基于现场总线的烧结机配料控制系统改造铣床

基于现场总线的烧结机配料控制系统改造

基于现场总线的烧结机配料控制系统改造 2011： 摘要：介绍了信钢烧结自动配料在基于PROFIBUS—DP现场总线控制下进行的扩容改造，充分利用了现场总线的开放性。改造后的控制系统更规范、合理，自动化程度大幅度提升，极大提高了烧结矿质量和生产效率。关键词：PROFIBUS—DP 现场总线 变频器 配比前言烧结配料是烧结生产的核心，也是整个钢铁生产工序的重要环节，对各种物料进行合理的配比，是提高烧结矿品位的关键。信钢烧结机原配料车间采用基于PROFIBUS—DP现场总线的分布式过程控制系统，实现微机自动配料。PROFIBUS现场总线是应用于生产现场，连接智能现场设备和自动化系统的开放式、数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它可以实现设备之间的快速通信。由于技改项目的原因，新建一台90fl2烧结机也要使用此配料车间，这样，负荷加大，从室外原料仓、拖料皮带秤到室内的变频器、控制系统均不能满足要求，于是在基于现场总线控制的基础上对其进行扩容改造、升级，建立高性能的自动配料系统。1 组成原理配料车间现有9条拖料电子皮带秤(1撑一9撑)，1撑、3撑、7撑、8撑、9撑的旋转电动机额定功率为2．2kW，额定电流为5．0A，2撑、4撑、5撑、6撑的电动机额定功率为3．0kW，额定电流为6．8A，电动机带动称量皮带转动，料层均匀，电动机转动速度越快，料流量越大，所占配比越高，反之，电动机转动速度越慢，料流量越小，所占配比越低。每台电动机由一台变频器驱动，而变频器的频率通过PROFIBUS—DP现场总线由PLC来控制，PLC根据自动采集的每种物料的荷重、瞬时流量，计算每种物料的实际流量，与设定值相比较，完成闭环调节。系统原理如图1所示。

根据现场经验电子皮带秤只保留称重一次仪表，取消二次仪表，由PLC进行换算；取消测速传感器，由变频调速频率换算。称重电阻桥信号经隔离、放大、线性化处理后输入PLC模板。本次扩容改造增加了2撑、3撑、9撑成套电子皮带秤及变频器。其中9撑为双向转动，双向计量，双向变频调速，双向控制。2 系统构成本套控制系统采用分布式结构，由设备控制级和过程监控级组成。选用性价比高的SIEMENS PLC作为主控制站，通过PROFIBUS—DP现场总线与分布的现场设备连成系统，过程监控操作站采用组态软件对系统进行实时监控，其系统构成如图2所示。

