西门子6GK7243-1GX00-0XE0诚信经营
一、概述
冶金行业中运用精料技术是高炉冶炼技术进步的具体体现，使用球团矿来代替铁矿和部分烧结矿是高炉精料技术的发展，采用高硷度烧结矿加酸性球团矿的配料来进行高炉冶炼，从而达到增产节支的目的。
竖炉球团的生产是一个较复杂的包括专门设备的电气联锁和过程控制的工业烧结过程，集配料、烘干、造球、烧结、成品运输和除尘与一体。老式竖炉以手工操作为主，各种报表都是由操作工手工制作，工人的劳动强度较大，数据信息的可靠性差，难以作为指导生产的依据；工段间生产信息交流具有大滞后性；由于人工看表操作，在竖炉岗位不时出现过烧和欠烧情况，布料排料岗位也不时因给料设备原因会有布料不均，卸料不匀的情况，使得产品质量不稳定，炉体寿命受到严重影响，设备利用率低，生产工艺和生产管理不完善，也造成了生产原料的浪费，增加了生产成本。近年来，PLC或 DCS控制系统的应用取代了手动操作，逐步实现了竖炉系统及造球系统的分散控制和集中监控，但现场底层传感器和数据采集器之间多采用一对一物理连线和模拟信号传输导致大量布线，信号传输的抗干扰能力也较差。随着自动控制技术，计算机技术和微电子技术的迅猛发展，现场总线技术的不断创新，PROFIBUS现场总线已经成为世界应用广泛的现场总线，由于采用现场总线技术，避免了现场智能仪表与控制室智能控制器或仪表之间的非智能连接，使现场智能仪表的各种智能功能得到淋漓尽致地发挥，体现出现场总线在过程控制中的优势；保留了对常规仪表信号的处理功能，提供相应的常规I/O模块处理，可以随时方便地过渡到现场总线，保护用户原有电器设备控；S7-300的分布控制单元可执行LEN梯形图等几种编程语言，完成各种逻辑控制，能够构成完整的控制系统；作为世界产品通过现场总线基金会一致性和互操作性测试，S7-300系统与其它厂商的设备实现了良好的互连和互操作，可和市场上许多的电器产品兼容。SL-300系统较好解决了传统PLC及 DCS系统中存在的问题，实现了工厂底层设备状态、车间级监控和工厂级信息管理的信息集成。
二、 现场总线技术及S7-300系统
现场总线技术是近十年来兴起的新技术，是二十一世纪工厂自动化必不可少的关键技术，它是用于现场仪表与控制室仪表之间实现全分散、全数字化、智能式、双向、多变量、多站信息交换的一种通信系统，是信息技术、网络技术与工业控制技术结合的集中体现。目前国际上流行的现场总线主要有过程现场总线PROFIBUS 、基金会现场总线 FF， LonWorks 总线， CAN总线等，世界上许多自动化技术生产商都推出了支持某种主流现场总线标准的产品。我们红山球团厂采用是现场总线技术分为上层网络连接和下层网络，上层网络是实现各个PLC站通讯，它主要采用以太网的形式；下层网络是通过现场总线把全厂的变送器连入系统的。
S7-300系统是德国西门子公司所生产的，比较成熟的一款PLC系统，它属于模块式的PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、
功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。S7-300是模块式中小型PLC，多可以扩展32 个模块。
S7-300系统是以现场总线技术为核心，可将现场总线仪表、模拟仪表、分布式智能I/O 、 DCS 、和 PLC等工业自动化设备有机地集成在一起，为企业综合自动化系统提供了一套全新的解决方案。其中S7的PLC系统具有以下特点：
⑴以PROFIBUS现场总线技术为核心，将控制任务下放到工业现场的智能仪表， 实现了控制功能的彻底分散，而控制功能的分散意味着危险分散，从而极大地tigao了系统的可靠性。
⑵PROFIBUS和下层总线相互补充，构成企业综合自动化系统的网络平台。现场总线仪表、智能I/O与计算机之间通过现场总线连成一体，系统结构简单，可扩展性强，不仅降低了布线成本，还具有设备远程调试和自诊断能力，维护方便。
⑶不仅支持多种现场总线智能仪表，也支持传统的模拟仪表、PLC和DCS，可以在大程度上保护用户的已有设备。
⑷支持设备描述技术，保证了不同厂商现场总线设备间的客户操作性，使用户有很大的设备选择空间。
