西門子PLC實際應(yīng)用
前言
隨著計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,以微機(jī)處理為核心的可編程序控制器(PLC)控制已逐步取代繼電器控制,普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動控制領(lǐng)域,礦山采礦運輸系統(tǒng)也不例外,吉林吉恩鎳業(yè)股份公司大嶺礦GKTD型提升機(jī)電控系統(tǒng)即為西門子PLC(S7-300)控制系統(tǒng),整個控制系統(tǒng)自動化程度高,方便維護(hù),運行可靠。
礦井提升機(jī)是礦山井下采礦運輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,它承擔(dān)礦物的提升,人員的上下,材料和設(shè)備的運送。礦井提升機(jī)作為地面與井下物質(zhì)與人員流通的運輸工具,在操作安全性和提升控制性等 方面都有很高的要求。提升機(jī)的運行直接影響礦井生產(chǎn),而且也與礦山職工的生命安危息息相關(guān)。
原電控系統(tǒng)已運行多年,而且均采用繼電器連鎖,模擬分立電子元件控制,使檢修和維護(hù)的難度非常大,一旦出現(xiàn)問題無法立即監(jiān)測故障點,各種分立電子元件容易老化,監(jiān)測和更換難度比較大。組合件都是在觸點開關(guān)狀態(tài)下工作,由于頻繁動作,造成觸點接觸不良及器件的使用壽命減少,且噪聲較大。
為了便于對提升機(jī)運行的準(zhǔn)確操作,方便物質(zhì)與人員上 下,防止 沖罐、墜罐等惡性事故的發(fā)生,控制提升機(jī)任一時刻在井中的位置與運行速度,減少系統(tǒng)的故障率,提高系統(tǒng)的可維護(hù)性.我公司根據(jù)根據(jù)實際運行和維護(hù)的要求,在細(xì)致研究原電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)外提升機(jī)的運行及改造情況,對原有的電控系統(tǒng)提出了以下改造方案。
1 方案介紹
⑴采用模塊組合式設(shè)計思想,結(jié)構(gòu)緊湊,方便、靈活、占地小,易于系統(tǒng)的維護(hù)與功能的擴(kuò)展。
⑵整機(jī)采用西門子PLC(S7-300)控制,采用內(nèi)部繼電器代替外部中間繼電器和時間繼電器,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,減小系統(tǒng)的故障率.實現(xiàn)了系統(tǒng)的程序化運作和故障自診處理。運行穩(wěn)定,安全可靠。
⑶對于主電路過電壓過電流保護(hù)環(huán)節(jié),保留原有的電流繼電器,主脫扣空氣開關(guān),和逆功率繼電器。并且把節(jié)點送入PLC處理。
⑷在保留原來測速發(fā)電機(jī)做為測速反饋的基礎(chǔ)上,增加高精度編碼器實現(xiàn)提升機(jī)的位置和速度、方向監(jiān)測,運用軟件編程,實現(xiàn)提升機(jī)的限位保護(hù)、等過速度保護(hù)、低速,亞同步速,爬行等進(jìn)行靈活的處理。及時發(fā)出預(yù)報警信號,故障緊急處理等。
⑸按照以電流為主時間為副的控制思想,自動調(diào)整切除電阻的時間,保障提升機(jī)的平穩(wěn)啟動,而與提升負(fù)載無關(guān),同時實現(xiàn)啟動保護(hù),運行保護(hù)。同時時間繼電器全部由PLC內(nèi)部繼電器,不需要進(jìn)行整定,需要的時候可以進(jìn)行手動修改.
