西门子模块6ES7512-1CK01-0AB0安装调试
一、加热炉工艺简介
步进式加热炉在热连轧厂的主要作用是把冷钢坯送入炉内加热使钢的温度达到轧制所要求的温度。整座加热炉由炉体、上料辊道（A1-A8）（其中A3为板坯称量辊道，A1为板坯测长辊道）、炉内步进梁、出料辊道（C1、C3、C5、D4、D5）、中间辊道（C2、C4、C5、C6、D1、D2）组成，由它们共同负责完成钢坯入炉、步进、出炉的整个过程。加热炉设备的良好运行直接影响到整条轧线的正常运作。
为了与科技接轨，为了大限度地实现全自动化，在改造中我们采用了西门子S7-400系统来控制加热炉设备。
以下为加热炉的两张照片。其中图A中所示为正在将冷坯装入炉内的情形，图B中所示为正在将加热后的钢坯出炉时情形：
图A
图B
二、生产过程简介
存放在板坯跨的板坯，按生产计划所编排的顺序，用半门吊放在上料辊道上，然后送到称重辊道上进行板坯的重量和标号的核对，核对合格的板坯送往板坯测长辊道进行板坯长度测量，测长后按生产计划安排通过炉前装料辊道分别送到四座加热炉，板坯在炉前装料辊道上按指定的炉前位置完成准确定位，然后由推钢机或装钢机通过滑道或直接抬升前进送往炉内。将其推入加热炉内的固定梁上，再由步进梁托起板坯，使板坯在炉内步进式地进行加热。为使板坯准确停在固定梁上并使板坯间隙正确，在炉子入口处设有激光位置探测器检测板坯的位置。
板坯在炉内运送钢坯在正常情况下步进机械采用“正循环”操作，即板坯向出料端移动。板坯在加热炉的步进梁上步进式通过各段进行加热，当加热至规定温度的板坯在炉子出料端受到激光位置探测器时，步进机械在完成当前的正循环后停止。当接到轧机要钢信号后，此时由板坯托出机将板坯托放到出料辊道中心线上，然后运送到轧机前辊道，进行轧制。
三、控制系统构成
我们采用的是S7400的416型PLC,具备强大的逻辑及浮点计算能力、丰富的寻址方式、完整的与上位机通讯的协议、完善的数学函数功能，能快速响应来自传感器的信号，平稳实现钢坯在炉内的运输，避免了机械机构造成冲击的可能性。并可靠地实现了加热炉设备的手动、半自动、自动操作。
每座加热炉根据控制对象、实现功能的划分、各配置两套PLC分别用于传动控制、燃烧控制。每套PLC均由主机架部分与远程ET200分站组成。主机架均配置以太网卡与二级计算机及HMI服务器进行通讯。各传动PLC与公共PLC间有大量的信号进行交换，为了减少以太网的通讯负担，保证信号的实时性，所以各传动PLC与公共PLC采用MPI网络进行通讯。由于远程设备多、且有些远程设备在地理位置上比较集中，采用CPU通过PROFIBUS与远程ET200通讯的结构既能保证了系统整体快速响应，又能大大降低布线成本，是一个性价比极为合理的方案。
公共PLC硬件配置图如图1
四、PLC与传动之间的连接
在PLC与传动之间采用了MPI网络连接，采用全局变量进行传动与PLC间的通讯，全局变量的通讯方式更多依赖于硬件配置，不需单独编程，对于通讯的变量可直接引用，并且全局变量的硬件配置的下载可以在线进行，PLC不需重启。并且网络连接省去了原来的点对点硬线连接，降低了电缆的使用量同时也降低了故障点。
五、步进式加热炉动作的连锁条件
1、推钢机：
推钢机处于原始位置；B辊道停止并板坯定位完毕；步进机械处于下限；装料炉门打开；板坯至少有宽度的3/4推到固定梁上；CMD10、CMD12; CMD14、CMD16; CMD01、CMD02必须检测有钢,才能自动操作推钢机。手动操作的必要条件是步进机械处于原点,此种操作主要用于向空炉
2、装料炉门：
装料炉门正常工作时,两个炉门同时开启和关闭；推钢机推钢时,炉门打开到达上极限时推钢机才能推钢；推钢机返回到待机位置后炉门关闭；装料炉门自动开启只有当步进梁返回到下降后极限即原点后方可进行；装料炉门允许解除上述连锁后可进行手动操作。
3、步进梁：
