海南西门子PLC总代理商

海南西门子PLC总代理商

　中石化上海石油化工股份有限公司腈纶事业部，是目前国内规模大的腈纶生产企业，占地面积25.45公顷。事业部现有三大腈纶纤维生产装置：南腈纶装置、北腈纶装置和金阳腈纶装置。主要产品有腈纶纤维和腈纶毛条两大类。
此项目测量物料性质以及工艺要求如下：
　　1） 输送物料为聚丙烯晴，实物如图1。
　　2） 颗粒直径在20-30um。
　　3） 含水率在45%-55%。
　　4） 计量设备的前一道是离心机设备，离心机的出料过程是16分钟/次，每次出料为54kg，投入下方计量罐中，共向计量罐内投5次物料约有270kg。
　　5） 秤重罐在向下方的反应釜内加物料，等添加物料达到250公斤时，秤重罐关闭停止加料，进入下一循环。
　　6） 250kg物料要求在30分钟内匀速下料，计量精度在±1%.
 

　　图1 聚丙烯晴介质
　　由于分体物料的物理特性的不同对分体计量的称重影响很大，因此不同的物料计量控制的方式方法，以及控制系统的硬件配置差别也很大。对于比重大或比重过小、含水率高、流动性差、易结块的粉体物料很难jingque称重。
　　针对客户提供的实物聚丙烯晴，分析得出该物料是易挂壁、易搭桥、流动性差的特性。为此我们在计量罐内加搅拌电机，解决搭桥和挂壁问题，用星型转阀实现匀速下料。由于有二个电机在计量罐上，对计量精度提出了难点。
二、 控制系统构成
　　硬件组成主要由西门子CPU224XP和SIWAREX MS电子称重模块组成，计量罐620L有三个称重模块支撑。模块通过接线盒并联接入SIWAREX MS电子称重模块。控制通过TP 177A屏幕显示计量过程，硬件组成原理图如图2。

 
　　图2 硬件组成原理图
    　触摸屏计量显示操作界面如图3。  

　　图3 触摸屏计量显示操作界面
　　当对计量罐标定好后，设备运行首先用增量法对离心机从计量罐上方加料进行计量跟踪。离心机四次加料后或罐内物料大于250kg时。计量设备向离心机发出禁止出料信号，同时处于放料等待状态随时可以接受指令进行放料。开始放料又用减量法计量，并且要均速在30分钟内放完料。放完料后可将该次称重数据与时间进行保存。
三、 控制系统完成的功能
1、 SIWATOOL MS软件校称
   　 针对SIWAREX MS电子称重模块的校称软件SIWATOOL MS使用非常方便，操作可以独立于SIMATIC S7-200自动化系统的调试。通过RS232接口与PC机Com口相连，在校称界面中，输入标准砝码的重量后，发送至SIWAREX MS电子称重模块中，然后在空秤的时候，点击“零点有效”按钮，放上50KG的标准重量砝码后，点击“砝码重量有效”后，即可瞬间完成校称工作。SIWATOOL校称软件界面如图4。

 
图4  SIWATOOL MS校称软件界面
2、 设定低通滤波频率
   　 在联机调试时可以根据二个电机运行时的震动情况，来调整滤波频率，使其在大条件下限制数据的震荡跳动，又不会产生数据过于滞后影响精度产生超差。在动态过程中调试非常便于在监控中调整，较为直观。如图4中的“Limit Frequence”值，设定范围从0.05Hz到5Hz之间的7个可选频率范围。真正从控制应用角度出发，灵活解决了两个电机震动带来的影响。
3、PLC可编程称重功能
   　 PLC程序可以调用西门子提供的现成子程序，这样节省许多编写称重程序的时间，只需调用子程序的几个变量就可以了，例如：去皮、标零、显示皮重等。如图5 SIWAREX MS称重主程序，整个程序可视化，方便操作。
 

　　图5 SIWAREX MS主程序
    　校称工作也可以通过TP177 A触摸屏来完成。而无须使用SIWATOOL MS专用软件，实现瞬间校称，如图6触摸屏校称界面
 

