西門子6SL3060-4AW00-0AA0

　1 系統(tǒng)概要
　　 改造后的系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜,，僅調(diào)節(jié)閥就有九個,，此外還要增加變頻器，由計算機控制切換調(diào)節(jié)3臺風(fēng)機轉(zhuǎn)速,；增加熱值儀,，串級調(diào)節(jié)高焦配比。采用西門子S7—300PLC和研華IPC 610工控機構(gòu)成DCS系統(tǒng),。S7—300PLC作為下位機來實現(xiàn)所有信號的采集,、運算,、調(diào)節(jié),，其特點是：模塊化、無排風(fēng)結(jié)構(gòu),、易于實現(xiàn)分散,、運行可靠、性價比高,。CP5611卡為S7—300PLC與工控機的通訊接口卡,，具有RS485接口和87．5kbps的通信速率，傳輸距離可達(dá)50m,，使用中繼器可達(dá)9100m,。
　　
　　2 控制原理
　　本系統(tǒng)含四個調(diào)節(jié)回路：
　　2．1熱值調(diào)節(jié)
　　熱值是用戶氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。
　　冷軋煤氣7昆合加壓站以高爐煤氣為主氣,，它不可控制,，取決于用戶用量；焦?fàn)t煤氣為輔氣,，要求控制其兩道閥門,，使高、焦配比約4：1,。
　　2．1．1“高焦限幅"輔熱值
　　 本回路為一串級,、交叉限幅調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán),，焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán),，加入了高焦煤氣流量單交叉限幅。焦?fàn)t煤氣流量的設(shè)定值不單單取決于熱值調(diào)節(jié)器輸出信號,，而且受到高爐煤氣流量的瞬時值的限制,，即按高,、焦理論配比值求出應(yīng)配焦?fàn)t煤氣流量值，乘以1．05和0．95作為輸出信號的上,、下限幅值,。
　　 該控制思想一則使焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過大，從而使高焦配比值在小范圍內(nèi)波動,；二則使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和,，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì),。
　　對熱值儀信號故障也有保護(hù)性,，在實際的運行中，我們發(fā)現(xiàn)工人有時忘記了給熱值儀過濾器排水,，使煤氣人口壓力太低,，燃燒不夠，造成儀表信號顯示偏低很多,，即使焦?fàn)t煤氣閥開到最大,，也不可能把熱值調(diào)至“正常"，但此時熱值調(diào)節(jié)器輸出信號受到高爐煤氣流量的交叉限幅,，故在此三個信號中,，最終以上限值為焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，從而使焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)閥被約束在了一定的閥位,，最終使混合煤氣熱值波動穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),。
　　2．1．2“雙閥同控"避“瓶頸"
　　 原設(shè)計一閥自動、另一閥手動,，實際上兩閥都在手動方式,，因而常常顧此失彼，致使南,、北閥位相差太大,；若采用兩路單獨的調(diào)節(jié)器，二閥閥位更加混亂,，當(dāng)系統(tǒng)工況變化較大時,，其中一閥就會成為調(diào)節(jié)的“瓶頸"；若采用雙調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié),，二閥各自進(jìn)行動作,，雖能使系統(tǒng)在某一閥位組合狀態(tài)下穩(wěn)定，但有可能造成二閥閥位相差太大,，同樣可導(dǎo)致“瓶頸"的現(xiàn)象,。
