西门子6ES7223-1BF22-0XA8正规授权

西门子6es7223-1bf22-0xa8正规授权

1引言
莱钢轧钢厂中小型车间加热炉为步进炉，用来对连铸坯进行加热。使用燃料为高炉和焦炉混合煤气，钢坯需要经五段加热区加热到适当温度后出炉。加热炉燃烧介质各参数的稳定运行非常重要，它直接影响到烧坯的质量,并涉及着安全生产等重大问题。在生产过程中对加热炉炉压和温度的稳定有严格的要求，比如燃气的liuliang和温度等等。要想实现这些参数的稳定，并且达到较好地配比有不同的方法可以实现。炉区仪控的热工检测控制量共573点，其中模拟量输入98点，模拟量输出24点，开关量输入261点，开关量输出190点。调节回路16套，分别对加热炉的煤气、空气的liuliang、压力，炉内温度，换热器的保护等进行控制。
随着微电子技术的发展，plc产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善，因此，我们就应用plc的一些特殊功能模块和一些普通的i/o模块对加热炉的各个参数进行自动控制，包括前面提到的各种参数、以及通过plc和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。

2 系统构成
本系统上选用一台上位机master view,一台监控站operate station520配以abb advantbuild软件包，plc部分选用abb masterpiece200/1，它具有成本低、运行可靠、功能较强的特点。本系统大致可以分为三个部分;
(1) 仪控系统以及pid调节部分;
(2) 双交叉限幅燃烧系统;
(3) plc和变频器的通讯部分。
系统构成框图如图1所示。

图1 系统配置图

3仪控系统组成及控制功能
现仪控系统16套自动调节回路中，均采用pid调节，操作方式分为自动、手动方式，执行机构有14套电动方式、2套液动方式。操作站实行对炉子的状态监控、意外事件报警等功能。
3.1 仪控系统的检测
入炉煤气、空气的liuliang检测由管路孔板检测差压，经差压变送器转换成标准信号(4~20ma)进plc。入炉煤气、空气的压力从管路出压口取煤气压力与大气压力比较所得差压信号，经差压变送器转换成标准信号进plc。炉子的炉温(s型)、换热器处温度(k型)由热电偶检测进plc。所有信号经plc分别计算转换后，参与控制，并可在操作站显示。
3.2 加热炉压力控制
为保证助燃空气与煤气压力保持稳定、使炉内燃烧顺利进行，煤气和空气的压力必须进行控制。加热炉炉内压力过高，过低都不恰当，过高会使炉门喷火并损伤炉子设备，过低会使加热炉吸入冷空气，影响加热炉燃烧质量及效果，炉内压力的控制也很重要。
(1) 助燃空气压力控制
助燃空气压力的大小，是保证喷嘴正常工作的重要条件。助燃空气压力调节是pid调节。如果设定值与反馈值存在偏差，pid调节开始进行，尽可能在短时间内使偏差小。当反馈值大于设定值，经pid运算后向阀门输出控制信号，使阀门关小，于是压力下降，当反馈值小于设定值，经pid运算向阀门输出信号，使阀门开大，压力升高。
(2) 煤气压力控制
煤气压力控制阀主要起安全保护作用，煤气和空气若是出现低压，将会出现事故。所以在煤气和空气主管道上，分别装有两个低压开关，在换热器前后也各装有一个。任意一个低压开关动作，将会使煤气主关断阀都会自动关闭，停炉，保护加热炉。
(3) 加热炉炉内压力控制
炉内压力一般要求保持微正压控制。炉压滞后大，时间常数小，因此采用前馈—负反馈调节。系统调节方块图如图2所示。