设备控制级包括主控制站、1撑一9撑电子皮带秤变频器、嘲站。其中嘲站、2撑、3撑、9撑变频器为这次改造所增加。根据工艺需要，主控制站数字量输入模板选用16路AC220V，32路DC24V两种类型，数字量输出模板选用32路DC24V；低压电器设备选用性能可靠的OMRON继电器；7台变频器采用SIEMENS公司的MMV 440，配置PROFIBUS— DP接口板选件。包括主控制站在内的所有PLC及变频器直接与现场的各类装置(如传感器、电动机、电气装置等)相连，实现9条拖料皮带称的模拟信号检测及电动机的变频控制，E'IP．00站实现对扩容后的两条匀煤和外滚煤滚筒的电气控制、2撑、3撑、9撑皮带秤实物流量控制，特别是9撑皮带秤的双向计量与双向变频控制，另外，还实现了多条共用皮带和高压电机的启停、联锁等信号的采集和控制。过程控制级(即过程监控操作站)因以前的设备速度慢，不能满足控制后的快速通讯要求，故这次改造进行了整套设备升级，由一台P4研华工控机组成，研华工控制机通过C_$5611通讯卡与CPU315的MPI接口进行点到点的通讯。考虑可靠性与人机界面的友好性，工控机采用Windows 2OOO软件平台，上位机采用Fameview组态软件，负责监控和人机对话，具有工艺流程监控、报警记录、实时趋势、历史趋势、报表打印等功能，操作人员通过监控操作输入配料配方、修改配方、查阅工艺参数、监控生产过程。编程应用软件采用STEP V5．2，完成硬件组态及下位机软件编程，实现所有的过程控制、数据采集、自动调节、事故处理及报警等工作。3 软件实现由于原设计软件不够规范，有时外围设备更换时，型号参数不便输入，并且这次扩容改造时软件改动量比较大，所以将下位机监控软件全套重新进行开发，内部参数、变量统一，接口清晰，设计的软件规范、开放，易于整个系统的扩充及功能升级。本套软件设计的重点是拖料皮带称的控制，即根据秤重传感器的瞬时重量、测量段、皮带转速(与电动机转速成比例关系)、重力系数等参数计算出瞬时流量P、r，与监控站设定流量SP相比较，利用SIEMENS编程软件STEF7自带的PID算法模块(FB41)运算，计算出电动机转速(即变频器输出频率值，范围0 50Hz)，实时跟踪，进行闭环调节。每台皮带秤开始启动并进入调节时，变频器瞬时值均从最大值50Hz开始变化，直至满足流量设定。在运行的过程中，有时要改变设定流量SP值、某条皮带秤的零点、系数，那么需要重新计算、调节。流量调节软件流程如图3所示。

4 系统特点基于PROFIBUs_-DP现场总线通讯网络的烧结配料系统扩容改造后，控制系统功能完备，实现了若干条皮带、皮带秤电机、滚筒的起、停、联锁保护、称量及调节的自动控制。系统主要有以下功能：1)具有手动和自动两种工作方式。手动时，每条皮带、皮带秤由操作员根据工艺要求来启、停、加速、减速，也可电气联锁。自动时系统上位机根据总流量、每种物料配比发送给定值，自动启动、加速、减速皮带秤电机，所有皮带、滚筒开、停均由逻辑联锁控制实现。2)当配比改变时，内部PID调节器运行，变频器频率乎稳改变，调速平滑。3)取消皮带秤仪表和测速传感器，测重传感器的mV信号经处理后直接进入PLC，具有信号校零、自动校皮、自动调整系统的功能。4)PROFIBUS—DP现场总线具有高速通讯能力，能快速将现场数据采集并传送，做到信号的不迟滞、不失真，并具有强大的扩展能力。5)为防止翻料，集料主皮带停机的同时，立即停止所有皮带秤电机；集料主皮带正常开机时，按照配料制度，自动依次延时开启上次运行(选中)的所有料仓。6)具有消耗料累计，设备动作全部动画显示逼真，所有设备之间都有可靠联锁，安全性高，操作简单方便。本套控制系统具有开放性、规范性、互连性、互操作性及丰富的硬件和软件资源，使监控操作站既可作监控站用，显示监视画面，又可作工程师站，随时调出梯形逻辑图，调试程序、查找故障，方便而快捷。5 效果本次扩容改造充分利用现场总线的开放性，在设备检修的间隙进行系统对接与调试，未影响正常生产，改造后的自动控制系统更合理、规范。经过运行证明：PROFIBUS—DP现场总线控制系统在硬件上可靠，抗干扰能力强，技术先进，实现了烧结配料生产过程全自动化。采用PROFIBUS—DP总线控制，实现了内部PID调节，变频器调速平滑，对生产设备起到了重要保护作用。PROFIBUS—DP减少了许多硬接线，从而使控制系统简单化，与继电逻辑控制相比，降低了故障率，提高了系统可靠性，配料准确，系统配料控制误差由原10％减少到1．5％-2％左右，为烧结稳夺高产，提高烧结矿质量提供了充分保证。6 参考文献[1] 宋伯生．可编程序控制系统配置·编程·联网．北京：中国劳动出版社，1998．194—225．[2] 张桂苓．浅谈现场总线及对自动化领域的影响．微计算机信息，20O3(4)：1 4．(end)

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