　　图6 触摸屏校称界面
4、 SIWAREX MS电子称重模块的特性
    　SIWAREX MS 是一种多用途称重模块，适用于所有简单称重与测力应用。紧凑的模块化设计易于安装在SIMATIC S7-200系统中。SIWAREX MS模块直接在S7-200 CPU中存取设置和称重数据，与PLC数据传送不需要外加其它通讯接口。
　　SIWAREX MS模块还具有以下优点：
　　1） 使用STEP 7-Micro/WIN软件包进行统一设计 ，与S7-200完全兼容
　　2） 测量精度0.05%，分辨率达65000，可小数点后显示三位或4位小数
　　3） 使用“快速启动”软件包可快速启动和运行称重功能
　　4） 具有丰富的自诊断功能
　　5） 具有理论标定功能，无需校验砝码
　　6） 更换称重模块无需重新校准，所有传感器的标定数据已存储在CPU中
　　7） 通过SIWATOOL MS 软件方便的进行设置和校正称重模块，即使没有PLC相关经验，也可以轻松完成校称工作
　　8） 本身具有Ex防爆区域的认证，非常适合化工场合应用
四、 项目运行情况
   　 实际设备调试情况250kg的物料，误差在300克到500克之间，精度在千分之3左右，远高于用户1%的期望值内。而且二个电机同时运行所产生的数值波动在200克内，整个放料时间控制在25分钟内。这个结果对客户来说非常满意，对这种称重方式也非常满意。设备交付使用以来，已有两个多月，运行一直非常稳定。
五、 应用体会
   　 以前选用其他厂家的PLC系统，其模拟量模块的分辨率是数值4000和8000，且以前的称重解决方案还需要另配传统的称重仪表，并且不同品牌产品模拟量数据转换极易造成数据失真。此次经过西门子专家介绍，选用西门子的称重解决方案，SIWAREX MS称重模块与西门子PLC在系统内数据直接转换成过程称重数据，具有精度高，性能稳定等特点，无需过多的AD/DA/AD等模数转换，也不会造成数据失真。
   　 作为一家OEM企业，在确保产品质量的同时，成本的控制是也非常重要的。西门子这套集成化称重系统的成本相对于其他PLC厂家来说要低很多，整个控制工艺非常简洁，具有非常高的性价比，这也是我们选用西门子SIWAREX MS称重模块的重要原因。

西门子新型简洁工业称重控制系统——非传统复杂的二次称重仪表模式
      新型称重控制系统的优点：检测频率快（每秒50次/400次）、测量精度高（0.05%/0.005%）、现场维护少(免维护)、编程可视化（称重功能可通过编程扩展）、集成程度高（几十台料仓统一管理）。
       而传统的二次称重终端正好与之相反，检测频率低（输出4~20mA后刷新频率大大降低，上位机显示迟后，导致精度大大降低）、测量精度低（不利于集中控制管理，对高端配料，无法满足高精度的要求，多次AD/DA/AD等转换后，测量精度大大降低），现场维护太多（中间大量接线和电路，导致故障点明显增多，操作人员维护量大大提高）、集成程度低（如果现场超过40多个料仓，通讯过程复杂，故障点大大提高，无法快速集中管理。）
       西门子新型工业称重控制系统说明：现场称重传感器，经过接线盒并联，输出的mV信号直接输入到西门子PLC称重电子模块SIWAREX系列。
此系统优点：
§ 集成成本低，降低工程造价和开发时间
§ 高分辨率、高精度
§ 实时性大大提高，提高生产率
§  SIMATIC 兼容
§ 无故障时间长
§ 测量过程受控，可标定
§ 与介质非接触, 适于食品、饮料和制药行业等，也适于洁净室和腐蚀性介质等应用情况

冶金企业中主要的工艺部分就是连铸工艺，连铸工艺的实施大幅度的提高了金属的收得率和铸坯的质量，节约了大量的能源。而出坯区作为和轧钢部分紧密相连的一段工艺，起到了承上启下的作用，减小了钢铁企业的节能降耗能耗。本部分采用德国西门子PLC，通过工业以太网和二级，三级管理控制系统的应用和辊道部分的机电一体品进行以太网通信，来控制辊道的转速和方向，实现铸坯的切割，喷号，去毛刺和下线等动作，完成预定的辊道工艺。

1 系统的硬件配置

     连铸控制系统分为三层，层为基础自动化系统（Basic Automation），简称BA.第二层为二级控制系统（Level2），第三层为管理型控制系统，称为三级控制系统。基础自动化系统由4个操作员站，2个工程师站和PDA站组成。工程师站作为服务器采集现场数据，操作员站通过远程访问来读取监控画面，实现对现场的控制。出坯区属于工艺中后一段，硬件有1个S7-400站，6个ET-200M站和14个变频器组成Profibus-DP网络。如下图1：

图1

     同时，通过工业以太网和其他工艺部分公共部分(Common),铸流部分（Strand），仪表部分（Instrument）和二冷水部分(Tcs)和机电一体品（含结晶器震动，结晶器页面控制，电磁搅拌，一次切割，二次切割，喷号机，去毛刺机等）进行通信，工业以太网的网络简图如下图2，图3：

