基于PLC的精煉爐自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

4 架構(gòu)設(shè)計(jì)

RH控制系統(tǒng)采用兩級(jí)控制系統(tǒng)組成，分別為一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)和二級(jí)過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，兩級(jí)系統(tǒng)分別承擔(dān)不同的功能：

一、基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)(L1級(jí))：管理整個(gè)RH生產(chǎn)過程，由PLC(包括分布各操作臺(tái)的遠(yuǎn)程I/O)、OMS(人機(jī)接口)、工程師站、編程站及工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)組成。采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，完成電氣設(shè)備的邏輯順序控制、過程回路控制、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)操作、設(shè)備監(jiān)視和報(bào)警等基本功能。

二、過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(L2級(jí))：是以L1系統(tǒng)為基礎(chǔ)的相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。對(duì)整個(gè)RH系統(tǒng)生產(chǎn)過程進(jìn)行管理和過程優(yōu)化，并為煉鋼廠更高級(jí)的管理信息系統(tǒng)及攀鋼ERP系統(tǒng)的建立留接口?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)參見下圖：

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

RH系統(tǒng)的控制分為兩部分，基礎(chǔ)自動(dòng)化控制(L1)和過程計(jì)算機(jī)控制(L2)。一級(jí)控制主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)自動(dòng)化的一些控制，包括現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件的控制，參數(shù)檢測(cè)的反饋以及電機(jī)的交流傳動(dòng)控制等,主要采用西門子工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和西門子PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn);二級(jí)控制負(fù)責(zé)一些數(shù)據(jù)模型的建立，模型動(dòng)態(tài)控制，生產(chǎn)計(jì)劃編制和流程跟蹤，報(bào)表系統(tǒng)等,主要采用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

所有電氣和儀表設(shè)備安裝在單獨(dú)控制柜里，信號(hào)連接到過程控制單元的I/O模塊。通過安裝在PLC繼電器輸出端或輔助繼電器控制所有電磁閥和電機(jī)控制。要求的I/O數(shù)量是由驅(qū)動(dòng)、儀表和其他用電數(shù)量所確定。因此由程序結(jié)構(gòu)確定I/O數(shù)量，并考慮所有要求的驅(qū)動(dòng)和控制功能包括20%的備用能力。為了內(nèi)存要提供30%的備用能力。每機(jī)架至少預(yù)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(jiān)視、管理、過程值控制將在基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)(1級(jí))CPU里實(shí)現(xiàn)。

RH基礎(chǔ)級(jí)控制系統(tǒng)主要用來對(duì)煉鋼過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制。實(shí)現(xiàn)了采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制的功能。PLC中的控制軟件是采用西門子提供的Step7V5.4編程工具實(shí)現(xiàn)的。畫面監(jiān)控軟件采用WinCC6.2，為實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程以及對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(diào)節(jié)的PID控制

環(huán)流氣體流量PID調(diào)節(jié)的難點(diǎn)在于如何使得操作人員設(shè)定的環(huán)流氣體總的流量,通過PID程序控制分布到4個(gè)支管上各自的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，同時(shí)將輸出結(jié)果反饋給調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。經(jīng)過仔細(xì)研究，在實(shí)際生產(chǎn)過程中我們采用了PID串級(jí)調(diào)節(jié)的方法。PID調(diào)節(jié)主要包括3個(gè)主要參數(shù):設(shè)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(shè)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(jì)的過程值作為PV值,各自PID調(diào)節(jié)的輸出結(jié)果為MV值控制各自的調(diào)節(jié)閥。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中我們發(fā)現(xiàn)，偶爾出現(xiàn)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(shè)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(shè)的一個(gè)控制器,它不直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，操作人員設(shè)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(diào)節(jié)控制本分支路上的流量調(diào)節(jié)閥。

圖4 RH環(huán)流調(diào)節(jié)控制回路

5 系統(tǒng)測(cè)試及應(yīng)用

L1子系統(tǒng)有2套西門子PLC控制站，2臺(tái)HMI服務(wù)器，2套三電可共用的客戶機(jī)，服務(wù)器及客戶機(jī)安裝WinCC監(jiān)控軟件，用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制及狀態(tài)監(jiān)控等。1套L1軟件開發(fā)和系統(tǒng)維護(hù)用的工程師站，工程師站安裝Step7編程軟件，2臺(tái)L1用報(bào)警報(bào)表和編程維護(hù)打印機(jī)，控制站的主站與分站之間通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊，控制站與服務(wù)器之間和服務(wù)器與客戶機(jī)之間通過以太網(wǎng)通訊。

(1)系統(tǒng)軟件測(cè)試

由于服務(wù)器、客戶機(jī)及工程師站均采用WindowsXP操作系統(tǒng)，且服務(wù)器和客戶機(jī)安裝有WinCC監(jiān)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(xiàng)操作實(shí)驗(yàn)，檢查系統(tǒng)軟件運(yùn)行是否正常。

(2)通訊功能測(cè)試，通過下裝PLC控制程序和觀察監(jiān)控畫面設(shè)備動(dòng)作及狀態(tài)變化情況判斷上位機(jī)與PLC之間的通訊是否正常，通過畫面操作判斷工程師站與上位機(jī)之間的通訊是否正常，通過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(shù)字量輸出信號(hào)測(cè)試

利用Step7軟件提供的強(qiáng)制功能，強(qiáng)制各輸出點(diǎn)，觀察模板上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的指示燈是否亮，如果通過繼電器控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，觀察繼電器是否吸合，還要與現(xiàn)場(chǎng)人員聯(lián)系，確認(rèn)設(shè)備動(dòng)作是否正常，這樣既可測(cè)試出數(shù)字量輸出摸板上各輸出點(diǎn)輸出是否正常，還能檢查出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接線是否正常。

6 結(jié)論

本文對(duì)新建的RH真空處理的三電自動(dòng)控制系統(tǒng)的的控制要求、控制理論、控制水平、控制系統(tǒng)的構(gòu)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(tǒng)選型遵循了先進(jìn)、可靠、實(shí)用的原則，節(jié)約投資的原則;設(shè)備選型和裝備水平達(dá)到了當(dāng)前先進(jìn)的水平。這些工作對(duì)于攀鋼以后的新建工程及改造工程的自動(dòng)控制系統(tǒng)選擇有一定的借鑒意義。