2022年PLC在石灰窑监控系统中应用技术.docx

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1、PLC 在石灰窑监控系统中地应用.0 前言在钢铁公司中 ,石灰窑产出地石灰一般供炼钢和烧结使用.某钢铁公司现有地是机械石灰 竖窑 ,由于机械石灰竖窑采纳固体燃料,生产出地石灰活性度低、CaO 地含量低、并且附带对炼钢有害地 S、SiO2 地含量较高 .现代化工业地进展对钢材及质量地要求越来越高,对降低钢中地有害元素及杂质地要求也越来越严格.为了满意市场需求,冶炼高干净钢日益受到各钢铁 企业地重视 .针对以上地问题 ,某钢铁公司依据现有地煤气条件新建一座气烧石灰窑,采纳先进地机械设备和掌握方法,生产出高活性度、高CaO、低 SiO2、低 S、低杂质地石灰供应炼钢和烧结 ,是必要地 ,也是合理可行

2、地 .当前可编程掌握器（ PLC）是专为工业环境下应用而设计地工业掌握运算机,已经成为电气掌握系统中应用最为广泛地核心位置,它不仅能实现复杂地规律掌握,仍能完成各种次序 或定时地闭环掌握功能,并且抗干扰才能强、牢靠性高、稳固性好、体积小,能在恶劣环境下 长时间、不间断运行 ,且编程简洁 ,保护便利 ,并配有各类通讯接口与模块处理,可便利各级连接 .1 石灰窑过程监控系统地运行环境依据生产工艺 ,石灰窑生产地过程监控部分采纳典型地两级监控方式.上位机以标准地工业掌握运算机（ IPC）作为主要地人机界面Human-MachineInterface, 为生产治理级 ,完成对下位机地监控、生产操作治理

3、等,主要面对操作人员；下位机由Siem-ens SIMATICS7-300 地 PLC 构成,为基础测控级 ,完成生产现场地数据采集及过程掌握等, 面对生产过程 . 工控组态软件WinccWindowsControlCenter 是一个集成地人机界面（HMI ）和监控治理系统,它是 Sie-mens 公司在过程自动化领域中地先进技术和微软公司强大软件功能相结合地产物,是世界上第一个集成地人机界面（HMI ）软件系统 .它真实地将工厂掌握软件集成到自动化过程中.本文介绍地过程监控系统共需要处理130 个数字量输入点、54 个数字量输出点、 37 个模拟量输入点和8 个模拟量输出点 ,下面就该系统

4、地掌握要求作简要概述：（ 1）在生产过程中 ,存在大量地物理量,如压力、 温度、流量等模拟量参数.需要通过 PLC对这些参数进行实时采集和处理.（ 2）石灰生产过程自动掌握,即实现整个上料和出料过程地全自动掌握,进行故障诊断 ,并在监控画面上显示上料批次以及出料时间.（ 3）煤气加压站和空气加压站地掌握,煤气流量、煤气压力、空气流量和空气压力采纳 手操器掌握 ,确保煤气和空气以肯定地比例混合,使得窑内地气体燃烧地更充分,并对其故障7 / 6实现实时报警和连锁停机掌握.依据以上地掌握要求 ,下面我们将详述为满意石灰窑过程监控系统所需要地硬件和软件组态 .2 硬件组态为了满意上面提到地石灰窑过程监

5、控系统地掌握要求,在本文中我们采纳西门子公司地S7-300 可编程掌握器 ,S7-300 采纳模块化设计 ,在一块机架底板上可安装电源、CPU 、 I/O 模板、通信处理器CP 等模块 ,并且可以通过接口模块实现多个机架地扩展工作方式.依据要求本系统所选用地硬件如下所示：（ 1）研华地工业掌握运算机 （ IPC ）,操作系统为 Windows 2000 Professional, 采纳 Pentium处理器 ,2.66GHz 主频,256M 内存 ,40G 硬盘；（ 2）Siemens SIMATIC PLC S7-300,CPU 314；（ 3）Siemens SIMATIC 8*12bit

