WF705在RH真空处理控制系统中的应用
日期：2006-3-9 1:01:53 来源：本站整理
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攀钢于1998年初建成一套年处理钢水能力为50万t的RH真空处理装置。它的主要功能是：将从转炉出来的钢水进行脱氢、脱氧、脱碳及合金化。经过RH真空处理的钢水性能得到极大提高，从而可以提高攀钢冷轧薄板的产品质量。
1 控制系统的组成
攀钢RH真空处理基础自动化控制系统采用西门子S5-155UPLC，整个控制系统由PLC1、PLC2、OMS1、OMS2、LEVEL2(二级计算机)、PG760构成，系统通过SINECH1网连接成一个整体。PLC1控制真空处理部分，PLC2控制合金加料部分。OMS1、OMS2为操作站。LEVEL2根据真空处理过程中钢水的成分和物理状态，通过一定的数学模型，计算出应加入的合金量，并向基础自动化级(PLC)发出控制指令。PG760是工程师站，用于编程和监视程序的运行状况。
在RH真空处理过程中，MFB(Multi-Function Burner)枪是一个十分重要的设备。它的作用是：在非处理状态下，进行大气加热对真空室保温；在处理过程中进行真空加热，减少钢水的温降；吹入氧气对钢水进行强制脱碳；喷吹氧气和加入铝丸进行化学加热使钢水升温。要实现以上功能，必须对MFB枪精确定位。本文介绍如何使用绝对编码器、西门子WF705位置模块和PLC来实现对MFB枪的精确定位。
2 硬件配置
绝对编码器安装在驱动MFB枪的电机轴上，随电机的转动而转动，编码器每转一圈就发出1024个脉冲。WF705接收编码器发出的脉冲信号并累计脉冲数值，然后再将其送往PLC计算MFB枪的实际位置。
本系统选用德国FRABA公司的MultiTurnSSIAWC5810绝对编码器，其最大计数能力为1024×16=16384个脉冲，它采用格雷码25bit数据格式，根据电缆长度的不同，数据传输率有125kb/s(120m)和1Mb/s(25m)两种。
WF705实际上相当于一个位置解码器，它直接插在PLC机架中。绝对编码器通过7芯屏蔽电缆接在WF705的同步串行接口上，它的24VDC电源由WF705提供。WF705必须设定一个地址(由模块上的地址开关设定)，以便CPU对它进行寻址。本系统中WF705的地址设定为240。
3 软件设计
3.1程序结构
PLC程序用STEP5语言编制，程序结构为块式结构。有关WF705的程序只须在PLC的STEP5应用程序中调用相关的S5标准功能块即可。S5标准功能块随STEP5软件一同提供。
与WF705有关的功能块为FB160、FB161、FB163。FB160及FB163用于PLC启动时CPU与WF705的同步，仅在PLC启动时被OB20／OB21／OB22调用和执行一次，对WF705进行初始化，在FB160中调用FB163，由它自动产生一个长度为48字的数据块，用于存储WF705传来的实际脉冲数值。FB161用于将WF705中的脉冲数值读到CPU中，它在OB1中被循环调用和执行，实时累计编码器的脉冲数值。
在本控制系统中，为了使程序更简洁、易读，所以将FB160编在PB2中，再由OB20／OB21／OB22去调用PB2，对WF705进行初始化。将FB161编在PB3中，再由OB1去调用PB3，从WF705中读出脉冲数值到CPU中。这样程序的结构就更加清晰。
3.2功能块的参数配置
编程时直接调用FB160、FB161、FB163即可，但是还必须对它们进行参数配置。因为FB163属于内部调用，所以不用配置FB163的参数。
FB160的参数配置如下：
(1)存放脉冲数值的数据块DB12
(2)绝对编码器每圈的脉冲数1024
(3)WF705的模块地址240
(4)数据传输率125kb/s
FB161的参数配置如下：
(1)存放脉冲数值的数据块DB12
(2)WF705的同步串行接口(SSI)号2
3.3数值转换
由于CPU从FB161读出的只是脉冲数值，要表示成长度单位mm，还必须进行转换，转换公式如下：
式中D为实际位移；P为实际脉冲数值；L为最大行程；R为编码器在整个行程中转过的圈数。
最大行程L为MFB枪上／下极限之间的距离，用皮尺人为量出；编码器转过的圈数R通过以下关系式计算：R=(Pup－Pdown)／1024，式中，Pup为MFB枪位于上极限时的脉冲数，Pdown为MFB枪位于下极限时的脉冲数。此转换功能是由自编功能块FB232实现。
3.4MFB枪的定位控制
前文已述及MFB枪有4种功能，在实现这4种功能时，MFB枪的位置是不同的：(1)大气加热枪位5.0～7.0m；(2)真空加热枪位5.5～7.0m；(3)化学加热枪位2.5～5.0m；(4)强制脱碳枪位2.0～5.0m。