⑹對可調(diào)閘環(huán)節(jié),稍作改進(jìn),保持原有的操作方式,對其控制部分進(jìn)行重新設(shè)計,以接入整個系統(tǒng)實現(xiàn)控制和監(jiān)測。CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)的控制處理后通過模擬量的輸出來控制模塊化的可調(diào)電源,用其對可調(diào)閘線圈進(jìn)行控制。增加了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,可靠性。
⑺對于可控硅動力制動環(huán)節(jié),采用先進(jìn)的數(shù)字觸發(fā)電路,對其觸發(fā)電路進(jìn)行改造。其控制也采用CPU進(jìn)行統(tǒng)一的控制和處理。保留原有的控制方式,增加一個電壓反饋板,以進(jìn)行更加和可靠的控制。
⑻二次制動由自動進(jìn)行調(diào)節(jié),但手動可以調(diào)節(jié)二次制動的力度和時間。停電和過卷時,通過程序來實現(xiàn)故障保護(hù),實現(xiàn)連鎖。
⑼自整角機(jī)部分:除保留用于深度指示的一對感應(yīng)自整角機(jī),用于帶動操作臺上的園盤指示器.手閘自整角機(jī),腳踏動力制動自整角機(jī),減速段速度給定自整角機(jī)均換為軸角轉(zhuǎn)換器。取消的原來磁放大器,采用軸角變換器把角度信號轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)信號,實現(xiàn)1/5000的轉(zhuǎn)換精度,接入CPU進(jìn)行統(tǒng)一處理。
⑽控制系統(tǒng)的主要電器元件均采用進(jìn)口元件,大大降低了設(shè)備的故障率。
⑾對系統(tǒng)信號進(jìn)行全面檢測,具有提升機(jī)運行狀況的實時顯示和各種保護(hù)指示,便于司機(jī)快速做出反應(yīng),也便于檢修和維護(hù)。
⑿可由計算機(jī)來設(shè)定和監(jiān)視提升機(jī)的運行情況,修改參數(shù)和進(jìn)行故障排除等。
2 控制系統(tǒng)簡介
計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間,本控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,結(jié)構(gòu)緊湊,采用柜內(nèi)集中安裝,各功能模塊之間通過并行背板總線相連,將控制系統(tǒng)分成獨立而又相互的子系統(tǒng),以適合I/O分散安裝的控制程序。
CPU均采用IEC1131-3或STEP7編程語言,STEP 7是專為SIMATIC可編程序控制器配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包,它是SIMATIC公司工業(yè)控制軟件的一部分.我們要用的是關(guān)于STEP 7 SIMATIC S7-300/S7-400, SIMATIC M7-300 /M7-400,符合EN61131-3或IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn).
它具有以下功能:
⑴ 完成各種工業(yè)控制,建立和管理項目
⑵對硬件和通訊作組態(tài)和參數(shù)賦值
⑶管理符號及創(chuàng)建程序,向可編程序控制器下載程序,上傳數(shù)據(jù)
⑷ 診斷設(shè)備故障
⑸測試自動控制系統(tǒng)
⑹功能強(qiáng)大的軟件處理指令
⑺具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能
軸角變送器采用自整角機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器作檢測元件,運用檢測技術(shù),將旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的角度經(jīng)微處理器進(jìn)行處理后換算成角位移或直線位移輸出。 取消了傳統(tǒng)的SD變換,提高了轉(zhuǎn)換精度。 該模塊同傳感器組合相當(dāng)于8~16位的編碼器測量精度,其性價比遠(yuǎn)高于編碼器測量方式,是工業(yè)現(xiàn)場zui為理想的角位測量模塊。
高精度編碼器選用E6C2-A, 其精度能達(dá)到1024或更高,耐沖擊性能達(dá)到1000M/S2,具有*的耐用性,且采用密封軸承,達(dá)到IP64防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),可以在惡劣的環(huán)境下使用。運用軟件編程,實現(xiàn)提升機(jī)的位置和速度、方向監(jiān)測,,實現(xiàn)提升機(jī)的限位保護(hù)、加速度保護(hù)、位置檢測,及時發(fā)出預(yù)報警信號。
3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)