6、地模拟量输入模块5 块；（ 4）Siemens SIMATIC 4*12bit地模拟量输出模块2 块；（ 5）Siemens SIMATIC 32bit地数字量输入模块10 块；（ 6）Siemens SIMATIC 32bit地数字量输出模块1 块,16bit 地数字量输出模块1 块； 组态地主要工作是完成硬件型号参数设置、通讯模式挑选、设定总线地址、传输方式、数据通讯方式等 .使用西门子 PLC 专用编程软件 STEP 7 进行组态 .详细地组态过程是这样地： 打开 SIMA TIC Manager, 进入 STEP 7, 创建一个 STEP 7 工程 ,新建 S7-300 工作站 .选中

7、某个站地 Hardware 并双击 ,打开硬件组态程序 HW config, 依据上面所选地硬件进行组态,基于硬件地组态图如图 1 所示 .在这里要注意 ,由于 S7 300 采纳地是固定槽编址 ,如电源模块 PS 307 10A 放在表中地一号槽位上,CPU 插入二号槽位 ,三号槽位为接口模块保留,本系统中用地接口模 块是 IM365, 从四号槽位开头可以插入最多八个信号模块（SM ）、通讯处理器（ CP）或功能模 块 （ FM ） , 每 个 模 块 地 地 址 在 组 态 硬 件 下 面 地 模 块 信 息 窗 口 中 显示. 图 1. PLC 地硬件组态图3 软件组态在本系统中 ,上位

8、机用 SIMATIC WinCC V5.0组态软件 ,下位机用 SIMATIC STEP 7 V5.1编程实现 .下面将分两部分详细介绍软件组态.3.1 人机界面（ HMI ）组态在上位机上用 WinCC 软件设计了标准地人机界面,主要包括以下几个方面地内容：（ 1）工艺流程图：如图2 所示 ,在该画面中通过编程实现动态模拟显示整个石灰窑地现场上料和出料过程 ,并且在窑体上实时显示了各燃烧带地温度,以便于操作者能准时精确地把握窑内地燃烧情形 .能够对现场设备地故障进行实时诊断.（ 2）手操器地操作与对现场外表地监控：手操器有手动和自动两种工作方式,在设备安装调试阶段一般用手动操作方式,进入正常

9、运作经常用自动方式,以实现对一些重要地模拟量数据地精确掌握 ,自动调剂程序由 PID 闭环掌握回路完成.（ 3）报警记录：对于如煤气流量、压力等一些重要地模拟量输入参数进行实时报警, 当处于监控下地任何一个变量超出预先设定地安全值时,报警灯就会立刻闪耀 ,同时会自动弹出一个报警对话框 ,在该对话框中操作者可以检查报警超出地范畴以及错误地出处,并对此实行相应地措施 .（ 4）历史趋势：在此画面中除了实时显示变量地变化趋势,操作员仍可以检查过去地过程数据记录 , 通过对过去历史趋势地比较进而可以对变量将来地进展趋势做进一步地猜测. 图 2. 石灰窑监控系统地工艺主画面下面就 Wincc 地开发过程

10、中地编程技巧作简要概述,由于 Wincc 供应嵌入式 C 语言编程 ,用户可以编程实现特殊地功能.比如在 Wincc 系统组态编程中 ,Tag 是核心概念 ,我们把它懂得为一个外部数据 ,可以和下位机地一个内存地址单元同步更新,称为过程 Tag；也可以作为Wincc 系统组态编程地一个全局变量,称为内部 Tag（InternalTag） .因此 ,上位机和下位机地数据通讯是通过过程Tag 实现地 ,而不同版本地 Wincc 软件供应地过程 Tag 地最大数量有限 , 在这里过程 Tag 地数量越多当然价格就越高,考虑实际系统地性价比,我们需要在现有地版本基础上扩展 Tag 地数量 .当需要地工

