6ES7235-0KD22-0XA8使用方式
1 引言
蒸汽发生器(Steam Generator,SG)是核岛内的三大设备之一，核电厂功率损失中有80%是由其损坏引起的。核电厂运行期间二回路系统材料的腐蚀产物进入SG二次侧，蒸发、浓集沉积在传热管、管板和支撑板上及支撑板与传热管隙缝之间，形成硬状泥渣，严重影响了SG的传热管的完整性、传热效率和SG的水位控制，必须得到有效的去除。
2 系统组成
2.1 系统描述
用于SG的水力冲洗装置可以抽象为一个具有两自由度的机器手臂。如图1中所示，图1中:M1:步进交流伺服电机、G1:步进运动减速器、M2:旋转直流电机、G2:旋转运动减速器、EN:增量式编码器、JK:接近开关。冲洗机器手臂顶端喷嘴在旋转电机M2的带动下，将内部的高压水射向远近距离不同的传热管处。为防止旋转部分与SG内部构件发生碰撞导致堵转，设置了接近开关JK进行状态监视。整个机器手臂在交流伺服步进电机M1和PLC的控制下，将喷嘴定位到每排管间处。光电编码器模块EN和控制器PLC组成高精度步进运动，防止高压水长时间冲击传热管管壁，危机蒸汽发生器设备安全。整个控制系统根据设计要求，能进行各种参数设定、运行状态显示和系统自诊断。在故障状态下，具有报警功能和紧急停止功能。根据系统的控制要求，整个硬件的配置和分布如下:
(1) 核岛内高辐射区域(SG旁)
冲洗机器手臂本体:包括松下MINAS A系列伺服步进电机M1、旋转直流电机M2、接近开关JK和编码器EN;
(2) 核岛内低辐射区域(距SG10m处)
现场手操控制箱一个，是整个控制系统的核心部分。包括Siemens S7-200系列CPU224 PLC、交流伺服电
图1 SG冲洗系统工作原理图
机驱动模块、直流电机驱动模块、24V直流电源和控制继电器等;
(3) 核岛外非辐射区域
人机界面Siemens TP7触摸屏、高压供水子系统、泥渣收集子系统;
2.2PLC与电机驱动模块的连接
控制器PLC侧和伺服电机侧连接设计的好坏，直接影响整个高精度伺服运动控制系统。CPU224PLC为14路数字量输入/10路数字量输出，Q0.0和Q0.1产生两路独立的20kHz高速脉冲，输入伺服驱动模块进行经功率放大，控制步进电机工作。输入/输出端口定义如表1和表2所示。根据伺服驱动模块的相关控制信号，形成逻辑判断。
步进电机单次步进行程完成后，若位置偏差计数器内的剩余脉冲数在设定范围内时，位置到达信号(COIN)就被送入控制器。位置偏差计数器大小由伺服驱动模块内参数Pr60适当设置。设定值太小，送出COIN信号时间会过长或造成抖动。设定值过大导致无法完成精度要求。驱动器侧的电机控制时序图如图2所示。
图2 伺服电机启动时序图
3 软件设计
西门子S7-200 Micro PLC提供了上位机编程软件STEP7-Micro/WIN。其强大的功能提供了两种指令集(SIMATIC或IEC1131-3)和三种程序编辑器(语句表STL，梯形图LAD和功能块图FBD)。利用PC/PPI电缆建立S7-200CPU与个人计算机之间的通讯，将上位机的组态程序下装到PLC中独立运行。为顺应目前图形化编程的趋势，程序中采用了梯形图的编程方式。整个冲洗程序流程图如图3所示。控制系统的人机界面(HMI)采用SIEMENSTP7触摸屏，易于实现，操作简单，运行可靠。
图3 冲洗程序流程图
4 精度控制
松下伺服交流电机带有一个增量式编码器(2500P/r)进行位置监控。当起停频率超出时，通过步数丢失可以检测到位置错误。一旦检测出位置误差，就以较低频率进行位置校正，从而构成一个高精度的运动控制系统。
枪体步进一次控制器PLC发出脉冲个数计算:
(1) 已知条件:减速器减速比i: 45; 步进长度: 25mm;
伺服电机编码器精度: 2500P/r;
倍频比(驱动模块内电子齿轮比): 45:2;
减速器输出端齿轮分度圆直径D: 20mm。
(2) 计算:PLC应发出脉冲个数b=25/a=3979(脉冲)
电机脉冲当量a=22.5πD/5000i
=0.006283mm/P(毫米/脉冲)
对控制系统而言，冲洗机器手臂的运动精度主要依赖于枪体的步进运动精度。由以上计算可知步进传动精度0.006283mm/P(脉冲)，采用光电编码器模块，极大程度上克服了步进过程中失步现象产生的运动误差，系统总的误差主要由于机械装配误差和机械传动误差。在调试的过程中，应根据实际的步进长度，调整伺服电机理论计算出的脉冲个数，从而补偿机械部分产生的误差。
