基于PLC的精煉爐自動(dòng)控制系統研究

4 架構設計

RH控制系統采用兩級控制系統組成，分別為一級基礎自動(dòng)化系統和二級過(guò)程計算機控制系統，兩級系統分別承擔不同的功能：

一、基礎自動(dòng)化系統(L1級)：管理整個(gè)RH生產(chǎn)過(guò)程，由PLC(包括分布各操作臺的遠程I/O)、OMS(人機接口)、工程師站、編程站及工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )組成。采集現場(chǎng)信號，完成電氣設備的邏輯順序控制、過(guò)程回路控制、設備運轉操作、設備監視和報警等基本功能。

二、過(guò)程計算機控制系統(L2級)：是以L(fǎng)1系統為基礎的相對獨立的系統。對整個(gè)RH系統生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管理和過(guò)程優(yōu)化，并為煉鋼廠(chǎng)更高級的管理信息系統及攀鋼ERP系統的建立留接口?？刂葡到y結構參見(jiàn)下圖：

圖3 控制系統結構

RH系統的控制分為兩部分，基礎自動(dòng)化控制(L1)和過(guò)程計算機控制(L2)。一級控制主要負責基礎自動(dòng)化的一些控制，包括現場(chǎng)執行元件的控制，參數檢測的反饋以及電機的交流傳動(dòng)控制等,主要采用西門(mén)子工業(yè)控制計算機系統和西門(mén)子PLC系統實(shí)現;二級控制負責一些數據模型的建立，模型動(dòng)態(tài)控制，生產(chǎn)計劃編制和流程跟蹤，報表系統等,主要采用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現。

所有電氣和儀表設備安裝在單獨控制柜里，信號連接到過(guò)程控制單元的I/O模塊。通過(guò)安裝在PLC繼電器輸出端或輔助繼電器控制所有電磁閥和電機控制。要求的I/O數量是由驅動(dòng)、儀表和其他用電數量所確定。因此由程序結構確定I/O數量，并考慮所有要求的驅動(dòng)和控制功能包括20%的備用能力。為了內存要提供30%的備用能力。每機架至少預留一個(gè)空槽。除了順序控制和聯(lián)鎖外，所有重要任務(wù)如監視、管理、過(guò)程值控制將在基礎自動(dòng)化系統(1級)CPU里實(shí)現。

RH基礎級控制系統主要用來(lái)對煉鋼過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監測與控制。實(shí)現了采集現場(chǎng)信號、進(jìn)行數據處理、邏輯判斷以及現場(chǎng)設備控制的功能。PLC中的控制軟件是采用西門(mén)子提供的Step7V5.4編程工具實(shí)現的。畫(huà)面監控軟件采用WinCC6.2，為實(shí)現對監視和控制生產(chǎn)過(guò)程以及對生產(chǎn)數據進(jìn)行歸檔和進(jìn)一步處理提供了良好的HMI。

4.1 環(huán)流氣體流量調節的PID控制

環(huán)流氣體流量PID調節的難點(diǎn)在于如何使得操作人員設定的環(huán)流氣體總的流量,通過(guò)PID程序控制分布到4個(gè)支管上各自的調節閥進(jìn)行流量調節，同時(shí)將輸出結果反饋給調節閥進(jìn)行控制。經(jīng)過(guò)仔細研究，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中我們采用了PID串級調節的方法。PID調節主要包括3個(gè)主要參數:設定值SV、反饋值PV和輸出值MV,把SV與PV進(jìn)行比較得到MV的值。把操作人員設定的環(huán)流氣體總的流量除以4后,平均分配到4個(gè)支路上的PID控制器的SV值。4個(gè)支路上采集到的流量計的過(guò)程值作為PV值,各自PID調節的輸出結果為MV值控制各自的調節閥。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中我們發(fā)現，偶爾出現個(gè)別管路堵塞的情況時(shí)，真空槽環(huán)流氣體的總量與設定值差別很大，環(huán)流效果非常差。在控制上做了一些改進(jìn)，主控制器為我們虛設的一個(gè)控制器,它不直接對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制，操作人員設定的環(huán)流氣體總的流量為主控制器的SV值,把4個(gè)支路上采集的流量變送器的氣體流量之和為主控制器的PV值,這樣這兩個(gè)值進(jìn)行比較得出主管路上的MV值。把這個(gè)MV值除以4后作為4個(gè)分支路上PID控制器的SV值，與本分支路上的流量變送器反饋值做比較進(jìn)行PID調節控制本分支路上的流量調節閥。

圖4 RH環(huán)流調節控制回路

5 系統測試及應用

L1子系統有2套西門(mén)子PLC控制站，2臺HMI服務(wù)器，2套三電可共用的客戶(hù)機，服務(wù)器及客戶(hù)機安裝WinCC監控軟件，用于現場(chǎng)設備的控制及狀態(tài)監控等。1套L1軟件開(kāi)發(fā)和系統維護用的工程師站，工程師站安裝Step7編程軟件，2臺L1用報警報表和編程維護打印機，控制站的主站與分站之間通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )通訊，控制站與服務(wù)器之間和服務(wù)器與客戶(hù)機之間通過(guò)以太網(wǎng)通訊。

(1)系統軟件測試

由于服務(wù)器、客戶(hù)機及工程師站均采用WindowsXP操作系統，且服務(wù)器和客戶(hù)機安裝有WinCC監控軟件，工程師站安裝有Step7編程軟件，所以安裝完上述軟件后，分別進(jìn)入WindowsXP和WinCC、Step7進(jìn)行各項操作實(shí)驗，檢查系統軟件運行是否正常。

(2)通訊功能測試，通過(guò)下裝PLC控制程序和觀(guān)察監控畫(huà)面設備動(dòng)作及狀態(tài)變化情況判斷上位機與PLC之間的通訊是否正常，通過(guò)畫(huà)面操作判斷工程師站與上位機之間的通訊是否正常，通過(guò)CPU、電源、通訊模板及I/O模板上的指示燈判斷主站與分站之間的通訊是否正常。

(3)數字量輸出信號測試

利用Step7軟件提供的強制功能，強制各輸出點(diǎn)，觀(guān)察模板上對應點(diǎn)的指示燈是否亮，如果通過(guò)繼電器控制現場(chǎng)設備，觀(guān)察繼電器是否吸合，還要與現場(chǎng)人員聯(lián)系，確認設備動(dòng)作是否正常，這樣既可測試出數字量輸出摸板上各輸出點(diǎn)輸出是否正常，還能檢查出現場(chǎng)設備接線(xiàn)是否正常。

6 結論

本文對新建的RH真空處理的三電自動(dòng)控制系統的的控制要求、控制理論、控制水平、控制系統的構造、控制功能進(jìn)行了深入的分析和研究。RH真空處理的自動(dòng)控制系統選型遵循了先進(jìn)、可靠、實(shí)用的原則，節約投資的原則;設備選型和裝備水平達到了當前先進(jìn)的水平。這些工作對于攀鋼以后的新建工程及改造工程的自動(dòng)控制系統選擇有一定的借鑒意義。