　　 對此采用單臺調(diào)節(jié)器串調(diào)雙閥的控制方案，即在計算機中設(shè)置一臺軟調(diào)節(jié)器,，其輸出信號給到2臺手操器,，同時帶動2臺電動蝶閥,。為防止二閥同時動作造成超調(diào)，將2臺手操器內(nèi)的死區(qū)設(shè)置的有所差別,，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出要求的閥位信號與實際閥位反饋信號出現(xiàn)偏差時,，死區(qū)小的手操器(電動調(diào)節(jié)閥)首先動作，若偏差不大時,，就能糾正過來,；當(dāng)調(diào)節(jié)量不夠時，偏差增大,，死區(qū)大的手操器(電動調(diào)節(jié)閥)也動作,，加大調(diào)節(jié)力度，使系統(tǒng)迅速回到穩(wěn)定狀態(tài)上,。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大偏差時,，常會出現(xiàn)同時超出二者死區(qū)范圍的現(xiàn)象，則二閥一同動作,，使偏差迅速減小到一定范圍,，此時大死區(qū)的電動調(diào)節(jié)閥停止動作，剩余的小偏差靠死區(qū)小的調(diào)節(jié)閥來進(jìn)一步精調(diào)到位,。
　　2．2混壓調(diào)節(jié)
　　 混壓調(diào)節(jié)在實際中既影響熱值,、又影響加壓機后壓力。所以,，混壓調(diào)節(jié)不好，則熱值調(diào)節(jié),、加壓機后壓力調(diào)節(jié)都無從談起,。本回路為一串級隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在控制回路中建立數(shù)學(xué)模型,，煤氣混合壓力的設(shè)定值隨著高,、焦氣源的壓力波動而自動計算設(shè)定，同時又加以上下限幅,，使工藝操作變得更加合理,。從熱值的穩(wěn)定方面來看，機前混壓能夠隨高,、焦煤氣壓力波動而適時適度地調(diào)整,，保證了焦?fàn)t煤氣能夠按所需的量順利配人；從加壓機后壓力的穩(wěn)定方面來看,，機前壓力變化范圍不至于太寬,，減少了對加壓機后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾。
　　 混壓調(diào)節(jié)就是控制高爐煤氣的兩道閥門,。為了避免“瓶頸",，同樣如上所述,，也采用了一臺軟調(diào)節(jié)器控制2臺電動調(diào)節(jié)閥的方式，減少對機后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾,。
　　2．3加壓機后壓力(變頻)調(diào)節(jié)
　　 加壓機后壓力是用戶氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一,，本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其設(shè)定值為3．5kPa,，當(dāng)加壓機后出口壓力升高／降低時,，增大／減小變頻器的輸出頻率。從而改變加壓機的轉(zhuǎn)速,，以“變"求“穩(wěn)",。在計算機和變頻器上都設(shè)置了運行頻率，從而保證出口壓不至于太低,，也保證了自帶油泵能夠給出足夠的油壓油量,，以免燒壞軸瓦。這兩個頻率運行下限是保證加壓機設(shè)備安全,、用戶正常生產(chǎn)的兩道防線,。
　　2．4加壓機后壓力(泄放)調(diào)節(jié)
　　 這是加壓機后壓力調(diào)節(jié)的另一手段。本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng),，其設(shè)定值為14kPa,，當(dāng)加壓機后出口壓力升高／降低時,，增大／減小泄壓閥的開度,，以“泄"求“穩(wěn)"。
　　2．4．1變頻,、泄放“雙管齊下"穩(wěn)壓力