由于自動化程度的提高,極大地增加了設(shè)備運行效率,可為企業(yè)的高產(chǎn)、連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。廣泛吸取了當(dāng)今同類先進(jìn)技術(shù),將模擬機(jī)用于控制、檢測、保護(hù)、信號等任務(wù)的硬件設(shè)備的功能由計算機(jī)軟件來實現(xiàn),極大地簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。經(jīng)改造后整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)能達(dá)到以下要求:
⑴系統(tǒng)的可用性
系統(tǒng)的設(shè)計充分考慮了在整個工程環(huán)境中的不同因素,以保證在現(xiàn)場安裝調(diào)試后立即適用并進(jìn)入穩(wěn)定可靠運行。
⑵系統(tǒng)的可維護(hù)性
系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)備便于維護(hù),各部件都具有自檢和聯(lián)機(jī)診斷校驗的能力。軟件有備份,便于工程師維護(hù),應(yīng)用程序易于擴(kuò)充,便于用戶自行編制的程序加入系統(tǒng)中運行。
⑶系統(tǒng)的可靠性
系統(tǒng)在工程現(xiàn)場運行具有很高的可靠性,其平均*時間MTBF≥30000小時。除了符合要求的保護(hù)和閉鎖功能外,還增加了軟件的保護(hù)功能。
⑷系統(tǒng)的容錯能力
軟、硬件設(shè)備具有良好的容錯能力,當(dāng)各軟、硬件功能與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的通訊出錯,以及當(dāng)司機(jī)或運行人員在操作過程中發(fā)生一般性錯誤時,均不影響系統(tǒng)的正常運。行。對意外情況引起的故障,系統(tǒng)具備恢復(fù)能力。
⑸系統(tǒng)的安全性
正常情況下,硬件和軟件設(shè)備的運行均不會危及現(xiàn)場設(shè)備的安全穩(wěn)定運行和工作人員的安全。保障對設(shè)備和工作人員的安全。
⑹系統(tǒng)的抗電磁干擾能力
系統(tǒng)具有足夠的抗電磁干擾能力,加入軟件濾波,符合IEC標(biāo)準(zhǔn),確保在各種環(huán)境中的穩(wěn)定運行。
5結(jié)束語
該控制系統(tǒng)于2003年年底正式投入運行,系統(tǒng)年可用率大于99.9%。該設(shè)備具有運算速度快、控制精度高、誤差小、穩(wěn)定性好、功耗低、系統(tǒng)功能易于調(diào)整、參數(shù)設(shè)置簡單等優(yōu)點。
核心提示: 西門子冶金技術(shù)部開發(fā)了一種能夠從電弧爐的高溫廢氣中回收熱能的系統(tǒng)。以前那些排入環(huán)境中而未得到利用的熱能如今將被用來產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽既可以在鋼廠的其他工藝中得到有效使用,也可以用于發(fā)電。系統(tǒng)具有模塊化結(jié)構(gòu),可以根據(jù)需要回收的熱能數(shù)量確定規(guī)格,并可以集成到現(xiàn)有的廢氣冷卻系統(tǒng)中。
蒸汽可以直接使用或用于發(fā)電
降低蒸汽成本并減少礦物燃料消耗
模塊化結(jié)構(gòu)便于對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造
西門子plc冶金技術(shù)部開發(fā)了一種能夠從電弧爐的高溫廢氣中回收熱能的系統(tǒng)。以前那些排入環(huán)境中而未得到利用的熱能如今將被用來產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽既可以在鋼廠的其他工藝中得到有效使用,也可以用于發(fā)電。系統(tǒng)具有模塊化結(jié)構(gòu),可以根據(jù)需要回收的熱能數(shù)量確定規(guī)格,并可以集成到現(xiàn)有的廢氣冷卻系統(tǒng)中。為了zui大限度增加蒸汽產(chǎn)生量,可以用該系統(tǒng)*取代電爐煉鋼廠的普通廢氣冷卻系統(tǒng)。噸鋼能量需求可以減少22.5千瓦時,這已在土耳其一家鋼廠得到證實。如果將產(chǎn)生的蒸汽用于鋼廠內(nèi)部電站給水的預(yù)熱,則節(jié)煤潛力可能達(dá)到每年45,000噸。
為了降低運行成本和滿足環(huán)保要求,越來越多的電爐鋼廠正在努力提高自己的能源效率。盡管基于廢鋼回收的電爐鋼生產(chǎn)路線的單位能量需求遠(yuǎn)低于基于鐵礦石的生產(chǎn)路線,但仍然是一種耗能型工藝。根據(jù)操作方式的不同,電弧爐使用的能量有多達(dá)三分之一損失在廢氣中。廢氣的顯熱通常經(jīng)由水和空氣冷卻系統(tǒng)排入環(huán)境中,而沒有得到利用。
