論P(yáng)LC在環(huán)形加熱爐電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：環(huán)形加熱爐是鋼管生產(chǎn)中的第一道工序，負(fù)責(zé)將管坯加熱到穿孔和軋制所需要的溫度。管坯加熱質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到穿孔和最后軋制成形的鋼管質(zhì)量的好壞。機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制程度直接關(guān)系到生產(chǎn)效率的高低。本文從電氣控制系統(tǒng)方面論述電氣控制的思路和軟件編制過程，簡(jiǎn)單介紹了軟件的操作界面，并對(duì)軟件的運(yùn)行狀況作了相應(yīng)的評(píng)估。

關(guān)鍵詞：PLC；電氣控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

一、PLC（可編程控制器）簡(jiǎn)介

本文的自動(dòng)化控制系統(tǒng)使用西門子（可編程控制器）系統(tǒng)?？删幊炭刂破髯畛醣环Q為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）.簡(jiǎn)稱為PLC，主要是用來代替繼電器電路實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它的功能早已大大超出了邏輯控制的范圍，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算，包括過程控制功能，原先DCS（集散控制系統(tǒng)）的主要功能，PLC系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。在結(jié)構(gòu)上，可編程控制器由機(jī)架、電源、中央處理單元、接口模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、通信處理器、子網(wǎng)絡(luò)等組成。系統(tǒng)在編程上可以使用梯形圖、語句表、功能圖等語言，比較靈活。當(dāng)然，系統(tǒng)不能使用高級(jí)語言編程，這與普通的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言編程有一定的區(qū)別?？删幊踢壿嬁刂破骶哂惺褂梅奖?、編程簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、穩(wěn)定性強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)，因此，PLC電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用在降低企業(yè)成本、提升生產(chǎn)效率、提高對(duì)設(shè)備控制的精準(zhǔn)度方面發(fā)揮了巨大作用。

二、環(huán)形加熱爐電氣控制系統(tǒng)的硬件配置

電氣控制系統(tǒng)選用西門子S7-400PLC，配置的模塊通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與CPU相連，這樣能夠滿足機(jī)械設(shè)備專業(yè)對(duì)電氣控制系統(tǒng)有比較多的邏輯控制要求。另外，裝、出鋼機(jī)的電機(jī)為變頻電機(jī)，可通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與裝、出鋼機(jī)變頻器連接，通過DP網(wǎng)通訊。

圖一是電氣控制系統(tǒng)的硬件配置圖，圖中左側(cè)方框內(nèi)顯示的是PLC主機(jī)架的配置內(nèi)容，槽號(hào)1中PS407是主機(jī)架的電源模塊，槽號(hào)2中是CPU模塊，選用412-2DP，該CPU包含一個(gè)DP接口和一個(gè)MPI/DP接口，槽號(hào)3中是CP443-1模塊，通過RJ45接口接入工業(yè)以太網(wǎng)（也可接入TCP/IP協(xié)議），用于與HMI操作站通訊。右側(cè)顯示的是DP網(wǎng)上配置的各個(gè)子站，電氣控制系統(tǒng)共配置了兩個(gè)ET200M子站和兩個(gè)PP-17操作面板，PP-17操作面板安裝于主操作臺(tái)上用于操作員操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備另外配置兩個(gè)變頻器子站，用于控制裝、出鋼機(jī)的平移電機(jī)。

圖二下部顯示的DP網(wǎng)絡(luò)號(hào)為6的ET200M子站中的硬件配置情況，槽號(hào)4中的模塊6ES7331-7KF02-0AB0是模擬量輸入模塊，用于接收液壓站油箱溫度變送器和主油管壓力變送器傳來的4～20mA信號(hào)。6ES7350-2AH00-0AB0是模擬量輸出模塊，輸出4～20mA信號(hào)，用于調(diào)節(jié)爐底盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度。6ES7350-2AH00-0AB0是高速計(jì)數(shù)模塊，用于檢測(cè)爐底盤的位置和裝、出鋼機(jī)的平移位置。DP網(wǎng)絡(luò)號(hào)為10和11的分別是裝、出鋼機(jī)變頻器，利用網(wǎng)絡(luò)模塊接在DP網(wǎng)上，通過DP網(wǎng)絡(luò)給變頻器發(fā)送啟停信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)，變頻器也通過DP網(wǎng)絡(luò)給PLC發(fā)來狀態(tài)信號(hào)。DP網(wǎng)絡(luò)號(hào)1、2、3、4、9為空。

