西门子6ES512-1CK01-0AB0型号介绍

在合金钢连铸生产中，配水是一个确保生产顺行和产品质量的重要环节。传统的手动配水方式已不适应生产工艺要求，尤其是不能满足产品质量的需要。
　莱芜钢铁集团股份有限公司特殊钢厂(简称莱钢特钢厂)自行设计的合金钢连铸自动配水系统投入运行后，正常稳定，保证了连铸生产的顺行和良好的钢坯质量。该系统自动化程度高，维护量小，配水模型设计合理，完全满足不同钢种的工艺要求。

1 系统控制原理

　　该配水系统分为结晶器段和二冷段，二冷段又分为7段（即：足辊段、Ⅰ区宽面、Ⅰ区窄面、Ⅱ区宽面、Ⅱ区窄面、Ⅲ区宽面 、Ⅲ区窄面）。系统根据配水模型对各段的水量分别进行控制。
1.1 配水模型
　　连铸的配水与多种现场工艺因素相关。选择其中影响较大的因素—钢坯的拉速和钢种作为控制配水的主要条件。
　各段的配水量与拉速之间有一个比较合理的对应关系：
    Q =AV +B           (1)
式中Q ——某段的配水量；
　V ——钢坯的拉速；
　  A,B ——配水系数。
　由公式(1)可以看出，某段的配水量和钢坯的拉速成线性关系，当拉速发生变化时，所需要的配水量也要发生相应的变化。
　另外，不同的钢种，所要求的配水量也不相同。根据这些编制配水表，即对应不同的钢种，拉速和配水段制成一个表格，其中系数A、B 根据比水量计算得出。
　以轴承钢为例，配水模型见表1。系统根据模型进行配水量的计算。

1.2 控制方式
　　系统控制采用自动配水、流量设定和阀位设定3种方式。
　自动配水：由PLC将各种参数经过模型计算，控制输出相应的配水量，实现自动配水，该方式的优点是自动化程度高，反应迅速。
　流量设定：通过上位机设定某段配水量进行控制。这种方式主要是在水表的设定有偏差时，通过人工设定流量，而后进行配水模型的修正。
　阀位设定：通过上位机直接设定阀位。该方式主要应用在生产中的特殊情况下，例如：需要紧急调整或在生产前检查给水量情况。
　以上3种方式互相补充，灵活采用，可以很好地满足连铸配水要求。
1.3 自动控制原理
　　系统自动控制原理见图1。

图1 自动控制原理

    首先，通过上位机选择好钢种，下传到PLC中，由PLC选择相应的配水模型；PLC接受现场的拉速信号，经过配水模型计算，得出实际需要的配水量；同时与现场实际的配水量进行比较，经PID计算，得出控制阀位值，控制调节阀的开度，调节水量达到设定值；随着拉速的变化，反复循环该过程，实现自动配水控制。

2 系统组成

2.1 基本结构
　　系统主要由4部分组成：现场一次仪表，PLC控制机构，执行机构和上位机。系统结构见图2。

图2 系统结构

    根据工艺和控制要求，需要对各项工艺参数进行检测采集，作为系统控制的依据。检测包括：钢坯拉速、各段水量、温度、压力、阀位等。这些采集和对水量的调节主要由一次仪表来完成。
　PLC控制机构作为系统的核心部分，其功能由PLC控制器来完成。PLC负责收集各种信号，进行各种运算和转换，给上位机提供数据并接受上位机的操作指令，将控制信号输出给执行机构等，模板的配置见图2。其中每流的I/O点配置为：模拟量输入47点，模拟量输出15点，数字量输入16点，数字量输出16点。
    上位机完成画面监控，监控功能由工控机带显示器和打印机来实现。
　执行机构接收PLC的控制信号，由调节阀和切断阀完成对水量的控制。其中调节阀选用的是电子式直行程电动调节阀，控制精度高；切断阀选用的是24V双电控气动O型切断阀，动作时间不到2s。
2.2 应用程序
　系统所用的是施耐德PLC配套的编程软件，分别是PLC编程软件CONCEPET2.5和上位机组态软件MP7。
　PLC程序编写过程为：对系统进行硬件配置；配置变量表；编写DFB功能块,相当于“子程序”,包括配水模型、PID调节功能块等;后编写主程序,包括PID调节程序、报警程序、配水模型程序等。
　上位机软件组态包括SERVER和BUILD两大部分。SERVER是数据进行交换和存储的中心。包括变量表，历史数据库，报警数据库的设置等。监控画面包括整体工艺图，配水管路图，配水调节，历史趋势图，报警和水表选择画面等。