⑸可以集成各种流行的工业自动化设备和监控组态软件，是真正开放的网络化控制系统。
三、系统网络结构设计
现场总线技术的核心是网络技术，S7-300系统的计算机网络是一个实时网络，信息处理满足实时性、完整性、一致性和可靠性的要求。
总线系统的功能体系结构如图一所示，共分为三个层次，工程站、PLC子站和下层网络。
根据PROFIBUS总线系统体系结构，结合竖炉造球生产的工艺特点，将竖炉造球控制系统结构设计如下，见图二。
如上图所示，整个系统由造球筛分电气控制系统、竖炉本体电气控制系统、煤气炉控制系统组成。过程检测（仪表）控制系统包括若干子系统，采用总线拓扑结构，通过MOX交换机网关与网络集线器连接；系统中的各电气控制系统由数字量I/O模块组成，将传统的离散数据和过程控制中标准的0～20mV模拟仪表信号引入系统，完成安全连锁等功能；各电气控制系统、仪表控制系统和上位机，如操作站（人机接口），工程师站（组态与诊断）， 生产调度（企业资源计划）工作站和管理工作站等，通过工业以太网与网络集线器连接，采取环型拓扑结构。
四、系统功能概述
本控制系统按造球工艺流程可以分为以下五个部分：
①配料流程。
配料在配料库进行。精矿采用圆盘给料机控制下料，膨润土根据需要由螺旋给料机下料，由于配料精度相对要求高采用ABB变频器来控制调速，其中3个圆盘给料机和3个螺旋机的变频由现场总线连接到造球PLC子站。可以对配料进行监测。
②生球流程。
对于生球的流程主要是对各电器设备的连锁控制，把设备运转的时事情况上传到各控制室的组态画面上。
③上料流程。
上料流程主要是对布料小车的循环、故障的时事的控制和监视。也根据竖炉的状况手动的对布料的操作，调节炉子温度。不论是小车的循环控制还是它的手动操作与故障的监测，它都是通过PLC子站功能模块的程序完成的，再由子站通过PROFIBUS上传到控制室，并在控制室里可以方便的对其实现所需控制。
④熟球流程。
熟球流程主要是对炉况的监测和下料控制。监测竖炉炉况，主要是根据安装在炉上各个测温点的热电偶数据来调节布料小车下料的情况，热电偶数据通过S7-300的专用模拟量模块来完成数据的模拟量和数字量的转换。
⑤制气流程。
制气流程中，重要的是对煤气、蒸汽和空气管道的压力和liuliang的控制，我们用的是西门子的压力和liuliang变送器，它支持PROFIBUS（以太网）协议，大量的变送器的数据处理，只通过了一根现场总线上传到各PLC子站上。
PLC对于全厂的控制处理可以分为2个部分：1、拟量数据的转换；2、对个电器设备开关量的控制。通过以上的控制概述，可以直观的反映在各控制室电脑的组态画面上。
五、未来展望
近几年我国工业的迅猛发展，PLC的运用也越来越广泛，自动化工厂、机器人流水线也成为现实。预想未来通过PLC或电脑的过程控制，使工厂达到无人操作，自动反馈调节生产工艺参数。终实现真正意义上的自动化工厂，为人类的发展提供一个全能的平台。
一、加工机械原理与系统功能
在脆性材料（如石材）加工中，异型加工应用日渐广泛，确定其控制方案时，采用PLC进行设计是一种性价比较高的选择。图1为截面仿形柱体加工机械的示意图。其工作过程分析如下：
图1加工机械的示意图
运动过程：矿车带动工料作Z向往返运动（此时刀具固定）;刀具可作X、Y两方向运动：X方向分片进给将工料上部去除（当分片距离足够小时，由于是脆性材料，这些片实际上不存在）;-Y运动为刀具的进刀量;Y向运动时带动用于仿形的光电对管运动。
仿形原理：按所需的形状用硬质材料剪裁制成模板，形状曲线朝上，当随刀具-Y向运动的光电对管往下碰到模板上边缘时发出信号，刀具-Y向往下不再进给，一分片加工结束可进入下一分片的Y向往下进给加工，如此循环，直至X向分片运动结束。由于刀具位置固定时，矿车带动工料作Z向往返运动，故可加工出截面仿形的柱状体。
针对上述加工要求，PLC控制系统设计如下功能：
（1）设置粗、精加工两道工序，以实现较好的仿形效果。粗、精加工的转换有手动和自动两种方式。
（2）X向的分片距离可设置和显示。
（3）Y向往下进给量可设定和显示。
（4）整个系统有手动与自动两种操作方式选择，有电机过载和X、Y、Z向限位保护。