三、環(huán)形加熱爐電氣控制系統(tǒng)的軟件功能實(shí)現(xiàn)

（1）裝、出鋼機(jī)的控制功能實(shí)現(xiàn)。裝鋼機(jī)處于后位（位置值為時(shí)，夾鉗的中心位置正對(duì)最長(zhǎng)的還料的中心，還料的長(zhǎng)度范圍是米。電氣控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算公式得出裝鋼機(jī)的定位位置，當(dāng)裝鋼機(jī)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電氣控制系統(tǒng)控制裝鋼機(jī)以低速移動(dòng)到該定位位置，等待裝爐命令。出鋼機(jī)的控制要求與裝鋼機(jī)類似，只是動(dòng)作程序相反，裝鋼機(jī)的作用是從爐外往爐內(nèi)裝鋼，而出鋼機(jī)則是從爐內(nèi)往爐外出鋼。

（2）爐底盤轉(zhuǎn)動(dòng)的控制功能實(shí)現(xiàn)。爐底盤的轉(zhuǎn)動(dòng)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，環(huán)形爐共設(shè)三個(gè)液壓馬達(dá)，在哨合液壓虹的作用下與爐底盤嚙合。任何時(shí)候都可以將其中一個(gè)液壓馬達(dá)退出哨合狀態(tài)進(jìn)行維修而不影響環(huán)形爐的運(yùn)轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由通過馬達(dá)的壓力油的流量決定，PLC通過給比例閥不同的電壓值來調(diào)節(jié)壓力油的流量，從而調(diào)節(jié)爐底盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

（3）爐門開關(guān)的功能實(shí)現(xiàn)。裝料爐門和出料爐門的幵關(guān)動(dòng)作均由液壓趕驅(qū)動(dòng)，位置信號(hào)由接近開關(guān)檢測(cè)。單動(dòng)動(dòng)作時(shí)，操作員在操作臺(tái)上按下爐門開按鈕，PLC通過繼電器讓正向電磁閥得電，液壓社在壓力油驅(qū)動(dòng)下打開爐門，爐門幵到位接近開關(guān)檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，電磁閥失電，爐門停止。同樣，操作員按下爐門關(guān)按鈕，PLC通過繼電器讓反向電磁閥得電，液壓社在壓力油驅(qū)動(dòng)下關(guān)閉爐門，爐門關(guān)到位接近開關(guān)檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，電磁閥失電，爐門停止。

（4）液壓站控制功能的實(shí)現(xiàn)。液壓站為部分設(shè)備的動(dòng)作提供壓力油，是部分設(shè)備動(dòng)作的動(dòng)力源。然而液壓站本身也需要控制，液壓站的控制包括泵的啟停、油箱溫度和液位控制、閥控系統(tǒng)控制。

（5）爐內(nèi)跟蹤功能的實(shí)現(xiàn)。以上對(duì)環(huán)形爐各設(shè)備的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)都作了簡(jiǎn)略描述，如果是在手動(dòng)情況下，各設(shè)備的動(dòng)作完全由人工根據(jù)觀察來控制，也就不需要對(duì)爐內(nèi)鋼還實(shí)時(shí)位置進(jìn)行跟蹤。但正常情況下，環(huán)形爐的控制完全是在自動(dòng)狀態(tài)下的，這就需要對(duì)爐內(nèi)鋼還進(jìn)行實(shí)時(shí)的位置跟蹤。

在電氣控制系統(tǒng)的軟件中，除了對(duì)設(shè)備動(dòng)作控制的軟件外，另外增加了爐內(nèi)鋼坯跟蹤軟件和出爐鋼坯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件。這兩部分本是屬于二級(jí)計(jì)算機(jī)的內(nèi)容，但是目前環(huán)形加熱爐沒有配置二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，故從生產(chǎn)需要的角度出發(fā)將其增設(shè)在電氣控制系統(tǒng)中。

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作者簡(jiǎn)介：許波，女，漢族，1987年3月生于河南省焦作市，助理講師，現(xiàn)為河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院教師。