3 应用效果

　　系统投入运行一年多来，故障率低，几乎免于维护，没有更换过任何设备。成为莱钢特钢厂为稳定可靠的系统，具有以下特点：
    (1) 系统控制精度高，反应灵敏。调节阀的口径计算准确，水量的控制误差不到1%；工况变化时，水量的调节反映时间低于3s，从根本上避免了由于水量滞后所造成的“漏钢”等现象。
    (2) 控制方式灵活。在生产中，操作人员可以根据生产中的具体情况，自由选择各种控制方式。有手动、半自动以及全自动，并可针对不同情况选择不同控制方案。
    (3) 适应各种工艺要求。针对莱钢特钢厂生产合金钢产品的特点，该系统对不同钢种有相应的控制方案，同时，重点考虑象轴承钢等对质量要求高的产品，在配水模型上潜心研究，配水制度更为完整合理，为多钢种、高质量的连铸生产提供保证。其中，齿轮钢和轴承钢都一次试拉成功。

随着环境保护意识的深入普及和环保工业的发展，环保工控的需求标准越来越高。在国家大力整治的污水治理和大气监控项目中，所涉及的处理和监控系统，很多必须无人值守的设备或监测点，不适合搭建有线通讯网络。若采用光纤或电台的方式实现无线通讯，不仅设备投入耗资巨大，而且不适应移动的需要。
高速的数据传输和永远在线特点，配合按流量收费的资费方式，使GPRS 通讯的应用具有无可比拟的性价比优势。

该污水处理监控系统由工控机，各监控终端设备（如工业PLC、RTU和其他各种设备）和赫立讯MA8-9 GPRS 模块组成。在远程终端，用户数据被数据采集设备采集并处理后发送到MA8-9。MA8-9首先将数据打包成TCP/IP数据包，再转换成GPRS数据包，通过无线链路送到无线数据交换中心（MDEC），MDEC剥离GPRS数据包，并通过网关将TCP/IP数据包传送到Internet，通过Internet将这部分数据传送到中心，中心PlugMaster™系统通过Socket套接字接收TCP/IP数据包，并把它还原成原始数据。当数据由中心发送到终端方向时，情况是一样的。
整个系统界面友好，操作方便，可以实现各等级、权限密码保护，系统安全可靠。并可根据用户事先设定的监控范围、对多种指标进行监控，一旦超出设定范围，计算机立即报警，并将这些有关数据、工况记录下来，以供分析、处理。计算机所测数据可按一定时间间隔记录在硬盘上，也可以根据用户的要求在各种条件下存盘，用户根据需要随时调取有关数据进行显示、打印。同时还可以实现网络发布功能，让各终端电脑通过IE对服务器进行访问，实时了解监控数据，同样可以实现各种动画、表格、曲线的显示。满足不同权限实时了解各站点工作情况及各监测数据。