图2 系统调节方块图

3.3 换热器保护
常温的煤气、空气通过换热器后以300-4000c进入炉内燃烧。换热器的温度不能过高，也不能过低。过高损坏设备，过低会使煤气结露，生成弱酸腐蚀换热器。
3.4 pld调节
pid调节部分共16路,包括预热段、加热上段、加热下段、均热上段、均热下段煤气、空气的温度、liuliang等参数的控制。pid控制主要通过pid控制单元，该单元主要有以下特性:
(1) l00ms高速采样周期，实现了高速pid控制;
(2) 输入信号的抗干扰
滤波器衰减输入噪音，控制输入意外干扰，使pid控制成为有效的快速响应系统;
(3) 多种输出规格可供选择;
(4) 八组数据设置;
八个数值(如设定点(sp)和报警设置值)可以预置在八个数据组中;
(5) 可以用数据设定器输入和显示当前值;
(6) 可以用plc程序输入和检索数据。
同时我们通过plc的程序实现加热炉的双交叉限幅燃烧系统控制，从而实现了加热炉的稳定运行。
pid控制可以分为本地控制和远程控制两种模式，远程控制即通过plc实现的控制，又有自动和手动两种方式，自动控制即由plc进行全自动控制，不需要进行人工干预。手动控制即在上位机上给定一个阀位输出值，通过plc对阀位进行控制。在正常情况下都是在远程控制模式下的自动状态进行，并且每个pid控制回路的sv值、pv值、out值都可以在上位机上用棒图显示出来，非常直观。
同时在上位机上可以很方便地修改各燃烧介质温度、压力以及每个控制回路的pid参数，如设定值(sv)、“p”值、“i”值、“d”值，并且操作界面非常友好，操作方便。

4 双交叉限幅燃烧系统
加热炉所用空气、煤气liuliang波动频繁，同时煤气的热值等因素也会影响燃烧效果。对这些不利因素，所用燃烧控制系统由温度控制和liuliang控制组成，在控制系统中设计了高、低选择器、系统运算单元和一些平衡换算单元，并辅有liuliang的温压补偿，加热区上下段的主副控制。
4.1 温压补偿
在气体liuliang控制中,由于气体所处的温度、压力不同，需进行温压补偿。在本加热炉燃烧控制中，空气liuliang温压补偿设为k1计算公式如下:


按式(1)计算出的数值k1放在aoc149中，各空气liuliang变送器测的实际数值乘以此稳压补偿，在参与计算与控制。
煤气liuliang温压补偿设为k2,

按式(2)计算出的数值k2放在aoc150中，各煤气liuliang变送器测的实际数值乘以此稳压补偿，在参与计算与控制。
4.2双交叉限幅燃烧控制与实现
炉内分预热段、上加热段、下加热段、上均热段、下均热段。煤气、空气liuliang调节系统共有十路，由于控制原理基本相同，现仅以均热上段的燃烧控制为例进行说明。
(1) 燃烧控制系统原理
在煤气liuliang调节回路中，炉温pid的输出a1与根据实测空气liuliang折算成需的煤气liuliang之后，分别乘以一个偏置系数k3，得到信号a2，乘以一个偏置系数k4得到信号a3，a1、a2、a3三者经过高低选择器比较，选中者作为煤气liuliangpid的设定值。空气liuliang调节回路中，炉温pid的输出b1，与根据实测煤气liuliang折算成所须空气liuliang之后，分别乘上一个偏置系数k1得到信号b2，乘上偏置系数k2得到信号b3，b1、b2、b3三者经高低选择器比较，选中者乘上liuliang补偿系数，送到空气pid作为设定值。
其系统组成原理图如图3所示。

图3 双交叉限幅燃烧控制原理

(2) 系统调节过程及特点
在系统稳定状态时，温度pid的输出以a1送到煤气liuliang调节回路pid作为设定值，以b1送到空气liuliang调节回路pid作为设定值。
在负荷剧增(温测<温给)时,温度pid的输出剧增.对于空气liuliang调节回路,随着b1开始增加时,b1

5 结束语
该系统应用加热炉后运行稳定，也降低操作者的劳动强度，受到生产厂家的好评;该系统的操作也非常方便，凡是需要修改的参数都可以在上位机或者监控站上直接输入，如变频器的起/停、基准频率、每个pid控制回路的参数值等;另外，该系统价格低，投资少，降低了产品成本，效益显著。