　　 通常,，泄放調(diào)節(jié)器的設(shè)定值高于變頻調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，一般情況下,，變頻器負(fù)責(zé)系統(tǒng)全部的調(diào)節(jié),，而泄放閥處于關(guān)閉的“休閑"狀態(tài)。當(dāng)用戶突然大減量,，造成出口壓驟然升高,，變頻的調(diào)節(jié)速度不足以使出口壓迅速降下來時(即出口壓超過14kPa)，泄放回路立即參與調(diào)節(jié),。泄放回路比例帶,、積分時間都設(shè)得很小，因而,，動作很快,，與變頻“雙管齊下"，可使壓力迅速降下來,，保證了用戶氣源壓力穩(wěn)定,，避免了以前類似情況下加壓機進(jìn)入喘振的可能,，保障了設(shè)備安全。在調(diào)節(jié)過程中,，絕不會出現(xiàn)既保持加壓機轉(zhuǎn)速較高,，又使泄放開啟一定高度的“穩(wěn)定平衡"狀態(tài)。
　　
　　綜上所述,，本系統(tǒng)在控制思想和軟件編制上有如下的特點：
　　(1)小偏差小動作,、大偏差大動作，既加決了響應(yīng)速度,，又提高了調(diào)節(jié)精度,。
　　(2)兩閥在調(diào)節(jié)過程中，"不會造成“瓶頸"現(xiàn)象,。閥位死區(qū)大的南閥閥位“階段"性地跟蹤死區(qū)小的北閥閥位,。當(dāng)偏差產(chǎn)生時，北閥“有錯必糾",，南閥對北閥在調(diào)節(jié)中所累計的閥位變化不會坐視不管,，而是“該出手時就出手"，大力度地“調(diào)一把"(當(dāng)北閥閥位調(diào)到一定開度時效果就不顯著了,，此時取決于南閥的開度),。
　　(3)死機情況下、變頻器仍然能保證運行,。無論主機從機中任一掉電,，或二者都掉電，變頻器都運行在其保護(hù)下限頻率上,，加壓機不會停機,，保證了用戶的正常生產(chǎn)。
　　(4)簡單可靠易“倒機",。通過軟件的巧妙設(shè)計，使加壓機的切換變得非常簡單：將變頻器輸出頻率下調(diào)為零,、此時原運行的加壓機處于停止?fàn)顟B(tài),，電流很小，可拉掉其刀開關(guān),，并馬上再合上另一臺備用加壓機的刀開關(guān),，因變頻器末停，3—4分鐘即可調(diào)頻加速到工作狀態(tài),。當(dāng)然二者切換期間,，需關(guān)照冷軋關(guān)小燒嘴。
　　控制系統(tǒng)在WIN98環(huán)境下運行,，組態(tài)軟件為STEP7V5．0及Kingview5．0,。系統(tǒng)利用組態(tài)軟件Kingview5．0的驅(qū)動程序與下位S7—300PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,，包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)／指令；下位S7·300PLC則通過MPI卡與上位計算機交換數(shù)據(jù),，每一個驅(qū)動程序都是一個公共對象,，這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高效率地運行,。
　　
　　3 系統(tǒng)畫面
　　系統(tǒng)畫面分為兩大類：操作員畫面,、工程師畫面。
　　操作員畫面：向操作人員提供了各種數(shù)據(jù),、曲線,、功能鍵，顯示內(nèi)容豐富鮮明,、操作簡捷可靠,。工程師畫面：工程師在調(diào)節(jié)中進(jìn)行參數(shù)修改和設(shè)定的重要環(huán)境，也是自控系統(tǒng)的核心

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　1. 篩板沖孔裝置及其控制系統(tǒng)
　　
