SIEMENS自控产品在堆取料机控制系统上的应用
日期：2008-10-22 23:30:02 来源：中国自动化网
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1 引言
随着电子技术、自控理论等高科技产业的发展，同时贯彻优化产业、产品的方针。淮南钢厂输送物料系统配备3台斗轮堆取料机、1台堆料机、1台桥式双斗轮取料机。该系统要求自动化程度高、逻辑控制准确、长期运转安全、可靠。根据上述控制理念，基于控制点多、工况恶劣，在传统的控制技术下，系统工效低，可靠性差。本次设计采用了SIEMENS公司触摸屏、变频器、PLC，并通过SIEMENS公司标准的PROFIBUS网络总线通讯来联合控制使用。采用三种控制方式即PLC手动、单动、自动控制原理，用来控制变频器调整电机转速，同时利用触摸屏监控界面对系统运转监控。该系统连接简单、组态方便、易编程、易检修，对系统的高效节能、简化操作、稳定工艺起到非常重要的作用，因此SIEMENS自控产品联合使用的自动化控制系统，越来越广泛的应用到工业生产的各个领域。
2 系统组成、控制原理
（1） 设备组成、工艺
悬臂式堆料机由悬臂皮带、俯仰、行走、
除尘、夹轨、卷筒6个机构组成。桥式双斗轮混匀取料机由皮带、斗轮、斗轮小车、行走、除尘、夹轨、卷筒7个机构组成。堆料机采用人字形堆料方式（变起点为终电，变终点为起点）将各种炼钢物料堆于料厂，在经两机器联锁换区后，由桥式双斗轮混匀取料机进行斗轮小车前进到取料位——后退到取料位——行走前进定距的往复式取料方式取料。此工艺可将不同炼钢物料均匀堆到料厂，在经混匀取料达到炼钢物料混匀要求。
（2）控制原理
堆料机、取料机控制原理采用手动、单动、自动均经过PLC控制，反馈信号、检测信号参与控制，由PLC程序设定行走、斗车变频器参数并调整速度、在由触摸屏进行工作监控。
●司机室手动操作
在整机动力电源、控制电源正常投入的情况下，旋转联动操纵台控制方式选择开关至手动位，在依次旋转各机构主令开关启动堆、取料机进行手动堆取料作业。
●单动操作
在整机动力电源、控制电源正常投入的情况下，旋转联动操纵台控制方式选择开关至单动位，在依次旋转各机构主令开关启动堆、取料机进行单动调试。或将控制操作开关旋转至机外位，操作人员可就地在单动箱处控制各机构。
●自动操作
旋转联动操纵台控制方式选择开关至自动位，堆、取料机按设定参数进行自动堆料、取料程序作业。此功能可由中控室通过SIEMENS 标准PROFIBUS 总线由上位机控制堆取料机。并由料厂监控系统监视运转，无须人员干预，其运转安全、准确、可靠，同时降低了操作人员的劳动强度。
3 控制系统结构
控制系统的硬件结构如图1所示。根据工艺要求综合SIEMENS公司自控产品，整个控制系统由上位机（工控机）、SIMATIC S7-300PLC总站（含远程）、触摸屏TP27-10、矢量控制变频器6SE70系列、及现场设备组成。
图 1 系统硬件结构框图
4 系统软、硬件介绍
（1） 系统软件
可编程序控制器S7-300软件用STEP7-WIN，为了配合PC使用，必须配置MPI卡或PC适配器，其提供编程语言有语句表（STL）、梯形表（LAD）、功能块图（FBD）。STEP7将所有用户编写的程序和程序所需的数据放置在块中，通过一个主程序块调用其他的子程序块或块内程序来完成，程序结构简单清晰。使用户结构化成为可能。这将显著增加PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。
触摸屏软件选用SIMATIC ProTool组态软件。ProTool提供了多种控制器库、图形控件和功能组件，通过组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态、当前过程值和故障可视化。利用人机界面操作被监控系统，对PLC中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，满足各种条件下的监控要求。该软件提供了不同用户口令保护。
（2） 系统硬件
PLC S7-300主机选用CPU 315-2DP
块，远程通讯选用1M153-2模块，输入模块选用（6ES7321-1FH00-0AA0 ）SM331模块，输出模块选用SM322输出模块系列（6ES7322-1HH01-0AA0 ）。高数计数模块选用6ES7350-1AH02-0AE0模块，用于位置检测，角度检测选用24V常规输入模块。S7-300是模块化中小型PLC系统，易于实现分布，建立分布式自动化系统，当控制任务增大时可自由扩展。通过模板的诊断评估，可区分可参数化的诊断信息和不可参数化的信息。通过通讯处理器，或集成在CPUD的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上，能实现高速的用户方便的分布式自动化组态。从用户的观点出发，通过PROFIBUS-DP分布式I/O就像处理集中的I/O一样，具有相同的组态、地址和编程。
变频器选用SIEMENS公司SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制、三相交流传动系统电压源型变频调速器6SE70系列，其可非常简单的连接到SIEMENS PROFIBUS-DP 总线上，因而将控制数据和设定周期性传送到传动系统上。然后将状态信息和实际值回传给系统并可实现传动系统与过程相关的参数的调整。BICO数据组、功能数据组FDS电机数据组、Vdmax调节器等软件功能、特别是安全停车功能等大大提高了电机运转的稳定性、安全性。
用触摸屏TP27-10作为人机界面系统，是因它专门为用户进行操作和监控而设计的，通过SIEMENS PROFIBUS-DP 总线可清楚在线监视堆、取料机各机构运转状况。
5 结束语
SIEMENS自控产品（PLC、变频器、触摸屏及低压电气元件）的联合应用，使设计精练、结简，提高控制方式的灵活性、简化了操作，使整个系统更具稳定性、安全性。整套控制系统的设计，具有广阔的应用前景和先进的控制水平。
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随着电子技术、自控理论等高科技产业的发展，同时贯彻优化产业、产品的方针。淮南钢厂输送物料系统配备3台斗轮堆取料机、1台堆料机、1台桥式双斗轮取料机。该系统要求自动化程度高、逻辑控制准确、长期运转安全、可靠。根据上述控制理念，基于控制点多、工况恶劣，在传统的控制技术下，系统工效低，可靠性差。本次设计采用了SIEMENS公司触摸屏、变频器、PLC，并通过SIEMENS公司标准的PROFIBUS网络总线通讯来联合控制使用。采用三种控制方式即PLC手动、单动、自动控制原理，用来控制变频器调整电机转速，同时利用触摸屏监控界面对系统运转监控。该系统连接简单、组态方便、易编程、易检修，对系统的高效节能、简化操作、稳定工艺起到非常重要的作用，因此SIEMENS自控产品联合使用的自动化控制系统，越来越广泛的应用到工业生产的各个领域。