1引言
生产饮料筒、油漆筒(桶)、机油筒(桶)等薄板类金属容器的道工序就是把厚为0.2～0.5mm、宽为320～1200mm的卷板按所生产容器的不同剪成不同长度的板料，然后送到下面的工序，如套色印花、焊接、胀型、封口(底)等终成型。由于后面的工序，特别是套色印花工序对长度偏差的要求甚高，为±0.25mm/1000mm(对角线偏差为±0.4mm/1000mm)，单位时间的剪切数量较高,一般不少于50/min，普通的剪切设备达不到上述要求。有经济实力的大型企业从国外进口生产线，这种生产线从板料的开卷、校平、定尺剪切到终成型，由工控计算机作上位机，控制多台plc，既由计算机根据动作需要向plc写入或读出数据，达到控制整条生产线的目的。这种生产线结构复杂，价格昂贵。对于中小企业，我们研制了一种仅需1台plc控制的、结构简单、造价低廉、剪切精度和剪切产量达到和超过上述要求的高精度定尺剪切系统。

图1 剪切系统结构示意图2 硬件构成
剪切系统的结构示意如图1所示。由图1可见，系统的机械部分由夹送机构和剪切机构两部分组成:夹送机构由交流伺服电机驱动旋转，上下夹送辊的加紧力调至刚好压紧板料，使板料在两辊中按设定的速度无滑动滚动;剪切机构与一般剪床同，只是剪切的驱动力来自高压气体。
系统的电气控制部分采用日本光洋的su系列可编程序控制器;包括su-5m(cpu模块)，u-01sp单轴伺服定位控制摸块;u-05n16点dc12/24v输入模块;u-01t8点ac220v继电器输出模块等;人机界面为cl-02ds液晶汉字显示设定单元。伺服系统采用日本安川的交流伺服电机sgmgh-20ada61和sgdm-20ad数字交流伺服驱动器。