MFB枪的枪位设定有两种方式：第1种为计算机(LEVEL2)方式，由人工发出请求，计算机根据数学模型进行计算，给出各种情况下的枪位设定值，并将其送往PLC；第2种为人工方式，操作员在操作站上输入MFB枪各种情况下的枪位设定值，通过H1网送往PLC。
PLC接收到MFB枪的设定值后，将其与实际枪位比较，然后发出指令去控制MFB枪的升降。MFB枪有快速和慢速两种运行速度。MFB枪动作时总是先快速运行，当实际枪位与设定值之差ΔL≤±100mm时，转为低速运行，当ΔL≤±10mm时，MFB枪停止运行，由于惯性作用滑行一段距离后停止在设定位置上。偏移量±10mm是调试时根据现场实际情况确定的。
4 结语
用绝对编码器和WF705位置模块测量位置时，必须注意以下两点：
(1)绝对编码器与WF705之间的连接电缆必须使用屏蔽电缆，而且应与动力电缆分开走线，以避免外界电磁干扰，防止WF705出现误计数。
(2)由于WF705从绝对编码器读出的脉冲数值范围为0～3FFF(0～16383)，因此在安装绝对编码器时，必须使MFB枪在整个行程中的脉冲读数落在上述范围之内，即0P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
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攀钢RH真空处理基础自动化控制系统采用西门子S5-155UPLC，整个控制系统由PLC1、PLC2、OMS1、OMS2、LEVEL2(二级计算机)、PG760构成，系统通过SINECH1网连接成一个整体。PLC1控制真空处理部分，PLC2控制合金加料部分。OMS1、OMS2为操作站。LEVEL2根据真空处理过程中钢水的成分和物理状态，通过一定的数学模型，计算出应加入的合金量，并向基础自动化级(PLC)发出控制指令。PG760是工程师站，用于编程和监视程序的运行状况。
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在RH真空处理过程中，MFB(Multi-Function Burner)枪是一个十分重要的设备。它的作用是：在非处理状态下，进行大气加热对真空室保温；在处理过程中进行真空加热，减少钢水的温降；吹入氧气对钢水进行强制脱碳；喷吹氧气和加入铝丸进行化学加热使钢水升温。要实现以上功能，必须对MFB枪精确定位。本文介绍如何使用绝对编码器、西门子WF705位置模块和PLC来实现对MFB枪的精确定位。
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2 硬件配置
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绝对编码器安装在驱动MFB枪的电机轴上，随电机的转动而转动，编码器每转一圈就发出1024个脉冲。WF705接收编码器发出的脉冲信号并累计脉冲数值，然后再将其送往PLC计算MFB枪的实际位置。
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本系统选用德国FRABA公司的MultiTurnSSIAWC5810绝对编码器，其最大计数能力为1024×16=16384个脉冲，它采用格雷码25bit数据格式，根据电缆长度的不同，数据传输率有125kb/s(120m)和1Mb/s(25m)两种。
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WF705实际上相当于一个位置解码器，它直接插在PLC机架中。绝对编码器通过7芯屏蔽电缆接在WF705的同步串行接口上，它的24VDC电源由WF705提供。WF705必须设定一个地址(由模块上的地址开关设定)，以便CPU对它进行寻址。本系统中WF705的地址设定为240。
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3.1程序结构
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PLC程序用STEP5语言编制，程序结构为块式结构。有关WF705的程序只须在PLC的STEP5应用程序中调用相关的S5标准功能块即可。S5标准功能块随STEP5软件一同提供。