图2

图3

2        PLC系统

出坯区的现场生产环境恶劣，高温粉尘，因此要求PLC有较高的可靠性，系统选择了西门子公司的416系列的PLC，它具有稳定的运行性能和强大的组网能力。完全能符合现场的工况。主站由电源模块、CPU、CP443-1、2块FM450-1和CP445-5和背板组成，采用AC220作为主站PLC供电电源，DC24V作为其他模块工作电源电源。

现场远程站分别负责MCC柜，辊道开关箱，液压站，辊道旁的光电开关的信号和现场操作台的按钮信号。每套系统均包括SITOP电源，IM153远程模块和相关的I/O模块组成，负责接收现场的开关量信号和模拟量信号。

变频器通过DP网络连接到系统中来，接收和反馈信号来输出动力，控制辊道的转速和方向。

3         工艺描述和实现

具体工艺如下图4：

图4

    如上图：出坯区共有辊道RT3—RT17共14组辊道，各组的辊道的辊子数目不一定相同。其中RT4为二切辊道，本组辊道上有二次切割机；RT9辊道旁有喷印机，称为喷印辊道；

   RT11,RT12为去毛刺辊道，称去毛刺辊道1，去毛刺辊道2；RT14为下线辊道，两侧分别布置有推钢机和垛板台。两组辊道之间均安装光电开关，在推钢机和垛板台上分别安装接近开关来检测推钢机的行程和垛板台上钢坯的数目。

    第三组辊道（简称RT3）接收从一次切割辊道送来的铸坯，在后续辊道RT4无铸坯时，将铸坯快速运送到RT4上，根据从铸流接收到的铸坯ID号，来确定铸坯的切割长度和块数。如下图5：

图

铸坯的切割信息通过通信发送到二次切割机上，切割机根据RT4根辊子上面的编码器计算铸坯停在本组辊道上的位置，来进行切割。切割完毕后，根据块的数目和长度来启动本组辊道的辊子数向下组辊道运送铸坯，后续有RT5,RT6,RT7,RT8四组等待辊道用来停放后续RT9喷印辊道的不能及时处理的铸坯。喷印机作为机电一体机接收从上位送来的铸坯ID号，进行喷印。喷印完毕后，喷印系统反馈一个喷印结束的信号。本组辊道启动向下组辊道送坯。送坯完毕，接收从前组辊道运来的铸坯。

RT11为去毛刺辊道，去毛刺辊道两侧有两组光电开关，通过光电开关的信号检测来确定铸坯的位置，来确定去毛刺辊的正转和反转来去铸坯的头尾的毛刺。

去毛刺结束后，铸坯通过两组等待辊道RT12和RT13进入到下线辊道，通过板坯所带的信号来确定板坯的去向。分板坯下线和板坯直送两种：板坯下线时，下线辊道根辊子上的编码器计算板坯的停止位置，使板坯的中心线和辊道的中心线重合，待辊道停止转动后，启动推钢机将板坯推至垛板台。板坯直送时，推钢机不动作，编码器信号不参与控制，板坯直接送入下一组等待辊道，再经过两组轧钢下线辊道（RT16、RT17）进入轧钢厂进行后续的加工。

4. 控制内容

        按照保证铸坯在后面的一组辊道上的控制方案进行控制，如：RT5上面有铸坯而RT6上无铸坯，则程序会自动将铸坯运送到RT6上。

       辊道上板坯的运送顺序有RT4－－-RT5－－- RT6－－-RT7－－- RT8－－－－－－－－- RT14－－-垛板台下线和RT4－－-RT5－－- RT6－－-RT7－－- RT8－－－－－－－－- RT17－－-轧钢下线两种。

系统分为自动控制和手动控制和两种控制方式相结合的控制方式。自动控制即各辊道按照工艺实现板坯的切割，喷号，去毛刺等生产工艺并自动的将板坯送到终点；手动方式就是由操作人员在后部控制室和现场设备的手动操作按钮，通过人为观测辊道运行情况手动的将铸坯送至终点的控制方式。两种方式相结合的控制方式应用在各别辊道间的光电开关失效导致铸坯信息无法自动传递的时候和特殊工艺时启用，因为辊道上铸坯的存在和信息通过光电开关来进行传递，所以本组手动不会影响后续辊道的自动运行，仍然可以节省不少人力成本。

5．软件设计

       编程软件采用PCS7 V6.0版本，分别安装在工程师站和现场的操作员站，通过CFC流程图编程，程序结构清楚，层次分明。通过TCP/IP 协议采集下设主站的信息，便于工程师站集中管理用于程序员调试，排查故障和程序的修改。

6. 结论

       这套控制系统的硬件系统采用成熟稳定S7-400系统和软件编程采用西门子结构化编程，程序结构层次清楚，便于现场熟悉工艺的程序员对程序的修改和设备的维护，上位画面实时性好，运行稳定，完全符合工艺技术指标的要求。