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(gè),，此外還要增加變頻器，由計(jì)算機(jī)控制切換調(diào)節(jié)3臺(tái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,；增加熱值儀,，串級(jí)調(diào)節(jié)高焦配比。采用西門子S7—300PLC和研華IPC 610工控機(jī)構(gòu)成DCS系統(tǒng),。S7—300PLC作為下位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)的采集,、運(yùn)算,、調(diào)節(jié),，其特點(diǎn)是：模塊化、無(wú)排風(fēng)結(jié)構(gòu),、易于實(shí)現(xiàn)分散,、運(yùn)行可靠、性價(jià)比高。CP5611卡為S7—300PLC與工控機(jī)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(gè)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(jí),、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(hào)，而且受到高爐煤氣流量的瞬時(shí)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(hào)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(dòng),；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(dòng)態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì),。
　　對(duì)熱值儀信號(hào)故障也有保護(hù)性,，在實(shí)際的運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)工人有時(shí)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(hào)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(shí)熱值調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)受到高爐煤氣流量的交叉限幅,，故在此三個(gè)信號(hào)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(dòng)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),。
　　2．1．2“雙閥同控"避“瓶頸"
　　 原設(shè)計(jì)一閥自動(dòng),、另一閥手動(dòng)，實(shí)際上兩閥都在手動(dòng)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(dú)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(shí),，其中一閥就會(huì)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(dòng)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(duì)此采用單臺(tái)調(diào)節(jié)器串調(diào)雙閥的控制方案,，即在計(jì)算機(jī)中設(shè)置一臺(tái)軟調(diào)節(jié)器，其輸出信號(hào)給到2臺(tái)手操器,，同時(shí)帶動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)蝶閥,。為防止二閥同時(shí)動(dòng)作造成超調(diào)，將2臺(tái)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(hào)與實(shí)際閥位反饋信號(hào)出現(xiàn)偏差時(shí),，死區(qū)小的手操器(電動(dòng)調(diào)節(jié)閥)首先動(dòng)作，若偏差不大時(shí),，就能糾正過來(lái),；當(dāng)調(diào)節(jié)量不夠時(shí)，偏差增大,，死區(qū)大的手操器(電動(dòng)調(diào)節(jié)閥)也動(dòng)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(shí),，常會(huì)出現(xiàn)同時(shí)超出二者死區(qū)范圍的現(xiàn)象，則二閥一同動(dòng)作,，使偏差迅速減小到一定范圍,，此時(shí)大死區(qū)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥停止動(dòng)作，剩余的小偏差靠死區(qū)小的調(diào)節(jié)閥來(lái)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(shí)際中既影響熱值,、又影響加壓機(jī)后壓力。所以,，混壓調(diào)節(jié)不好,，則熱值調(diào)節(jié)、加壓機(jī)后壓力調(diào)節(jié)都無(wú)從談起,。本回路為一串級(jí)隨動(dòng)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(dòng)而自動(dòng)計(jì)算設(shè)定,，同時(shí)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(lái)看,，機(jī)前混壓能夠隨高、焦煤氣壓力波動(dòng)而適時(shí)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(jī)后壓力的穩(wěn)定方面來(lái)看，機(jī)前壓力變化范圍不至于太寬,，減少了對(duì)加壓機(jī)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(tái)軟調(diào)節(jié)器控制2臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的方式，減少對(duì)機(jī)后出口壓力調(diào)節(jié)的干擾,。
　　2．3加壓機(jī)后壓力(變頻)調(diào)節(jié)
　　 加壓機(jī)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(jī)后出口壓力升高／降低時(shí),，增大／減小變頻器的輸出頻率。從而改變加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速,，以“變"求“穩(wěn)",。在計(jì)算機(jī)和變頻器上都設(shè)置了運(yùn)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(gè)頻率運(yùn)行下限是保證加壓機(jī)設(shè)備安全,、用戶正常生產(chǎn)的兩道防線,。
　　2．4加壓機(jī)后壓力(泄放)調(diào)節(jié)
　　 這是加壓機(jī)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(jī)后出口壓力升高／降低時(shí),，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(lái)時(shí)(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(shí)間都設(shè)得很小,，因而,，動(dòng)作很快，與變頻“雙管齊下",，可使壓力迅速降下來(lái),，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(jī)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(huì)出現(xiàn)既保持加壓機(jī)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(diǎn)：