廢氣的溫度往往高達(dá)1,800°C。為了讓這部分?jǐn)?shù)量可觀的熱能得到利用,西門子開發(fā)了一種蒸汽發(fā)生系統(tǒng),能夠集成到現(xiàn)有的電弧爐廢氣冷卻系統(tǒng)中,或者可以將其*取代。該系統(tǒng)的組成包括一臺鍋爐(含汽包)、管路、水箱、鍋爐給水泵組以及配套的傳感器。一組給水泵向鍋爐供水,并且保證必要的壓力。為了提高回收性能,系統(tǒng)可以采用一種稱之為“節(jié)約器”的給水預(yù)熱裝置。在向鍋爐汽包給水之前,這種節(jié)約器能夠?qū)⑺訜岬浇咏悬c。
為了盡可能地從電弧爐廢氣中提取熱能,西門子新開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計了許多不同的輻射和對流傳熱面。水在循環(huán)泵組的作用下通過配水管流到受熱面,供水量取決于管路的不同幾何形狀和相應(yīng)部分的熱負(fù)荷。相應(yīng)調(diào)節(jié)的循環(huán)率保證了鍋爐系統(tǒng)運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在每次循環(huán)中,汽包和傳熱面之間都有一定量的鍋爐水蒸發(fā),產(chǎn)生的蒸汽泡隨后在汽包內(nèi)與水分離。由于冶煉工藝并不穩(wěn)定,可以考慮安裝一個蒸汽緩沖罐,以平衡蒸汽的發(fā)生。
西門子plc熱回收系統(tǒng)專門針對鋼廠的惡劣條件而設(shè)計。廢氣中含有大量的灰塵和腐蝕性成分,廢氣的溫度和流量不斷變化,這些問題都必須加以解決。另外,系統(tǒng)還配備了必要的安全裝置,以滿足《壓力設(shè)備指令》的要求。系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)不同鋼廠的具體需要進(jìn)行調(diào)整,因而便于對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造。用戶可以選擇直接以蒸汽形式使用回收的能量,或者將其供給蒸汽渦輪機(jī)用于發(fā)電。
在一家土耳其鋼廠中,西門子在一座出鋼量為190噸的電弧爐上安裝廢氣能量回收系統(tǒng),并對效果進(jìn)行了分析。研究的系統(tǒng)方案是在鋼廠的自有燃煤電站利用回收的熱能對給水進(jìn)行預(yù)熱。連續(xù)產(chǎn)生的50巴(絕壓)高壓蒸汽能夠使該電站每年節(jié)省用煤大約45,000噸。如果將蒸汽直接用于發(fā)電,則電力輸出能夠達(dá)到5兆瓦。這相當(dāng)于每噸鋼水的單位能量需求減少22.5千瓦時。西門子plc
· 1引言
裝配線上共計20余個工位,包括7個普通轉(zhuǎn)臺、2個維修轉(zhuǎn)臺、4個無滾輪舉升臺、7個單向滾輪舉升臺以及2個翻轉(zhuǎn)機(jī)。
整個被控對象包括22個工位,每個工位上包含必需的轉(zhuǎn)移電機(jī)或舉升電機(jī),此外還有32個生產(chǎn)線傳輸電機(jī)。每個工位均由一個ET200S和一個ET200eco從站組成,用于該工位的I/O點數(shù)據(jù)采集和發(fā)送以及分散控制。
2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
系統(tǒng)包括操作員站、工程師站、自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場I/O站等幾個部分。
系統(tǒng)各部分功能:
操作員站:提供全漢化人機(jī)界面,實現(xiàn)控制系統(tǒng)的監(jiān)控操作功能(操作、顯示、報表、報警、趨勢),并且可以在人機(jī)界面上直接查看對應(yīng)的step7源程序。
工程師站:用于系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)。
自動化系統(tǒng):使用SIMATIC控制器完成回路調(diào)節(jié)和邏輯運算。
現(xiàn)場I/O站:使用現(xiàn)場總線技術(shù),在設(shè)備現(xiàn)場直接采集現(xiàn)場儀表的信號,控制現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)場總線ProfiBus:用于連接控制單元與操作員站以及管理網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模塊相連構(gòu)成系統(tǒng)的主站。CP342-5是用于連接S7-300和profibus-DP的主/從站接口模塊,CP343-1是用于連接S7-300和工業(yè)以太網(wǎng)的接口模塊。在該控制系統(tǒng)中,除了上述主站外,從站是由22個ET200S和22個ET200eco組成,分別分布在兩條profibus網(wǎng)絡(luò)上。CPU上自帶的profibus-DP接口構(gòu)成profibusⅠ線,CP342-5接口模塊構(gòu)成profibusⅡ線。