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2 系统组成、控制原理
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（1） 设备组成、工艺
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悬臂式堆料机由悬臂皮带、俯仰、行走、
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除尘、夹轨、卷筒6个机构组成。桥式双斗轮混匀取料机由皮带、斗轮、斗轮小车、行走、除尘、夹轨、卷筒7个机构组成。堆料机采用人字形堆料方式（变起点为终电，变终点为起点）将各种炼钢物料堆于料厂，在经两机器联锁换区后，由桥式双斗轮混匀取料机进行斗轮小车前进到取料位——后退到取料位——行走前进定距的往复式取料方式取料。此工艺可将不同炼钢物料均匀堆到料厂，在经混匀取料达到炼钢物料混匀要求。
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（2）控制原理
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●司机室手动操作
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●单动操作
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在整机动力电源、控制电源正常投入的情况下，旋转联动操纵台控制方式选择开关至单动位，在依次旋转各机构主令开关启动堆、取料机进行单动调试。或将控制操作开关旋转至机外位，操作人员可就地在单动箱处控制各机构。
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●自动操作
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旋转联动操纵台控制方式选择开关至自动位，堆、取料机按设定参数进行自动堆料、取料程序作业。此功能可由中控室通过SIEMENS 标准PROFIBUS 总线由上位机控制堆取料机。并由料厂监控系统监视运转，无须人员干预，其运转安全、准确、可靠，同时降低了操作人员的劳动强度。
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3 控制系统结构
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控制系统的硬件结构如图1所示。根据工艺要求综合SIEMENS公司自控产品，整个控制系统由上位机（工控机）、SIMATIC S7-300PLC总站（含远程）、触摸屏TP27-10、矢量控制变频器6SE70系列、及现场设备组成。
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图 1 系统硬件结构框图
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（1） 系统软件
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触摸屏软件选用SIMATIC ProTool组态软件。ProTool提供了多种控制器库、图形控件和功能组件，通过组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态、当前过程值和故障可视化。利用人机界面操作被监控系统，对PLC中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，满足各种条件下的监控要求。该软件提供了不同用户口令保护。
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（2） 系统硬件
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块，远程通讯选用1M153-2模块，输入模块选用（6ES7321-1FH00-0AA0 ）SM331模块，输出模块选用SM322输出模块系列（6ES7322-1HH01-0AA0 ）。高数计数模块选用6ES7350-1AH02-0AE0模块，用于位置检测，角度检测选用24V常规输入模块。S7-300是模块化中小型PLC系统，易于实现分布，建立分布式自动化系统，当控制任务增大时可自由扩展。通过模板的诊断评估，可区分可参数化的诊断信息和不可参数化的信息。通过通讯处理器，或集成在CPUD的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上，能实现高速的用户方便的分布式自动化组态。从用户的观点出发，通过PROFIBUS-DP分布式I/O就像处理集中的I/O一样，具有相同的组态、地址和编程。
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变频器选用SIEMENS公司SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制、三相交流传动系统电压源型变频调速器6SE70系列，其可非常简单的连接到SIEMENS PROFIBUS-DP 总线上，因而将控制数据和设定周期性传送到传动系统上。然后将状态信息和实际值回传给系统并可实现传动系统与过程相关的参数的调整。BICO数据组、功能数据组FDS电机数据组、Vdmax调节器等软件功能、特别是安全停车功能等大大提高了电机运转的稳定性、安全性。
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用触摸屏TP27-10作为人机界面系统，是因它专门为用户进行操作和监控而设计的，通过SIEMENS PROFIBUS-DP 总线可清楚在线监视堆、取料机各机构运转状况。
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5 结束语
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SIEMENS自控产品（PLC、变频器、触摸屏及低压电气元件）的联合应用，使设计精练、结简，提高控制方式的灵活性、简化了操作，使整个系统更具稳定性、安全性。整套控制系统的设计，具有广阔的应用前景和先进的控制水平。
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