 组态王软件用于自动配料系统。自动配料系统主要用于建材、饲料等行业。现将组态王用于此类项目的实施进行简单的说明：
    此类工程的实施主要是使用组态王软件进行配料方案自动切换和维护。
    目前，配料系统的硬件组成主要就是以下两种方式：
    1、以板卡加PC机的模式；
    2、以PLC加PC机的模式。
    针对一些小型的配料系统如沥青、混凝土搅拌站等可以采用方案一的硬件配置，其系统简单、价格适中，可以满足用户的基本需求。
    其系统的配置一般如下：工控机+电子秤（如志美电子秤）+工业IO板卡（研华或其它系列）+多串口通讯卡（如MOXA卡）。也可以用RS232/RS485转换模块代替多串口卡。软件为组态王通用软件。这个系统比较小，配料过程也不太复杂。
    配料策略如下：
    1、选择适当的配方；
    2、计算实际重量；
    3、确认空秤皮重；
    4、选择自动配料方式；
    5、打开碎石1料门，配碎石料1，直到碎石料1达到设定值时(即碎石料1=秤当前重量减去空秤皮重)，关闭碎石料门开关，延时1秒，把当前秤重与空秤皮重的差值赋给实际碎石1并启动配下一批料标志。
    6、当配下一批料标志成立时，碎石料2料门打开，开始配碎石料2, 直到碎石料2达到设定值时(即碎石料2=秤当前重量减去空秤皮重再减去碎石料1重量)，关闭碎石料门开关，延时1秒，把当前秤重时减去空秤皮重重量再减去碎石料1重量之后赋给实际碎石2，启动配下一批料标志。运用组态王软件强大的组态功能，非常简单地实现了上述配料功能。
    当配料系统为大中性的饲料加工厂等大型配料系统，由于系统较复杂，采用板卡加PC的方案显然不能满足控制要求，可以采用方案2。
    该系统硬件配置为工控机+电子称（如志美电子秤）+PLC（三菱FX系列或西门子S7-200/300系列或其它系列）+DP通讯卡或其它的通信方式。软件配置为组态王通用软件。
    要配的料种类有：硅砂、方解石、备用料、***、硼砂、纯碱、霞石、长石、小料等，计算机根据人工设定的配料量、用否选择和预先设定的时序，来自动完成整个配料过程的各类连锁和控制。
    这两类配料系统均可实现如下功能：
    1）实现进料、放料、搅拌、出料的自动联锁和控制；
    2）能实现计量、进料、放料、搅拌、出料的手动操作的功能；
    3）能显示实时的工作状况和各种物料参数。可随时进行调用并显示、打印任何时间的报表与客户表。具有配比预存，可随时进行输入、修改或删除某种配比。
    4）美观实用的动态模拟。利用动态画面将计量和卸料过程中的配料阀门、秤量斗门、出料状态（秤斗内料位变化）进行模拟显示。
    5）具备粗称和细称功能。(精称提前量有自动调整功能，消除落差影响)，超差自动报警、自动扣除功能。
    6）具有操作员权限管理功能。
    7）具有现场管理及网络化的远程服务。
    8）支持第三方的商业数据库。
    目前亚控公司推出新一代软逻辑控制软件(KingACT)，在一定程度上可以取代PLC控制的功能，KingACT软件基于现场总线设备(或板卡)完成对设备的监控，并且与组态王软件无缝进行数据交换。具有良好的性价比。1 概 述
  　济南钢铁集团总公司（简称济钢）120t转炉一次除尘风机由德国TLT公司生产，煤气回收及一次除尘自动控制系统采用PLC技术，过程控制站采用Schneider公司的系列PLC，下位编程软件为基于bbbbbbs2000环境下的Concept2.5，上位监控软件采用面向网络的MP7及单机版Vijeo look。主要功能：根据操作人员在HMI（人机接口）上的操作指令、数据设定和现场各检测器的信号完成各个工艺设备或工艺过程的调节控制，进行工艺过程及设备状态的实时数据采集、整理传送到上位CRT显示，完成故障报警处理及显示。

2 生产工艺和控制要求
　　转炉煤气风机系统由风机、液力偶合器、电机、润滑油系统等组成；转炉煤气回收系统由旁通阀、三通阀、水封逆止阀、煤气放散点火系统、总测量系统等组成。生产工艺流程如图1所示。

图1 生产工艺流程简图

2.1 风机控制要求
　　转炉不炼钢时，风机低速运行，转速为487r/min；转炉开始炼钢，在前烧期，风机高速运行（1450r/min）；回收期、后烧期，活动烟罩下降，风机由高速降为1425r/min。1炉钢的冶炼周期为35～40min，其中煤气回收时间在10min左右。

2.2 煤气回收控制要求
　　当转炉兑完铁水后,鼓风机提速至1450r/min，高速运行，当煤气中O2含量小于2%、CO含量大于35%、转炉煤气柜不满即容积小于75000m3、加压站无故障允许回收、无设备故障等条件都满足时，打开水封逆止阀，到位后三通阀回收侧打开，转炉煤气经水封逆止阀、V型水封，进入转炉煤气总管，通过管道送入转炉煤气柜，转炉煤气被回收储存。当煤气中O2含量大于2%、CO含量小于35%、转炉煤气柜容积大于75000m3、加压站拒绝回收、出现设备故障等任一条件满足时，三通阀放散侧打开，到位后关闭水封逆止阀，转炉煤气经三通阀送入燃烧放散塔，经点火装置点燃放散。

