟量输出到变频器，调节FDP电机的转速，控制纬纱张力，达到稳定放纱和储纱的要求。

喷气织机的显示器采用OMRON的5.7英寸16级灰度单色屏NT5Z或者NS系列8英寸彩屏通过其独有的SAP程序库、支持多达1000种配方以及多语言切换功能，与欧姆龙控制器与器件之间进行了简易化的连接和画面制作，大幅度节约了产品开发时间。

采用OMRON公司整体解决方案后，优化了喷气织机的工艺结构，使其控制核心更加简单、可靠、稳定，更增加了抗干扰能力，降低了故障率低。

1 引言

在金属等材料切削成型加工领域，珩磨加工属于精加工后期的精整加工，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。珩磨用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行微小加工余量切削的方法。

2 工艺原理

珩磨用镶嵌在珩磨头上的油石（又称珩磨条）对精加工表面进行的精整加工，又称镗磨。珩磨主要应用在对孔的加工,但根据需要有时也用珩磨来加工外圆, 平面, 锥形孔和非圆孔(例如转子发动机的非圆孔珩磨）。珩磨加工不一定要对所有的孔有珩前要求,珩磨需要根据加工要求, 要能改善尺寸精度，形状精度, 表面精度，甚至位置精度。几乎所有在工业领域应用的工艺材料都可以用珩磨加工。根据不同的工件材料选择相应的切削砂条，使得珩磨可对硬质处理和未硬质处理的钢，铸铁，青铜，轻金属，粉末合金及镀铬或者其它镀层的金属进行加工。加工的尺寸范围为直径1－2000mm，长度至24米的工件。珩磨的应用范围已扩展到了整个金属加工工业领域。主要的应用领域为：汽车工业，刀具及机床加工工业，液压及气压器件生产以及航空航天领域。在空气压缩机和电机的生产制造中珩磨加工也得到了广泛应用。

3 方案设计

由中达电通公司开发的卧式精密珩磨机，具有较高的工作效率和工作性能，该系统不但jingque珩磨工件内圆，能够jingque检测工件内圆的“凸点”，加工效率也远远超过内圆磨床。基于中达机电技术的自动化卧式精密珩磨机如图1所示。

3.1控制系统的核心工艺及控制分析

系统要求珩磨和“凸点”检测进行，珩磨的厚度主要由珩磨油石、油压控制检测的光栅和PLC共同实现，由于台达32EH00M伺服控制专用PLC系列能够接收2信道差动输入，无需其它转换电路，光栅尺信号可直接接入PLC，且将伺服驱动的分频输出直接输入PLC，以便实时检测机台的位置。在实际的珩磨过程中，因工件内圆的“凸点”存在，由此形成珩磨变频马达电流瞬间的一个峰值，利用系统核心PLC记忆该电流峰值形成时的位置，控制伺服小车在此“凸点”珩磨摆动的次数，达到预期的珩磨精度，也可以根据光栅尺内圆半径的检测，自动研磨至设定的厚度。该系统采用变频负载/电流线性对应关系，完成了对加工工件内圆的“凸点”检测。台达V系列变频为全矢量高性能的驱动，能够快速jingque反应出负载电流的变化，而台达PLC采用通讯方式快速采样变频器电流为该系统的关键所在。

3.2控制结构设计

控制结构参见图2。

3.3硬体控制方案

PLC：DVP32EH00M台达伺服专用。

变频器：VFD075V43台达全矢量控制型。

伺服系统：3000W/台达中惯量系列。

系统电控柜参见图3。

3.4人机界面设计

关键的控制参数如图4、图5、图6所示。

3.5主要技术规格

（1）加工孔径： 3-250mm

（2）大加工长度：2500mm

（3）主轴转速： 50-600转/分，无级调速

（4）珩磨速度：1.00m-22m/分

（5）主轴功率： 7.5KW

（6）机台功率：3KW

（7）油泵功率：400W

4 结束语

方案研发运行结果说明，系统设计达到预期设计效果。该机床可以加工各种材料的内圆工件，从淬火钢、硼铸铁、硬质合金、陶瓷到铝合金、青铜、有机玻璃等硬软材料，以及其它难加工材料的内圆工件。由于台达PLC/EH系列提供大容量掉电保持数据寄存器（8000项），控制系统性能具有无须其它外设即可实现用户工艺配方的存储，方便现场生产的灵活调度的特点。