系統(tǒng)中ET200S從站上采用的IM151-1接口模塊有兩種:基本型和標(biāo)準(zhǔn)型,基本型的接口模塊所能掛接的電源管理西門子模塊和I/O模塊個數(shù)范圍為2~12個,標(biāo)準(zhǔn)型的接口模塊其范圍為2~63個。所以當(dāng)從站I/O模塊較多時,宜選用標(biāo)準(zhǔn)型的接口模塊。接口模塊上帶有profibus地址設(shè)定撥碼開關(guān)。
系統(tǒng)中ET200eco從站中選用了8DI和16DI兩種模板,模板結(jié)構(gòu)緊湊,模板的供電采用7/8’電源線,模板的通訊采用M12通訊接頭。接線靈活而快速,方便拔插。其接口模塊上帶有2個旋轉(zhuǎn)式編碼開關(guān)用于profibus地址分配。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的程度,以及生產(chǎn)線的布局來考慮選用不同防護(hù)等級??刂葡渲械哪K采用防護(hù)等級為20的ET200SI/O模塊,對應(yīng)每個控制箱的還有一個防護(hù)等級為67的ET200eco模塊,置于生產(chǎn)線滾輪下方,由于該模塊需要接觸到現(xiàn)場較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境,因此需要有防水防油防塵等功能西門子plc
3目標(biāo)控制系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)設(shè)計
汽車發(fā)動機(jī)裝配線是一個對發(fā)動機(jī)順序裝配的流水線工藝過程。由于工藝的繁瑣性,工程的計算機(jī)控制系統(tǒng)考慮采用分散控制和集中管理的分布式控制模式,采用以PLC為核心構(gòu)成的計算機(jī)控制系統(tǒng),各獨立工位控制系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、資源共享。該裝配線在整個生產(chǎn)過程中較為關(guān)鍵,由于每個工位之間是流水線生產(chǎn),因此每個環(huán)節(jié)的控制都必須具備高可靠性和一定的靈敏度,才能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。從站中的每個ET200S站和其對應(yīng)的ET200eco站共同構(gòu)成一個工位,ET200eco主要是采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)之用。ET200S站的模塊置于小型控制箱內(nèi),對于工位的基本操作有兩種方式,就地控制箱手動方式和就地自動方式。由于每個控制工位的操作進(jìn)度不一致,操作工可以按照裝配要求進(jìn)行手自動切換。特殊情況下亦可通過手動操作進(jìn)行工件位置的修正安裝在各工位的分布式I/O模塊ET200S和ET200eco通過現(xiàn)場檢測元件和傳感器將系統(tǒng)主要的監(jiān)控參數(shù)(主要是開關(guān)量)采集進(jìn)來,ET200S和ET200eco將現(xiàn)場模擬量信號轉(zhuǎn)換為高精度的數(shù)據(jù)量,通過zui高速度可達(dá)12M的Profibus-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)上傳到中央控制器,控制器根據(jù)具體工藝要求進(jìn)行處理,再通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)將控制輸出下傳給ET200S,實現(xiàn)各工位的控制流程。PROFIBUS是應(yīng)用zui廣泛的過程現(xiàn)場總線系統(tǒng)。西門子plcPROFIBUS有三種類型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自動化;PROFIBUS-DP用于制造業(yè)自動化;PROFIBUS-PA用于過程自動化。使用PROFIBUS過程現(xiàn)場總線技術(shù)可以使硬件、工程設(shè)計、安裝調(diào)試和維修費用節(jié)省40%以上。PROFIBUS-DP的技術(shù)性能使它可以應(yīng)用于工業(yè)自動化的一切領(lǐng)域,包括冶金、化工、環(huán)保、輕工、制藥等領(lǐng)域。除了安裝簡單外,它有*的傳輸速率,可達(dá)12Mbits/s,通訊距離可達(dá)到1000米,如果加入中繼器可以將通訊距離延長到數(shù)十公里,具有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(總線型、星型、環(huán)型)可供選擇。在一個網(wǎng)段上zui多可連接Profibus-DP從站即ET200S或是ET200eco32個。
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