3 控制系统构成及功能

3.1 系统构成
  　120t转炉一次除尘风机及煤气回收控制系统由1套PLC、2套HMI、系统服务器及打印机、特殊检测设备（CO、O2分析仪）、常规检测设备（电阻温度计、流量变送器、压力变送器等）、调节阀、网络通讯设备等构成。硬件系统配置见图2。

图2 系统配置

    系统设置2套HMI，集中监视地点设在转炉主控室及风机房控制室，2套HMI互为备用，共享操作，但不能两地同时操作，设置相应操作权限选择。

3.2 系统通讯
　　根据PLC、MP7、Vijeo Look与工业以太网的技术要求，通过工业以太网将上位机与PLC连起来，PLC通过远程I/O与远程设备相连，构成二级通讯网络，并在上位机之间通过以太网与相关系统相连，完成系统间的通讯。

3.3 系统功能
3.3.1 风机升降速控制 风机调速逻辑控制如图3所示。风机的升降速过程是按照一定速率进行的，不允许瞬间大范围跳变，气动执行器行程小于25%，上升或下降速率被限制在0.125/s。

图3 风机调速逻辑图 

3.3.2 煤气回收控制 控制重点是保障安全和阀门的顺序控制，程序见图4。本系统中，当三通阀故障，如果旁通阀处自动操作方式下，则旁通阀自动打开，但当三通阀恢复正常，为安全起见，不允许旁通阀自动关闭，必须人工确认一切正常后，手动将此阀关闭。系统还实现了每炉煤气回收量、回收时间指示，阀门开闭未到位报警，风机叶轮、各阀门冲水切断阀根据工艺要求适时开启及延时关闭等功能。

图4 煤气回收程序   

3.3.3 操作权限选择功能 由于有两套上位监控系统，原则上不可同时操作，故设置操作权限选择。
3.3.4 监控画面设置功能 煤气回收系统CRT操作主画面包括：一次除尘系统主画面、供油系统显示操作画面、离心式风机仪控显示操作画面、煤气回收系统仪控显示操作画面、煤气放散点系统显示操作画面、煤气回收总测量系统显示操作画面、煤气回收仪控报警画面、煤气回收系统趋势图画面。

　　120t转炉投产后，在相邻两炉钢的冶炼间隙，风机低速运行，当转炉兑完铁水后，鼓风机提速至高速运行，转速大于1420r/min，回收煤气，发现CO、O2含量符合回收条件的时间很短。分析是风机转速太高，抽力过大，吸入过多空气所致。将风机的高转速由1420r/min调整到1290r/min，回收煤气时间达到7min以上；烟气从烟罩到煤气回收的CO、O2分析点管线较长，滞后性大，且1炉钢吹炼时间15min左右，如果吹炼前风机降速较低，提速又有速率限制，等到满足回收成分的转炉煤气到达煤气柜，1炉钢的回收时间可能达不到10min，回收效果不理想。针对这一问题，在冶炼间隙，将风机低转速从487r/min提至700～800r/min。提速时间缩短，抽力加强，使烟气成分较快满足回收条件。
　　在风机调试过程中，曾因液力偶合器回油管道压力低，引起风机事故停车。实验发现液力偶合器工作油温度低容易造成回油管道压力低，风机提速过程应适当调整冷却水量。但目前设计中冷却水流量无法调节，为常量供水，可增加一个调节回路，在工作油管道取温度检测点作为被控参数，液力偶合器冷却水管线设流量调节阀，以实现自动调节。

　　120t转炉煤气回收及一次除尘自动控制系统投运以来，性能稳定，满足了工艺设备的要求，实现了自动调速、自动回收、CRT集中监控等功能，在调试过程中立足于**技术与适用性的有效结合，在严格完成设计要求基础上，不断完善原设计中的不足，保证了系统的正常运行。