西門子s7 GRAPH在探料系統(tǒng)中的運(yùn)用

徐坤龍

（韶關(guān)冶煉廠 質(zhì)控中心,廣東韶關(guān) 512024）

西門子s7 GRAPH在探料系統(tǒng)中的運(yùn)用

徐坤龍

（韶關(guān)冶煉廠 質(zhì)控中心,廣東韶關(guān) 512024）

概述了韶關(guān)冶煉廠探料系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)用PLC程序的優(yōu)缺點(diǎn)。為了使得程序更簡練，增強(qiáng)易讀性，運(yùn)用西門子s7 GRAPH重新編寫了探料程序,并進(jìn)行了仿真運(yùn)行。仿真實(shí)踐證明，采用順序控制程序編程完全可以實(shí)現(xiàn)工藝要求，且更加簡練、方便。

探料系統(tǒng)；順序功能圖；s7 GRAPH;編程

1 探料系統(tǒng)概況

探料系統(tǒng)是韶關(guān)冶煉廠密閉鼓風(fēng)爐提供加料層高度的探測系統(tǒng)，探料桿是探料系統(tǒng)的主要部件。探料系統(tǒng)的主要作用是：探測出爐內(nèi)物料的高度，確定物料的加料量，使熔煉爐內(nèi)物料保持一定的高度。因此，保證探料桿的正常運(yùn)行，對鼓風(fēng)爐正常工作具有重大意義。探料系統(tǒng)主要由探料支撐主體、探料桿、滑塊、三相電動(dòng)機(jī)、鏈條、彈簧及行程開關(guān)等組成。探料桿的運(yùn)動(dòng)方向是由安裝在探料桿架上不同位置的行程開關(guān)控制。他們分別是復(fù)位、觸料和最大料限行程開關(guān)[1]。

現(xiàn)用 PLC探料系統(tǒng)采用三菱 PLC FX2N-16MR-001和三菱富士變頻器組合實(shí)現(xiàn)對鼓風(fēng)爐內(nèi)物料高低的探測。在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工藝需要看到的效果。其中，探尺在某個(gè)時(shí)限內(nèi)外的快速動(dòng)作和慢速動(dòng)作的變化很好地保護(hù)了電機(jī)和探料系統(tǒng)的機(jī)械部件。其次，下探總時(shí)間和提升總時(shí)間的設(shè)定，對處于故障狀態(tài)的系統(tǒng)起到了很好的保護(hù)作用。但是該程序的可讀性和維護(hù)性相對較差，非作者本人或具有相當(dāng)電氣知識的人很難讀懂。圖1是現(xiàn)用系統(tǒng)的程序圖。

圖1 PLC探料系統(tǒng)程序

圖中Y000是快速下探輸出，Y002是快速返回輸出，Y001是慢速輸出；X0啟動(dòng)按鈕，X1是最大料限行程開關(guān)，X2是觸料行程開關(guān)，X3是復(fù)位停止。

此程序中由快速下探和返回轉(zhuǎn)換到慢速度運(yùn)行的設(shè)計(jì)，遏制了機(jī)械故障或者料限較高時(shí)，對電機(jī)的破壞性影響。當(dāng)啟動(dòng)按鈕按下，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)探料小車沒有撞到觸料行程開關(guān)或者最大料限行程開關(guān)，則定時(shí)器置位，電機(jī)進(jìn)入慢速狀態(tài)。此外，在探料桿運(yùn)行受阻時(shí)，下探和返回總時(shí)間的設(shè)置可以讓電機(jī)在異常狀態(tài)下運(yùn)行有限的時(shí)間。定時(shí)時(shí)間到則切斷下探或返回的電路，等候維修人員的處理，很好地保護(hù)了電機(jī)。

2 運(yùn)用s7 GRAPH編制探料程序

為了使得程序更簡練，增強(qiáng)易讀性，作者運(yùn)用西門子s7 GRAPH重新編寫了探料程序。s7 GRAPH語言是s7 300/400用于順序控制程序編程的順序功能圖語言，遵從IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中的順序功能圖語言的規(guī)定。用s7 GRAPH編寫的順序控制程序以功能塊（FB）的形式被主程序OB1調(diào)用。一個(gè)順序控制項(xiàng)目至少需要3個(gè)塊：1）調(diào)用s7 GRAPH FB的塊，可以是組織塊（OB）、功能(FC)或功能塊（FB）。2）用來描述順序控制系統(tǒng)各子任務(wù)（步）和相互關(guān)系（轉(zhuǎn)換）的s7 GRAPH FB,由一個(gè)或多個(gè)順序器（Sequencer）和可選的永久性指令組成。3）一個(gè)指定給s7 GRAPH FB的背景數(shù)據(jù)塊（DB）,包含了順序控制系統(tǒng)的參數(shù)。s7 GRAPH FB最多可以包含250步和250個(gè)轉(zhuǎn)換，調(diào)用s7 GRAPH FB時(shí)，順序器從第一步或從初始步開始啟動(dòng)。

仔細(xì)分析探料桿運(yùn)動(dòng)的全過程后,筆者發(fā)現(xiàn)用順序控制編程會(huì)更加簡單易懂,可維護(hù)性得以提高,因此,在編程時(shí)充分兼顧了原程序的優(yōu)點(diǎn)，做到了既好用且容易維護(hù),但選用s7 300會(huì)相應(yīng)增加系統(tǒng)的成本。程序編制過程如下。

首先,在STEP 7管理器中創(chuàng)建一個(gè)名為“韶關(guān)冶煉廠探料”的項(xiàng)目,生成一個(gè)s7-300站點(diǎn)。打開硬件組態(tài)工具HW Config,將硬件目錄中的導(dǎo)軌拖放到左邊的組態(tài)窗口。圖2是硬件配置圖。