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与WF705有关的功能块为FB160、FB161、FB163。FB160及FB163用于PLC启动时CPU与WF705的同步，仅在PLC启动时被OB20／OB21／OB22调用和执行一次，对WF705进行初始化，在FB160中调用FB163，由它自动产生一个长度为48字的数据块，用于存储WF705传来的实际脉冲数值。FB161用于将WF705中的脉冲数值读到CPU中，它在OB1中被循环调用和执行，实时累计编码器的脉冲数值。
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在本控制系统中，为了使程序更简洁、易读，所以将FB160编在PB2中，再由OB20／OB21／OB22去调用PB2，对WF705进行初始化。将FB161编在PB3中，再由OB1去调用PB3，从WF705中读出脉冲数值到CPU中。这样程序的结构就更加清晰。
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3.2功能块的参数配置
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编程时直接调用FB160、FB161、FB163即可，但是还必须对它们进行参数配置。因为FB163属于内部调用，所以不用配置FB163的参数。
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FB160的参数配置如下：
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(3)WF705的模块地址240
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最大行程L为MFB枪上／下极限之间的距离，用皮尺人为量出；编码器转过的圈数R通过以下关系式计算：R=(Pup－Pdown)／1024，式中，Pup为MFB枪位于上极限时的脉冲数，Pdown为MFB枪位于下极限时的脉冲数。此转换功能是由自编功能块FB232实现。
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3.4MFB枪的定位控制
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前文已述及MFB枪有4种功能，在实现这4种功能时，MFB枪的位置是不同的：(1)大气加热枪位5.0～7.0m；(2)真空加热枪位5.5～7.0m；(3)化学加热枪位2.5～5.0m；(4)强制脱碳枪位2.0～5.0m。
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MFB枪的枪位设定有两种方式：第1种为计算机(LEVEL2)方式，由人工发出请求，计算机根据数学模型进行计算，给出各种情况下的枪位设定值，并将其送往PLC；第2种为人工方式，操作员在操作站上输入MFB枪各种情况下的枪位设定值，通过H1网送往PLC。
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PLC接收到MFB枪的设定值后，将其与实际枪位比较，然后发出指令去控制MFB枪的升降。MFB枪有快速和慢速两种运行速度。MFB枪动作时总是先快速运行，当实际枪位与设定值之差ΔL≤±100mm时，转为低速运行，当ΔL≤±10mm时，MFB枪停止运行，由于惯性作用滑行一段距离后停止在设定位置上。偏移量±10mm是调试时根据现场实际情况确定的。
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4 结语
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用绝对编码器和WF705位置模块测量位置时，必须注意以下两点：
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(1)绝对编码器与WF705之间的连接电缆必须使用屏蔽电缆，而且应与动力电缆分开走线，以避免外界电磁干扰，防止WF705出现误计数。
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(2)由于WF705从绝对编码器读出的脉冲数值范围为0～3FFF(0～16383)，因此在安装绝对编码器时，必须使MFB枪在整个行程中的脉冲读数落在上述范围之内，即0
本控制系统自1998年3月投运以来，没有出现过计数不准的现象。实践证明，使用WF705和绝对编码器能够准确测量MFB枪的位置，硬件和软件实现都十分方便。
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