5 结束语
本文设计的水力冲洗系统稳定性好、精度高、易于维护，已经多次在国内各核电站现场服务。在秦山一期核电站某次正常停堆中，从两台SG共冲出泥渣约120.5kg，能较好满足业主的要求，tigao了核电站的运行和管理水平。
1 引言
烧结生产是钢铁生产中的重要环节，它包括原料，配料，混料，烧结和成品系统等几方面。原来的系统采用简单的单回路仪表控制，无法实现对生产过程的有效控制。这里我们采用PLC对其进行控制，能够取得较好的控制效果。
2 原料控制系统
(1) 熔剂系统
熔剂系统负责向配料系统提供消石灰、白云石、石灰石等原料。系统依有无上料要求来判断料线是否运行。由于三种物料共用一条主料线，设计了许多保护与判断功能，用来防止混料;
(2) 铁料系统
铁料系统负责向配料系统提供铁料。小车自动找到要上料的物料槽之后，向料线发启动信号，铁料仓库给料圆盘则与当前要上料的品种号进行比较，结果相同的圆盘启动给料，停车。当需要更换上料品种时，当前工作圆盘离线，料线保持运行，使原物料卸光，小车行至目标槽，新的物料开始给料。若换槽而不换品种，则小车可带料行走，料线不发生变化;
(3) 燃料系统
燃料系统负责向配料系统提供煤粉，由三段组成，每一段料线流程的动作均依各段料线终点处卸料小车的位置和各受料料槽料位的变化情况而自动决定小车的行进目标与料线的启停。
原料系统的三个系统具有料线联锁、卸料小车自动／手动卸料、自动寻找物料对应关系和物料品种切换关系，自动找槽定位等功能。
3 自动配料系统
3.1 系统的工艺要求
配料系统的主要任务是按烧结机对物料的需求量，计算、分配、控制原料矿槽的下料量，以保证物料平衡和化学成分符合要求。工艺上对控制系统的要求是:
(1) 实现各配料秤和集料皮带机的顺序起停、单机起停和起停;
(2) 实现各配料秤的重量配比控制;
(3) 配比计算功能
根据总量和各台秤的配比，计算每台秤的liuliang设定值;
(4) liuliang计算功能
根据检测到的重量信号和皮带速度信号，计算一段时间内物料的平均liuliang，以此平均liuliang作为反馈量进行PID调节;
(5) 报警功能
对经常出现的故障如堵料、皮带打滑、电机过流过载等进行声光报警，出现堵料情况时，要求自动起动矿槽上的振动器电机，恢复下料后自动停振;
(6) 热备功能
要求两个系统的两台上位机具有热备功能，即每一台上位机可对两个系统的下位机(PLC)进行监控;
(7) 报表打印功能
人工干预和定时打印各种时报、班报、月报等报表;
(8) 停电保护功能
停电后供电时，系统进行初始化复位，保证各台设备均处于停机状态，以防人身事故和设备事故的发生。
3.2 控制系统的组成
控制系统示意图如图1所示。控制设备选用德国SIEMENS公司的PLC系列可编程序控制器。每一配料系统都配有一台上位机和一台下位机。通过数据通讯网络，彼此相连。下位机的CPU模板采用PLCSIMATIC S7可编程控制器，上位机采用台湾研华公司的工业控制机IPC。
图1 控制系统结构图
系统配置的软件有S7-400编程软件和SIMATICWinCC全面开放的新一代人机界面监控软件。STEP7-400用于PLC的编程、调试和生成各种程序文档，SIMATIC WinCC用于实现人机接口功能。
3.3 检测和控制原理
系统自动调节原理如图2所示。
图2 调速系统原理图
物料重量通过荷重传感器检测，并转变为与之成正比的直流毫伏信号，再通过直流毫伏变送器变换为直流4～20mA信号，送到A/D模板。皮带秤电机转速由直流测速发电机测量，测速发电机输出的直流电压经电阻分压网络降压，得到与转速成正比的直流0～5V信号，送到A/D模板。假设某一时刻，皮带秤有效称量段上的物料重量为W，皮带的线速度为V，有效称量段长度为L，则该时刻物料的瞬时liuliang为
F=1/L×W×V (1)
根据式(1)，可以计算每一采样时刻的瞬时liuliang，并计算一段时间内的平均liuliang。将其与操作员通过键盘输入的liuliang给定值比较，进行PID调节运算得到控制量，后通过D/A模板输出4～20mA的直流信号，控制变频器改变输出频率，从而改变电机转速，达到改变物料liuliang的目的。