（5）刀具旋转速度和Z向矿车速度利用电磁调速。
（6）加工一工料后，系统自动停止;设有急停和暂停（即从停止工位可起动继续加工）。
二、PLC的I/O安排
为实现上述控制功能，PLC选用三菱FX2N系列，I/O点数为64点。具体安排如下：
输入点：X0：加工系统起动;X1：手动/自动选择开关;X2：急停;X3：暂停;X4/X5：+/-Z向点动;X6/X7：+/-X向点;X10/X11：+/-Y向点动;X12/X13：+/-Z向到位开关;X14/X15：+/-X向到位开关;X16：+Y到位开关;X17：+/-X、Y、Z六个限位保护开关（由于限位保护时，故障现象直观，为节省输入点数将六个常开并联）;X20：粗/精加工选择;X21：粗、精加工自动连续（即粗工结束后自动进入精加）;X22～X25：X、Y、Z向电机过载保护;刀具（如锯片）旋转电机过载保护;X26：-Y向下降进给量设定确认;X27：X向分片距离设定确认;X30：仿形用光电开关;X31～X34：进给量和分片距离设定值拨码开关。X35：故障排除或暂停再起动。
输出点：Y0：控制刀具旋转电机对应的接触器;Y1～Y2：矿车Z/-Z向运动;Y3～Y4：刀具X/-X运动;Y5～Y6：刀具Y/-Y向运动;Y7：手动指示;Y10：自动指示;Y11：粗加工指示;Y12：精加工指示;Y13：粗、精自动连续指示;Y14：暂停指示;Y15：系统运行指示;Y16：故障报警;Y17：限位故障指示;Y20：刀具旋转电机过载故障指示;Y21：矿车电机过载指示;Y22：分片电机过载指示;Y23：Y向电机过载指示;Y24～Y27：4位设定值BCD数字选通控制;Y30～Y37：4位数码管显示控制。
三、程序设计
控制程序主要包括点动调整、粗加工、精加工和设定值处理与显示程序，采用步进功能指令设计。在这些程序中也包括停止、保护和故障处理的环节。
加工开始前，应根据工料的自然尺寸确定Y、±X、±Z的到位开关;点动调整刀具和矿车到初始（原
图2仿形原理示意图
图3粗加工程序流程图
位）位置;根据工料材质设定好-Y下降和X分片进刀量;选择加工方式即粗加工或粗—精连续加工或精加工方式。
下面分析主要程序的控制原理。
1、粗加工控制程序流程
粗加工原理是将工料仿形截面的上部分割成一片片，由于工料是脆性材料，当分片距离足够小，已分割完的片实际是不存在的。如图2所示。
粗加工的PLC控制流程如图3所示。
2、精加工程序
精加工程序X分片距离程序设定为粗加工的1/2，加工过程没有-Y下降进给，采用一直下降至光电开动作后，再Y上升至光电开关不动作（这也是补偿控制原理），进行Z或-Z运动，流程略。
3、关于再起动问题与初始化
为减少加工过程中出现的可避免废品，除了急停外，对电网停电、故障保护、暂停等引起的加工过程中断，对每一步进状态，将自动控制流程所用的状态器Sn～Sm送入悼电保护的数据寄存器中;对于进刀量，采用积算原理和减计数的方法设计。这样，用户可在停机处理后按再起动（X35）继续加工。
在初始化程序化程序中，必须根据不同的开机情况对相关的状态器和数字寄存器赋初值。
四、结语
本文所分析的仿形加工PLC控制方案，已在石材加工得到较好的应用。在实际系统运行一段时间后发现由于丝杆隙动量的问题，-Y向下降到光电开关处往往会出现过冲现象，在精加工程序中加入补偿方法，能较好地解决这一问题。
当然利用计算机集成制造技术或PLC的运动控制中的示教功能也能实现仿形加工[2]，但对简易仿形和脆性材料加工，本系统具有较高的性价比，值得推广应用。
| 水利是国民经济的基础和命脉，桥闸对大江大河及其流域起着防洪、排涝、抗旱、灌溉和航运的作用，是关系国计民生的重要设施。近些年来，由于气候异常、旱涝交替、水情复杂，全国各地每年都出现多起洪水灾害。水利部门加强了水情监测，制定了严格的水利枢纽工程控制运行办法，以调度控制闸上蓄水位，但由于桥闸控制的自动化水平不高，导致经常出现险情甚至发生灾害。 1. 概述 浙大中自公司技术人员依靠其丰富的控制技术应用经验，利用自主研发的SunyPLC250模块式小型可编程逻辑控制器，对桥闸控制提出了自己独特的解决方案。