11、艺参数超过Wincc 版本限制地 Tag 数目 ,可以用嵌入式C 语言编程实现多个工艺参数打包成一个Tag 传送.举个例子说明一下是如何实现这个过程地, 例如 ,下位机 PLC 从现场采集到地三个温度参数TC-001 、TC-002 和 TC-003, 都是 16 位整数 , 分别存放在DB1.DW10 、 DB1.DW12 、DB1.DW14, 在 Wincc中定义一个过程Tag,命名为PackageTag,类型为 32 位整数 ,地址为 DB1.DBD10, 再定义三个内部Tag,名称同上 ,在 Global Script 中 C 语言编程如下：Unionlong Dword ；int W

12、ord3 ；Union ；Union.Dword=GetTagDWord“PackageTag”； SetTagWord“TC-001”,Union.Word0；SetTagWord“TC-002”,Union.Word1； SetTagWord“TC-003”,Union.Word2；这样三个参数就可以通过一个过程Tag 传送上来了 .理论上 ,只要下位机地内存足够 ,可以传送任意数量地参数而不受Wincc 版本地限制 .3.2 PLC 编程系统掌握软件由主程序和多个子程序模块组成地,它是以 Siemens SIMATICS7 STEP7 V5.0 编程软件为开发环境 ,STEP 7 一般有

13、三种编程方式 ,即 LAD 、STL 和 FBD, 本文中采纳地是梯形图方式编程 .本系统中现场设备都有两种工作方式,即手动和自动方式 .下面用 STEP 7 实现整个上料系统地自动掌握,图 3 为上料部分在自动工作方式下地主流程图.PLC 地一个显著特点就是进行规律掌握,可以把这种掌握有效地应用在处理模拟量数据中,如模拟量数据地采集与变送.对于象温度、压力、流量等这样地模拟量输入输出参数必需实时在线采集和测量,检测部分由一次外表构成,即测量温度地热电偶或热电阻,测量流量地孔板 ,测量压力地电动差压变送器或压力变送器等.信号处理部分包括变送器、转换器、变换器等 ,作用是将传感器地输出信号进行放

14、大、线性化、转换等处理后,变换成标准信号输出给PLC, 在 本 文 中 经 过 变 送 器 转 换 地 信 号 为4 20mA地 标 准 地 电 流 信 号 输出.图 3. 石灰窑自动上料部分地主流程图4 通讯方式为了满意在单元层和现场层地不同要求,SIEMENS供应了以下网络： MPI方式 ,MPI 网络可用于单元层 ,它是 SIMATIC S7,M7和 C7 地多点接口 ,MPI 从根本上是一个 PG 接口,它被设计用来连接 PG 和 OP（人机接口） .工业以太网 （ Industrial Ethernet ）是一个用于工厂治理和单元层地通讯系统,被设计为对时间要求不严格用于传输大量数据

15、地通讯系统,可以通过网关设备来连接远程网络.工业现场总线 （ PROFIBUS ）是用于单元层和现场层地通讯系统 ,主要有用于对时间要求严格地PROFIBUSDP,用于智能主机和现场设备间地循环地数据交换 .点到点连接（ Point-to-point connections ）最初用于对时间要求不严格地数据交换 , 可以连接两个站或连接以下设备到 PLC, 如 OP,打印机 ,条码扫描器等 .依据本系统地特点 ,我们选用 MPI 通讯方式 ,MPI 连接地优点是 CPU 可以同时与多个设备建立通讯联系 ,即编程器、HMI设备和其他地 PLC 可以连接在一起并同时运行.无需另外编写通讯程序,MPI 接口通过西门子公司地 CP5611 网卡与上位机通讯,它地主要特性为：采纳RS485 物理接口；传输率为 187.5Kbps ；两个相邻节点之间地最大连接距离为50m.5 结论本文争论了基于 PLC 地石灰窑过程监控系统地设计与实现.本掌握系统已在生产线上得到实际使用 ,为企业带来了可观地经济效益和良好地社会效益.在该系统中 PLC掌握充分发挥了其配置敏捷、掌握牢靠、编程便利和可现场调试地优点,给整个系统地稳固性带来较大 地好处 . 这种方法对其它生产线或设备地掌握有肯定地参考作用