硬件生成后，選中SIMATIC管理器左邊窗口的“塊”，執(zhí)行SIMATIC管理器的菜單命令“插入”→“s7塊”→“功能塊”，在出現(xiàn)的“屬性—功能塊”對話框中功能塊默認(rèn)的名稱為FB1。用同樣的方法生成組織塊OB1、DB1，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成必要的系統(tǒng)功能（圖3）。為了程序的閱讀方便和易于理解，在程序編制前先生成符號表（圖4）。

圖2 硬件配置圖

圖3 系統(tǒng)生成的功能塊與組織塊

圖4 系統(tǒng)生成的符號表

圖4中，M0.1、M0.2、M0.3、M0.4分別是下探時(shí)間、提升時(shí)間、下探總時(shí)間、提升總時(shí)間的時(shí)間標(biāo)志位，定時(shí)時(shí)間一到，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。

配置好硬件，生成必須的功能塊、組織塊和背景數(shù)據(jù)塊后，再開始編制FB1的具體內(nèi)容。打開s7 GRAPH,單擊隱藏動(dòng)作和轉(zhuǎn)換的按鈕，第一步先生成步和轉(zhuǎn)換。選中初始步的轉(zhuǎn)換T1，它變?yōu)樽仙?，周圍出現(xiàn)虛線框。單擊2次順序器工具欄上的步和轉(zhuǎn)換按鈕，在T1的下面生成步S2、S3和轉(zhuǎn)換T8、T12。選擇S2，點(diǎn)擊工具欄上的分支按鈕，生成一個(gè)選擇序列分支，新生成的轉(zhuǎn)換的編號為T5。點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換T5，點(diǎn)擊一次順序器工具欄上的步和轉(zhuǎn)換，生成步S5和轉(zhuǎn)換T6。選中T6，點(diǎn)擊選擇序列合并按鈕，用鼠標(biāo)拖動(dòng)T6下端出現(xiàn)的細(xì)線，與T8下端細(xì)線合并。用同樣的方法選中S3，生成一個(gè)選擇序列分支，新生成的轉(zhuǎn)換編號為T10,點(diǎn)擊T10生成步S9和轉(zhuǎn)換T11。把T11、T12都分別跳轉(zhuǎn)到初始步S1。至此，順序器和轉(zhuǎn)換及分支都已完成（圖5）。

圖5 系統(tǒng)生成的順序器

下一步是生成動(dòng)作。動(dòng)作分為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作和與事件有關(guān)的動(dòng)作。標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作指令包括N、S、R、D和L、CALL，其中指令D使某一動(dòng)作的執(zhí)行延時(shí)。步變?yōu)榛顒?dòng)步后，經(jīng)過設(shè)定的時(shí)間，如果步仍然是活動(dòng)的，動(dòng)作中的地址被置為1狀態(tài)。如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi),該步變?yōu)椴换顒?dòng)步,動(dòng)作的地址仍然為0狀態(tài)。

動(dòng)作可以與事件結(jié)合,事件是指步、監(jiān)控信號、互鎖信號的狀態(tài)變化、消息的確認(rèn)或注冊信號被置位。指令只能在事件發(fā)生的那個(gè)循環(huán)周期執(zhí)行。指令N、S、R、CALL可以與事件進(jìn)行邏輯組合?？刂苿?dòng)作的事件如表1所示。

表1 控制動(dòng)作的事件意義

明確了動(dòng)作與事件的含義以及它們之間的關(guān)系后，就可以動(dòng)手在順序器中添加動(dòng)作，以及動(dòng)作對事件的反應(yīng)。圖6是筆者的程序示例。

程序編制好后，必須檢驗(yàn)他的運(yùn)行情況是否達(dá)到現(xiàn)場應(yīng)用的目的。打開STEP7在SIMATIC管理器的文件夾上找到韶關(guān)冶煉廠探料項(xiàng)目，打開該項(xiàng)目下的程序文件夾，選中塊。把所有的塊都下載到s7-PLCSIMI。在仿真器中點(diǎn)擊工具欄的選項(xiàng)，點(diǎn)擊顯示符號，然后關(guān)聯(lián)符號表，這樣在仿真器里可以見到符號地址（圖7）了，為下一步的操作提供了方便。程序在仿真時(shí)的運(yùn)行情況見圖8。

圖6 程序示例

圖7 仿真器里的符號地址

圖8 程序在仿真時(shí)的運(yùn)行情況

3 總結(jié)

通過仿真，可以發(fā)現(xiàn)程序完全實(shí)現(xiàn)了工藝要求。與繼電器翻譯圖相比，新編的順序功能圖更加簡練，更能反映出探料桿的實(shí)際運(yùn)行狀況,當(dāng)行程開關(guān)故障時(shí),在步的運(yùn)行時(shí)間上就能看出探料系統(tǒng)是在哪里出現(xiàn)問題,這為技術(shù)人員解決問題提供了極大的方便。限于篇幅，這里沒有給出手動(dòng)的程序。

[1]廖常初.s7300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

Application of Siemens s7 GRAPH in Materials Prospecting System

XU Kunlong
(Quality Control Center of Shaoguan Smelter,Shaoguan,Guangdong 512024,China)

The paper describes application state of materials prospecting system in Shaoguan Smelter and analyzes advantages/ disadvantages of PLC procedure.In order to simplify the procedure and enhance the readability,Siemens s7 GRAPH is applied for reprogramming of materials prospecting and simulation operation.Simulation practice shows that application of sequential control programming can fully meet process requirement with more convenience.

material prospecting system;sequential function diagram;s7 GRAPH;programming

TP273

B

1004-4345(2015)03-0063-03

2014-04-30

徐坤龍（1973—）,男,工程師,主要從事現(xiàn)場儀表管理工作。