3.4 系统软件设计
SIEMENS公司的STEP7系列指令系统功能非常强，不仅有丰富的用于断续控制的指令，有很多运算和控制指令，如PID控制指令，数据类型近十种，包括整型、实型等等，这给编程带来很大的方便。
控制软件采用梯型图语言编制。编程时，遵循软件工程规范，根据结构化、模块化原则，把功能相对独立的部分编制为一个子程序，尽量减少子程序之间的联系，主程序依据不同条件调用各个子程序，完成相应的功能．软件部分包括:
(1) 主程序;
(2) 顺序控制;
(3) liuliang计算;
(4) 配比计算;
(5) PID调节;
(6) 故障处理。
上电复位时，CPU自动调用故障例行子程序，完成上电保护功能。
在上述各个子程序中，liuliang计算中的数字滤波子程序非常重要。假如直接以瞬时liuliang作为反馈量进行PID调节，那么由于物料流波动很大，经常造成瞬时liuliang大幅度变化，使调节过程不易平稳。我们利用数字滤波子程序计算平均liuliang并以此作为反馈值。
4 烧结系统
烧结机子系统将混合料经点火炉点火燃烧，机上冷却成烧结矿并破碎，使其成为合格的高炉原料。它是系统的核心，除了满足工艺的常规流程控制外，主要还有下列模拟量控制:
(1) 铺底料圆辊调速
控制铺底料料层厚度，采用比率调节;
(2) 混合料圆辊调速
控制烧结机料层厚度，采用比率调节;
(3) 铺底料给料机调速
预估铺底料矿槽料位的变化，调节铺底料料liuliang;
(4) 冷却终点控制
通过调节烧结机机速，使冷却终点温度控制在一个人为的设定值范围内;
(5) 炉温调节
串级加比值调节，温度调节器的输出作为煤／空回路的串级输入，温度环采用PID调节，煤／空回路采用PI调节并按一定的工况所设定的比值自动跟踪;
(6) 物料平衡
使混合料槽物料的进入量与烧结机的需求量保持基本平衡，采用模型来计算未来可能需要的总配料量。
5燃烧自动调节系统及其性能指标
烧结燃烧系统是烧结工艺中影响产品产量和质量直接和关键的环节，为了稳定生产并保证烧结质量，燃烧自动调节系统由三个分系统组成。
(1) 系统:煤气总管稳压自动调节系统
可根据外部煤气管网工况将总管压力稳定在4000Pa或4500Pa(根据设定)，因其检测点距离调节阀较近，滞后小，系统灵敏，阶跃响应迅速;
(2) 点火器温度自动控制系统
通过调节煤气阀门开度，可控制点火器温度，恒定在1200℃的设定值上。
(3) 空气／煤气比例随动自动跟踪控制系统
通过调节空气调节阀阀门开度，使进入点火器的空气liuliang自动按设定的空／煤比系数跟踪煤气liuliang。
6 成品处理系统
成品处理子系统负责把烧结矿按粒度分类，一部分成品送高炉，一部分返回烧结机作铺底料，不合格品返回配料系统参与混合料配比。
除流程联锁控制外，本系统还有筛分(双层振动筛)流向选择控制，烧结矿送高
炉流向控制。系统根据高炉的操作条件，一旦确认是要料，烧结矿便能按控制的流向到达目的地。无论何时高炉输料皮带发生故障，系统在几秒钟内便能响应，停止相应的流程并保证其它流向正常工作。
7卸灰系统
卸灰子系统负责将烧结结矿中的不合格品以及除尘系统收集的粉尘送往配料系统参加配料，以改善混合料的造球性能。本系统除了控制输料皮带和卸灰设备按一定的“松散”关系联锁外，还控制烧结机下人烟道两侧的双层卸灰阀按一定的部位和时间卸灰。
控制卸灰阀的时间是一条“环形”脉冲带，它把均匀分布在左右烟道两侧的卸灰阀按高低序号向中间逼近的方法，定时启动卸灰，这保证了烟道卸灰的均匀性和具有一定的负压。
8 铺底料系统
铺底料子系统用来向烧结机提供均衡的铺底料，用以改善混合料在烧结过程中的透气性并对台车炉篦起一定的保护作用。
该系统具有较大的独立性。通过与烧结机通讯，给料设备供给的铺底料使铺底料矿槽保持一定的料位。
9 结束语
本系统在武钢烧结厂自投产运行以来，所设计的功能均已投入使用。无论在精度、稳定性及其它一些控制系统质量指标方面，均能达到满意的效果。特别是配料总量自动跟踪、混合料加水控制和小容量矿槽物料平衡控制对保证工况正常，tigao产品产量、质量发挥了良好的作用，又由于编程主要采用了梯形图语言，使得用户容易掌握，受到了用户热忱的欢迎。
在降低工人的劳动强度，改善生产环境等方面也取得一定的成效。值得大力推广。