應用S7-300 PLC進(jìn)行罩式爐控制系統的設計與分析

摘要 針對罩式退火爐結構特點(diǎn)及退火工藝要求，以西門(mén)子s7-300 PLC為核心控制設備，采用Pariahs總線(xiàn)實(shí)現整個(gè)系統的主從站分布式I/O控制，利用西門(mén)子Step7軟件實(shí)現控溫系統的PID限幅控制和脈沖燃燒控制。實(shí)際運行結果表明，整個(gè)系統溫度控制精度高，硬件成本低，很好地滿(mǎn)足了工藝上的要求。

關(guān)鍵詞 罩式退火爐；PLC;脈沖燃燒控制

0 引言

罩式退火爐是目前應用較多的一種高效退火設備，主要用于冷軋卷板產(chǎn)品最后工序的光亮退火處理，由。于其退火質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率高，而且燃料消耗低，被廣泛應用于各大冷軋產(chǎn)品生產(chǎn)廠(chǎng)。大連萬(wàn)通工業(yè)裝備有限公司在引進(jìn)消化大連大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室所開(kāi)發(fā)的先進(jìn)控制技術(shù)基礎上，于2004年8月承建張家港中原制管廠(chǎng)罩式爐控制系統。針對三爐罩六爐座的系統結構特點(diǎn)和控制性能要求，設計過(guò)程中著(zhù)重考慮了以下幾個(gè)方面的內容：為方便現場(chǎng)操作，采用分布式I/O控制模式；為防止系統產(chǎn)生較大超調，進(jìn)行PID限幅控制；為保證爐內溫度場(chǎng)的均勻性，采用脈沖燃燒控制方式；同時(shí)，在對脈沖燃燒控制系統的設計中，利用西門(mén)子公司提供的Step7 V5.2軟件設計程控脈沖分頻器，即通過(guò)PLC的程序運算控制各爐罩燒嘴的啟動(dòng)、停止及間隔時(shí)序，取代以往采用的硬件MPr脈沖分頻設備，在很大程度上節約了成本，提高了系統燃燒效率。

l 控制系統硬件配置

針對系統三爐罩六爐座的結構特點(diǎn)，采用西門(mén)子S7-300 PLC為核心控制設備，設1個(gè)PLC主控制站，3個(gè)ET200M從站，主從站通Profibus總線(xiàn)實(shí)現信息的上下傳輸。由于每個(gè)爐罩可根據實(shí)際需要放置到任何一個(gè)爐座上，采用分布式控制模式，將每個(gè)I/O子站設在每個(gè)爐罩上，爐罩上相應的控制信號直接送入子站，子站只需一根Profibus通信總線(xiàn)和一根電源線(xiàn)與PIE總站連接即可，給現場(chǎng)操作帶來(lái)很大方便。同時(shí)，由于控制室與退火爐間有一定距離，因此采用該控制方式可為廠(chǎng)家節省很多電纜投資，鋪設電纜所需的設備材料和人力資源也可相應減少。另外，該系統配置方式具有很好的可擴展性，如果現場(chǎng)工況改變，增加工藝信號或增設爐罩，可直接將信號就近接入一個(gè)I/O子站或再配置其它的I/O子站，施工非常方便。系統總體硬件結構如圖1所示。

為方便現場(chǎng)操作人員對系統的監視和管理，配置研華工控機一臺，它通過(guò)MPI總線(xiàn)實(shí)現與s7.300 PIE總站的通信，并設置上位機監控系統，監控系統可實(shí)現退火爐流程畫(huà)面顯示、參數調節、曲線(xiàn)記錄及報警等功能。

2 系統主要功能

各控制系統主要實(shí)現的功能包括：

（1）燃氣調壓保護系統。通過(guò)過(guò)濾器、安全切斷閥、調壓閥、安全放散閥實(shí)現燃氣過(guò)濾、高低壓安全切斷、兩次燃氣自動(dòng)放散、燃氣壓力條件自動(dòng)控制等功能。

（2）燃氣壓力測試及保護系統。通過(guò)管線(xiàn)電磁閥、放散電磁閥、壓力開(kāi)關(guān)組實(shí)現燃氣壓力檢測、安全測漏，分析確認爐子安全點(diǎn)火條件，完成燃氣高低壓保護，安全自鎖切斷，安全連鎖功能，以確保爐子安全點(diǎn)火，防止電磁閥燃氣泄漏產(chǎn)生爆炸，并對快速接頭連接時(shí)的燃氣泄漏進(jìn)行確認。

（3）燃燒系統。由各罩9個(gè)燒嘴、相應的燃氣電磁閥、空氣電動(dòng)蝶閥、燒嘴控制器、點(diǎn)火變壓器組成，通過(guò)PIE進(jìn)行脈沖燃燒控制，完成自動(dòng)點(diǎn)火，火焰檢測，連續燃燒自動(dòng)通、斷及冷卻時(shí)脈沖供風(fēng)冷卻，加熱及冷卻過(guò)程溫度自動(dòng)控制，并具有故障熄火保護功能，以確保安全燃燒。

（4）PIE自動(dòng)控制系統。由顯示器、工控機、打印機及PIE系統組成，本系統實(shí)現工藝曲線(xiàn)設置輸入，并按工藝曲線(xiàn)自動(dòng)控溫完成脈沖燃燒的加熱、冷卻控制；通過(guò)上位機監控系統實(shí)現溫度自動(dòng)記錄及工藝報表曲線(xiàn)等原始數據的處理及打印，并對設備的斷水保護及爐臺風(fēng)機高低速的切換實(shí)行自動(dòng)控制；同時(shí)，由PLC系統自動(dòng)進(jìn)行安全連鎖檢查，確認設備啟動(dòng)及運行過(guò)程的安全條件，并自動(dòng)進(jìn)行安全自鎖并切斷。

（5）風(fēng)機自動(dòng)控制系統。由電控元件、變頻器及壓力開(kāi)關(guān)組成，完成風(fēng)機啟動(dòng)、壓力確認及保證低負荷工況風(fēng)機的平穩運行。

針對各系統所要實(shí)現的控制功能以及硬件上的系統配置，設計整個(gè)系統的控制流程如圖2所示。圖2主要是根據2 加熱罩繪制的。