　　(1)小偏差小動(dòng)作,、大偏差大動(dòng)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(huì)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(shí),，北閥“有錯(cuò)必糾"，南閥對(duì)北閥在調(diào)節(jié)中所累計(jì)的閥位變化不會(huì)坐視不管,，而是“該出手時(shí)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(shí)效果就不顯著了，此時(shí)取決于南閥的開度),。
　　(3)死機(jī)情況下,、變頻器仍然能保證運(yùn)行,。無(wú)論主機(jī)從機(jī)中任一掉電，或二者都掉電,，變頻器都運(yùn)行在其保護(hù)下限頻率上,，加壓機(jī)不會(huì)停機(jī)，保證了用戶的正常生產(chǎn),。
　　(4)簡(jiǎn)單可靠易“倒機(jī)",。通過軟件的巧妙設(shè)計(jì),，使加壓機(jī)的切換變得非常簡(jiǎn)單：將變頻器輸出頻率下調(diào)為零,、此時(shí)原運(yùn)行的加壓機(jī)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(tái)備用加壓機(jī)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(yùn)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(dòng)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(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè)公共對(duì)象,，這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng),，保證了系統(tǒng)高效率地運(yùn)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(jiǎn)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(dòng)篩篩板(沖孔板)在沖孔加工時(shí)，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(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低,、加工精度難以保證,。為此我們研制了自動(dòng)沖孔系統(tǒng),。 篩板沖孔裝置由沖床、 橫向工作臺(tái),、縱向工作臺(tái),、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(dòng)運(yùn)行按鈕，橫向步進(jìn)電機(jī)和縱向步進(jìn)電機(jī)分別啟動(dòng)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(tái)和縱向工作臺(tái)回到原始位置,。除了具有自動(dòng)完成橫,、縱向進(jìn)給，此裝置還具有點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給功能,。 此裝置以德國(guó)西門子（SIEMENS）公司S7-200系列PLC對(duì)沖壓機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)中的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制,，實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的自動(dòng)進(jìn)給。并使用TD200對(duì)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(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)。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(jiǎn)單,，操作方便，功能強(qiáng)大的實(shí)用性人機(jī)界面解決方案,，它通過一根TD/CPU電纜和PLC實(shí)現(xiàn)互連,，它具有如下功能：
　　
　　　　（1） 顯示從S7-200CPU中讀取的信息,；
　　
　　　?。?/span>2） 可以調(diào)整選定的程序變量；
　　
　　　?。?/span>3） 提供為具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘的CPU設(shè)置時(shí)間和日期的能力,；
　　
　　　　（4） 提供強(qiáng)制,、非強(qiáng)制I/O點(diǎn)的能力,；
　　
　　　　（5） 提供八個(gè)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(jī)驅(qū)動(dòng)器控制原理
　　
　　　　驅(qū)動(dòng)器的控制功能主要通過四個(gè)輸入點(diǎn)完成,。
　　
　　　　（1）公共端接地,。
　　
　　　?。?/span>2）脈沖信號(hào)輸出：每來(lái)一個(gè)脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一個(gè)步距角,。
　　
　　　?。?/span>3）方向信號(hào)輸入：控制步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)向，高電平正轉(zhuǎn),，低電平反轉(zhuǎn),。
　　
　　　?。?/span>4）脫機(jī)信號(hào)輸入：該端接受PLC控制信號(hào),，低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)相電流被切斷,，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）,。高電平或懸空時(shí)，轉(zhuǎn)子處于鎖定狀態(tài),。
　　
　　　　2）步進(jìn)電機(jī)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
　　
　　　?。?/span>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(tái)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(tái)和橫向工作臺(tái)的限位開關(guān),。
　　
　　　?。?/span>2）B1是自動(dòng)運(yùn)行按鈕；SB2是手動(dòng)工作臺(tái)前行按鈕,；SB3是手動(dòng)工作臺(tái)后行按鈕,；SB4是手動(dòng)工作臺(tái)左行按鈕；SB5是手動(dòng)工作臺(tái)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(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)行方式的控制。此PLC控制程序由一個(gè)主程序和兩個(gè)子程序組成,，一個(gè)子程序完成自動(dòng)運(yùn)行,，一個(gè)子程序完成手動(dòng)運(yùn)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(dòng)方式下,，橫向步進(jìn)電機(jī)首先運(yùn)行完成第一行孔的加工,，然后，縱向步進(jìn)電機(jī)使原料縱向進(jìn)給,；橫向步進(jìn)電機(jī)再次完成第二行孔的加工,。按此順序完成整個(gè)篩板的沖孔加工。最后工作臺(tái)回原點(diǎn),，以準(zhǔn)備下一個(gè)篩板的加工,。在手動(dòng)方式下，可以分別完成工作臺(tái)前進(jìn),、后退,、左行、右行的操作