步进梁（WB）与激光检测器连锁,板坯前进到遮断LD1、LD2或LD3时, WB在完成当前的正循环后停止等待或做原地踏步或做上升等待；WB与装料炉门连锁,装料炉门关闭时WB才允许动作；WB与推钢机连锁,推钢机不在待机位置WB不能起动,当连续装炉时, WB走一个循环后推钢机的大行程将入炉的板坯送入后与前一块板坯间距仍大于50mm时,则WB在下一个周期不能起动, WB退回原点或作踏步,若只是出料不装料时需解除连锁,便可动作。
WB与出料炉门连锁, WB处于原点时出料炉门才允许操作；WB与托出机连锁,托出机不在待机位置WB不能起动；炉底升降机构的行程控制: 炉底升降接近上限或下限时利用升降位置检测器发出信号,使传动电机至上限或下限时传动电机断电,制动器制动而停止；
WB炉底水平机构的加减速和行程控制: 炉底水平运动是由水平液压缸来完成, 水平运动的加减速和行程是靠水平位置检测器发出加减速信号,通过液压比例系统来实现的。 加减速的时间可通过计算机输入的数据来实现。步进梁的每步前进行程均由脉冲发生器输给计算机,以实现板坯在炉内的自动跟踪；
4、出料炉门：
出料炉门自动开启条件只有当步进梁返回到原点后炉门才允许打开；两扇炉门正常工作时是同步动作的，因此必须两扇炉门位置控制开关都断开（或闭合）才能确认到位。出钢机出钢时只有当炉门处于半开或全开时,出钢机托杆才允许前进,待出钢机完成出钢任务返回到待机位置后炉门关闭。出料炉门允许解除上述连锁后可进行手动操作。
5、出钢机：
加热炉内有加热好的板坯,板坯遮断激光检测器;轧机要钢信号。出钢机与步进梁不能同时动作。出料辊道停止,在该辊道上没有板坯; 出料杆向炉内移动前确定炉门半开或全开并发出信号。WB处于原点,双排料先出轧机侧,再出非轧机侧。托出机由3号操作室操作。
六、结论
S7-400 PLC控制系统在热连轧厂加热炉投入使用以来，大的优点在于使加热炉设备的自动化程度达到了空前的水平，从板坯的上料、辊道运行、数据跟踪、装钢、出钢全程实现了自动效果，避免了人为操作带来的失误，提高了设备的运行精度，减少了人员的操作强度。在维护方面则大幅度地减少了设备的维护量，提高了设备的工作性能，并且参数的在线修改极度方便，有利于根据现场实际及时调整设备连锁保护以及动作时序。通过实践证明，S7-400 PLC控制系统的使用为步进式加热炉的稳定运行提供了可靠的保证。
PLC控制在水泥工业应用越来越普遍,我厂在1996年新建七号水泥磨时,经技术准备,也采用了PLC控制。
1 程序设计
首先根据水泥磨工艺的要求,确定I/O点数。我厂确定为输入点52个,输出点83个,即I/O总点数为135个。这样我们选用PC时,就确定用C200H,配备十槽底板(即有十个通道),并选择了具有16点的输入输出单元,即选用4个输入模块共16×4=64点＞52点,和6个输出模块共16×6=96点＞83点,这样可满足工艺对输入量与输出量的要求,可以实现对一条水泥生产线的控制。我们自行设计了程序,现场安装调试后,运行良好。在设计时,根据工艺要求将控制设备分成五组。组,水泥成品输送组;第二组,水泥出口输送组;第三组,电收尘器组;第四组,磨机本体组;第五组,喂料组。每一组都有几台以上电气设备(如电动机等),然后列出每一台设备的I/O点数。本文只介绍第二组控制设备的I/O点数及相应地址、梯形图及控制原理等,以体现设计思想。
2 工作原理
现将本组输入输出点数列于表1、2,其中反馈信号是指现场的开停状态,如接触器的辅助接点状态或测速发电机的反馈等。
明确被控设备间的动作顺序,及其输入、输出量间的关系后,可设计梯形图(如图1)。
程控过程如下:
起动:按工艺要求开车顺序为04,并且间隔10s。在有了开车信号即00401与00403闭合后,翻板00006或00007与00013或00014到位即闭合以及蝶阀00010闭合的情况下,本组才具备开车条件。此时按下本组起动按钮00004,则有输出00407。现场收尘电机开动,00008闭合,接通PC内部时间继电器T001,延时10s输出00408。现场风机电机开动,00009闭合接通PC内部时间继电器T002,延时10s又输出00411。如此动作下去,直到延时输出00501提升机开动,起动过程结束,本组电气设备全部运转起来。