方案的实施，使得水利能够实行统一调度和管理，确保坝上引水量和枯季下泄liuliang，发挥了巨大的工程效益，在实现水利现代化方面迈出了坚实的步伐。 某桥闸共包括8个拦河水闸和2座船闸。水闸为启闭式闸门，船闸为两扇人字门，原设计为人工操作。在经历了2004年的一次洪峰之后，水利部门决定按照高起点、高标准的要求，采用SunyPLC250模块式小型可编程逻辑控制器实现水闸的自动控制。根据桥闸的实际情况，提出如下监控要求。 1.1. 生产监视 模拟量：闸门位置、闸门上游水位以及电机的电流、电压等。 开关量：运行状态（上-下-停、就地-遥控）。 1.2. 设备操作 手动：可用鼠标和键盘在上位机对闸门进行远程点动或连动操作。 自动：闸门可根据设定值自动调整闸门位置，进而控制上游水位。 就地：具备就地/远程切换功能，一切操作均为现场优先。 1.3. 安全保护 当现场设备运行异常时，能够自动停止设备运行，达到保护设备安全的目的。 2. 系统构成 SunyPLC250模块式小型可编程逻辑控制器负责闸门有关参数（闸门位置、水位、电机状态等）进行采集并按照预定算法进行相关运算，一方面将运算结果输送给执行器使闸门或启闭机产生相应动作（开/关、启/停），另一方面将相关信息通过ModbusRTU总线发送到上位机进行显示，供操作员监视和管理。每台启闭机的I/O点如下表所示： 名称 类型 数量 备注 电机参数 AI 2 电流、电压 闸门位置 AI 1 位置 闸门状态 DI 2 上、下 控制状态 DI 1 就地/遥控 电机操作 DO 2 上、下 3. 控制方案 控制算法的设计采用SunyPRG编程软件完成，该软件支持IEC61131-3标准所规定的五种控制语言。需要强调的是，SunyPRG编程软件引进了实时数据库技术，使编程人员不再被枯燥乏味的地址所困扰。多种仿真手段大大方便了程序检查，使工程周期缩短30％以上。 3.1. 闸门操作 对启闭机的操作来说，点动、手动操作为非定量操作，而定位操则为定量操作。由于闸门运行时的惯性及刹车性能不一样，编程时，要考虑定位控制的补偿问题。下图为简化的启闭机控制组态梯形图。 根据水闸操作规程，对闸门的启闭顺序是：“开闸时先中间后两边，关闸时先两边后中间”，程序设计中应注意顺序操作编程的处理。 3.2. 水位调节 为了使上游水位控制在设定范围内，构建一个由SunyPLC250、水位测量和启闭机组成的单回路PID闭环控制器 在实际运行中，无论手动还是自动，只允许开启两孔闸门，且每次开度不允许超过三十厘米，设计本控制方案时，必须考虑八孔闸门的相互关联。 3.3. 联锁保护 远程监控的实现减少了操作人员的现场操作时间，只需定期巡检。但在巡检间隔期间，如果闸门故障了发生，需要及时停止启闭机，否则将发生严重事故。一般启闭机有以下几种故障类型： 闸门卡死：闸门下降时，被水闸下的杂物顶住，无法继续下降。 闸门超限：闸门不能超过导槽高度，否则闸门出槽。 电机过载：正常启闭时如果电流过大，说明电机过载。 超时运行：每次闸门操作不能连续运行超过某一设定时间，否则表示闸门失控。 超距运行：每次闸门开度不能超过30厘米。 由于测量点数和手段的限制，用SunyPLC250可编程逻辑控制器实现上述故障的检测存在一定难度。在工程实施中，我们通过与闸门操作工的深入探讨和现场检视，引起闸门故障的原因和条件，设计出了“智能软测量”故障判定算法。该算法能够根据现有测量结果、计时器和操作等信息出闸门运行状态，向操作工提供参考。 4. 人机界面 上位机人机界面采用浙大中自公司的SunyTech工业控制应用软件平台绘制，该软件内置多种通讯协议，可以通过ModbusRTU与SunyPLC250进行数据交互。该软件支持的OPC功能也为将来水利统一调度和管理的实现提供了条件。 下图示出了一号闸门监控流程图。 5. 结束语 在2005年的雨季，该控制系统的应用对流域泄洪防灾起到了至关重要的作用。 SunyPLC250模块式可编程逻辑控制器水闸监控系统的应用，大大tigao了闸门自动化程度，改善了工人的劳动条件，减轻了操作人员的劳动强度。联锁保护功能使设备发生故障时，能够立即停止闸门的运行，在监控计算机中显示报警信息，提醒操作人员采取应对措施。 |