3定尺剪切控制
3.1 控制原理
在手动状态(板料安装)时，夹送辊可作正反2个方向转动。在自动工作情况下，夹送辊的转动方向如图1所示。若确定单位脉冲的移动量和编码器每转一圈的脉冲数，当夹送辊的直径一定时，夹送辊每转一定的角度或圈数，板料的移动长度也就确定了。当plc检测到伺服电机反馈的脉冲数达到所设定的目标值(既长度)时，plc发出信号，交流伺服电机停止转动，同时，方向控制阀的电磁铁通电，气缸执行剪切动作。剪切机构的每一次剪切使接近开关获得1个脉冲，此脉冲即可计算剪切数量，又能作为下1个循环的开始信号。
3.2 参数设置
(1) 一般参数的设置
a)主轴转速(自动运转时，下同)的确定:确定主轴的转速要兼顾2个方面，一是生产能力，二是转动惯性。转速不是越快越好，太快，转动惯性大，达不到jingque停止的要求，剪切长度精度不高;当然，慢了，达不到生产力的要求。
b)脉冲当量的确定:在本例中，之所以能进行高精度定尺剪切，实际上就是jingque的控制夹送辊每个脉冲转动的角度(脉冲当量)。当夹送辊直径一定时，它转过一定的角度，就对应转过一定的弧长，既为板料移动的长度。从理论上说，脉冲当量越小，剪切长度精度越高，但对控制系统的要求也越高，不经济。一般情况下，脉冲当量比加工精度高一个数量级即可。
c)脉冲编码器反馈的每转脉冲数(分周比)的确定:脉冲当量确定以后，这个参数就好确定了。设计时，夹送辊的直径已定，则其周长也已确定。只要用主动辊的周长除以脉冲当量，即为脉冲编码器反馈的每转脉冲数。该数应为整数，当得数为小数时，与脉冲当量一同作一些调整即可。应注意的是确定的脉冲编码器反馈的每转脉冲数必须在所选的脉冲编码器大的每转脉冲数范围之内。
d) 伺服驱动器工作模式:速度控制模式。
(2) 智能模块的参数选择
u-01sp智能模块的参数共有21个，主要参数有:
a)设定的主轴转速时智能模块发出的脉冲频率fbf:u-01sp智能模块与数字式交流伺服驱动器配合使用，可以在交流伺服电机额定的转速内任意设定，这个设定值就是fbf:
fbf(khz)=主轴转速(rps)×脉冲编码器反馈的每转脉冲数(ppr)
该参数必须在智能模块的大fbf范围之内。
b) 主轴手动速度的确定:根据手动安装板料的需要，一般设定为主轴转速的10%~20%。
c)加、减速时间，即主轴从0转速到额定转速(或反之)所需要的时间:主要根据剪切的板长确定，剪切的板长较短时，该时间可短些，反之，可长些。对于本例，可选500~1000ms。
d) 紧急停止时间，在自动运转时，从额定转速到停止转动的时间:当系统发生意
外时，控制系统需急停，以减少对系统和机器的损伤。该时间可少些，一般选500ms以内。
其余参数可用该模块出厂时的原设定值或根据需要设定。
3.3 程序设计
这里使用的su-5m型plc与大多数型号的中型plc在程序设计上并无大的差异，由于采用了语言编程，更接近计算机的流程图设计思路。特别需要指出的是u-01sp单轴伺服定位控制模块采用类似数控cnc系统的g语言，编程方便、功能强大。
举例:g00 x(位置值) f(速度值);代表一个典型的阶梯形定位指令。
单轴伺服定位控制模块u-01sp的控制信号通过模块所占i/o定义号对应，程序设计思路如图2所示。
(1)plc上电后，首先进行初始化处理:把为系统建立的参数表从cpu写入智能模块u-01sp、检查系统有无错误、数据有无错误、语法有无错误，检查结果判断为正常时，系统进入伺服准备状态，这其中包括进入到动作方式(手动、自动)选择、数据监控状态(伺服数据读出)、伺服异常(数据出错、系统出错、语法出错)处理完毕状态。
(2) 在手动状态下，按下主轴正、反转按钮，主轴

图2 剪切系统程序框图

可驱动板料前进、后退;按下手动剪切按钮，剪去板头。此状态一般在新安装板料时使用，手动剪切不计数。
(3)在自动状态下，料批(剪切长度、剪切张数)在人机对话装置cl-02ds液晶设定显示单元上设定完毕后(实际上料批可在plc上电后任意动作方式下设定)，cl-02ds将料批数(十进制数)转换成bcd数，存入到cpu的指定寄存器中，程序根据已确定的脉冲当量进行计算，转换成脉冲数，再将脉冲数变换成bin数，存入到u-01sp内的指定目标寄存器而成为目标值。然后，人机对话装置cl-02ds进入监控状态。按下自动剪切按钮，主轴开始转动，每次转动的周长就是目标值的脉冲数与脉冲当量的乘积。到了目标值后主轴停止，气缸执行剪切动作，剪刀回位的同时，计量剪切张数，然后重复上次操作。直至达到剪切张数的目标值后停止。
由于圆周率的存在和转动惯性，主轴每次转过的实际周长与应该转过的周长还会有一点差异，虽然很小，在1mm以内，但对于±0.25mm的长度精度还有影响，这样，在程序中按需要设定几个尺寸段进行一定数量的脉冲补偿(分段补偿)，终完全达到了剪切长度精度要求。

4结束语
适当改变脉冲当量、夹送辊直径和脉冲编码器反馈的每转脉冲数，剪切精度可tigao一个数量级;剪切动作换成液压缸执行，能剪厚板，可用于机械、汽车等其它行业。该系统已在济南、深圳等地投入使用，经过近一年的运行，剪切长度精度、剪切速度完全达到设计要求和用户要求，系统运行情况良好。该产品填补了我省空白，现已通过技术鉴定，正批量生产。