　　　　礦用振動篩篩板(沖孔板)在沖孔加工時,，大都是操作工先在鋼板上標(biāo)出孔的位置,，然后再由人工進(jìn)料用沖床沖出。這種加工方式勞動強度大,、工作效率低,、加工精度難以保證。為此我們研制了自動沖孔系統(tǒng),。 篩板沖孔裝置由沖床,、 橫向工作臺、縱向工作臺,、接近開關(guān),，交流接觸器，中間繼電器,，S7-200,，TD200等。產(chǎn)品制造流程是：手工上料,，按自動運行按鈕,，橫向步進(jìn)電機和縱向步進(jìn)電機分別啟動完成工件的橫、縱向進(jìn)給,，從而沖床完成工件的加工,，最后橫向工作臺和縱向工作臺回到原始位置。除了具有自動完成橫,、縱向進(jìn)給,，此裝置還具有點動進(jìn)給功能。 此裝置以德國西門子（SIEMENS）公司S7-200系列PLC對沖壓機進(jìn)料系統(tǒng)中的兩個步進(jìn)電機進(jìn)行控制，實現(xiàn)橫向和縱向的自動進(jìn)給,。并使用TD200對工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和顯示,。為降低成本，本系統(tǒng)使用了一個步進(jìn)電機驅(qū)動器來驅(qū)動兩個步進(jìn)電機,。TD200是專門為S7-200系列PLC配備的操作員界面,，它是一種連接簡單，操作方便,，功能強大的實用性人機界面解決方案,，它通過一根TD/CPU電纜和PLC實現(xiàn)互連，它具有如下功能：
　　
　　　?。?/span>1） 顯示從S7-200CPU中讀取的信息,；
　　
　　　　（2） 可以調(diào)整選定的程序變量,；
　　
　　　?。?/span>3） 提供為具有實時時鐘的CPU設(shè)置時間和日期的能力；
　　
　　　?。?/span>4） 提供強制,、非強制I/O點的能力；
　　
　　　?。?/span>5） 提供八個可供用戶定義的設(shè)定和顯示功能,。
　　
　　　　TD200在系統(tǒng)中的使用使PLC功能更豐富，PLC與用戶的接口界面更友好,，PLC的可操作性大大提高,。
　　
　　2. 系統(tǒng)控制工作原理
　　
　　　　本系統(tǒng)控制原理如圖1所示。各部分的功能分別介紹如下：
　　

　　圖1.系統(tǒng)控制原理圖
　　
　　Fig.1 system control principle
　　
　　　　1）步進(jìn)電機驅(qū)動器控制原理
　　
　　　　驅(qū)動器的控制功能主要通過四個輸入點完成,。
　　
　　　?。?/span>1）公共端接地。
　　
　　　?。?/span>2）脈沖信號輸出：每來一個脈沖,，驅(qū)動步進(jìn)電機運行一個步距角。
　　
　　　?。?/span>3）方向信號輸入：控制步進(jìn)電機的兩個轉(zhuǎn)向,，高電平正轉(zhuǎn)，低電平反轉(zhuǎn),。
　　
　　　　（4）脫機信號輸入：該端接受PLC控制信號,，低電平時,，步進(jìn)電機相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。高電平或懸空時,，轉(zhuǎn)子處于鎖定狀態(tài),。
　　
　　　　2）步進(jìn)電機DJ1、DJ2的功能：DJ1用于縱向進(jìn)料控制,，DJ2用于橫向進(jìn)料控制,。
　　
　　　　3）其他部件的功能
　　
　　　　（1）接近開關(guān)JJK1用于安全措施,，它確保在沖床的沖頭提起回到原位后進(jìn)料臺才送料,，以免原料將沖頭卡住。接近開關(guān)JJK2,，JJK3分別是縱向工作臺和橫向工作臺的限位開關(guān),。
　　
　　　　（2）B1是自動運行按鈕,；SB2是手動工作臺前行按鈕,；SB3是手動工作臺后行按鈕；SB4是手動工作臺左行按鈕,；SB5是手動工作臺右行按鈕,；SB6是系統(tǒng)停止按鈕。
　　
　　3. PLC控制程序
　　
　　　　PLC控制程序用梯形圖進(jìn)行編程,，完成自動和手動兩種運行方式的控制,。此PLC控制程序由一個主程序和兩個子程序組成，一個子程序完成自動運行,，一個子程序完成手動運行,。其控制程序(部分)如圖2所示：
　　

　　
　　圖2. 控制程序圖
　　
　　Fig.2 control program
　　
　　　　在自動方式下，橫向步進(jìn)電機首先運行完成第一行孔的加工,，然后,，縱向步進(jìn)電機使原料縱向進(jìn)給；橫向步進(jìn)電機再次完成第二行孔的加工,。按此順序完成整個篩板的沖孔加工,。最后工作臺回原點，以準(zhǔn)備下一個篩板的加工,。在手動方式下,，可以分別完成工作臺前進(jìn)、后退,、左行,、右行的操作