停车:按工艺要求停车顺序为005000408-00407,同样间隔10s。按动本组停车按钮00005,则在00005由ON-OFF转变时,微分指令FUN(14)10009变为一个扫描时间的ON态,使锁存继电器FUN(11)10010保持住ON态,于是断开了00501的输出,本组设备按起动顺序后一台电机个停车。与此同时,由于FUN(11)10010一直保持ON态,PC内部时间继电器T005延时10s打开00500,T006又延时10s打开00411,T007延时10s打开00408,T008延时10s打开00407,即按停车顺序台电机后一个停车。此时本组电气设备全部停车,停车过程结束。
3 设计要点
(1)PC机内部时间继电器T001、T002、T003、T004分别定时10s,使得按起动顺序04间隔10s依次输出,电机依次起动。T005、T006、T007、T008也分别定时10s,使得按停车顺序005000408-00407间隔10s依次停车。
(2)为使PC严格按照现场实际运行情况而执行操作,在程序设计时,不用PC输出触点与下一台设备联锁,而用现场运行状态的反馈信号与下一台输出联锁。例如,输出的00408就不用触点00408,而用现场反馈回的状态00009去联锁下一个输出。这样在00408有输出而现场电机因故障而没有开起来的情况下PC就不会执行下一个输出。如果用00408的输出触点作为联锁,则不管现场是何状态,PC机将按程序一直执行下去,输出后,将有可能造成事故。
(3)FUN(14)与FUN(11)的配合使用。例如,对于输出00408,当有反馈,00009处于ON态,当人为或故障停车时00009由ON→OFF,微分FUN(14)10001变为一个扫描时间的ON态,使锁存继电器FUN(11)10002保持住了ON态,断开了00408的输出,达到现场停车与PC机停止执行同步。否则,将产生误操作甚至事故。
4 分析与总结
4.1 “烧点”问题
PC安装调试中容易出现“烧点”的现象或事故。在七号水泥磨调试过程中输入模块烧了两个点,究其原因是在接线上沿用了“COM地”的经验,将输入模块的COM端都连在了地线上(相当于零线),当某一有源线误混入输入点时与COM线构成了回路。若对于输入电源是～220V的输入模块将不致产生“烧点”,而对于输入模块电源是24V DC来说,将使其输入端小的电容与电阻承受过压(～220V)而烧毁即“烧点”。当COM不接地(零线)时,即使有误接线,输入端“烧点”问题也不存在了。
4.2 输入电源
C200H CPU本机带24V DC 0.3A电源可作为输入电源用。但当输入点数多而线路又长,24V DC 0.3A的电源容量将不够,且电压会有很大的衰减。其后果是输入显示二极管不亮或输入三极管不工作,PC也将无法执行操作。所以必须外加一个较大容量的24V DC电源,可与CPU 24V DC本机电源相并联,共同作为输入模块的输入电源用。
4.3 I/O布线
动力线、输入输出线及控制线应分别走各自线槽,若在同一线槽内布线,应选用屏蔽双绞线并把屏蔽端接到电源地线端子上。C200H安装手册上并未强调I/O输入输出线应分开,于是在现场施工调试中出现了问题(参看图2)。当转换开关WK转到PC位时(即切除继电器操作而用PC操作时),PC线通过线圈或指示灯将变成有源线。这样,当PC输出线与无源的输入线放在同一电缆内布线时,有的输入点上就感应出交流电压,对地(零)量接近～220V。这对于输入模块输入电源是24V DC来说是不允许的。当PC线与无源的输入线分别放在不同电缆且又放在同一线槽内时,有的输入点亦可感应出几十伏的交流电压,也是不允许的。所以同样也应将输入线与输出线布在不同的线槽内,或采用屏蔽线并把屏蔽端接地(零线)上。
