【正文】 軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功第三章 西門子 PLC_S7300 配置 23 能進(jìn)行診斷是外診斷。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 1Mbps，通信負(fù)荷不大于 60%。例如采用 PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運(yùn)算等。 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 存儲器容量的估算 第三章 西門子 PLC_S7300 配置 21 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。編程軟件還具有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷功能。 CPU 模塊集成有 MPI 通信接口，有的還集成了其它通信接口。 3．功能模塊 主要用于完成某些對實(shí)時(shí)性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)。 CPU模塊內(nèi)部的工作電壓一般是 DC5V，而 PLC 的輸入 /輸出信號電壓一般較高，例如DC24V， AC220V。在 PLC 控制系統(tǒng)中， CPU不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序、刷新系統(tǒng)的輸出。 6．體積小維護(hù)操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 5．設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏 (柜 )的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。在 PLC 內(nèi)部具備許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算器、主控 繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。 PLC 的輸入／輸出可直接與交流220 v，直流 24v 等強(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。根據(jù)前面所統(tǒng)計(jì)的高爐實(shí)際運(yùn)行工況 (表 2)，在高爐正常運(yùn)行時(shí)， 1, 3 ,4高爐的風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量一般為 4700 m3/min以上，因此說原授風(fēng)高爐所剩余的風(fēng)量可以滿足原授風(fēng)高爐的極限生產(chǎn)需要，完全可以維持其極限生產(chǎn)。這樣反復(fù)迭代最終就可以得到一個(gè)恰當(dāng)?shù)拈y門開度。 撥風(fēng)管道及閥組布置在現(xiàn)有 6＃ 鼓風(fēng)機(jī)濾 風(fēng)室附近，在這里送往各高爐的風(fēng)管河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 16 道之間的距離很近，因此沿程阻力很小，在計(jì)算中可以將其忽略，而只考慮閥門開關(guān)程度所造成的局部損失，即 jw hh = 。 為計(jì)算方便，將吸入冷風(fēng)截面定為 0101截面，風(fēng)機(jī)出口截面為 11截面，撥風(fēng)閥動作后撥風(fēng)動作截面為 22界面，撥風(fēng)閥動作后原授風(fēng)高爐供風(fēng)截面為 3一 3第二章 撥風(fēng)系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì) 15 截面。這時(shí)整個(gè)管道的能量損失顯然應(yīng)該分段計(jì)算，而后把它們疊加起來， 即： 第二章 撥風(fēng)系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì) 13 jfw hhh ∑+∑= （ 3－ 3） 空氣在不同的壓力和溫度下其密度是不同的，根據(jù)不同工作狀況，空氣的密度可根據(jù)下式計(jì)算 : 1 0 1 7 32 7 30 pt += ρρ （ 3－ 4） 式中， ρ－某溫度 t與壓力 p狀態(tài)下干空氣的密度， kg/m3 0ρ － 0oC、壓力為 ，30 /29 mkg=ρ P 絕對壓力 MPa t 攝氏溫度 ℃ 在工程上一般氣體被看作可壓縮流體，如果忽略氣體流動時(shí)的位能變化，則可壓縮氣體絕熱流動伯努利方程為： whVpk kVpk k ++=+ 212122222111 ρρ －－ （ 3－ 5）式中， k－絕熱系數(shù)，對于空氣 k= P P2－截面 1, 2處的壓力 Pa 2ρ 、 1ρ 截面 1, 2處流體的密度 3/mkg V V2截面 1, 2流體的平均流速 m/s 根據(jù)流體的連續(xù)性方程，流體在管道中作穩(wěn)定流動時(shí)，在同一時(shí)間內(nèi)流過管道每一截面的質(zhì)量流量相等，即 222111 AVAV ρρ = （ 3－ 6） 式中， 1ρ 、 2ρ 截面 1, 2處流體的密度 3/mkg V V2 截面 2 流體的平均流速 m/s A A2 截面 1,2 處的截面積 m2 管道容積流量計(jì)算公式如下 : VAQ= （ 3－ 7） 管道面積計(jì)算公式如下： 42dA π= （ 3－ 8） 式中， d管道直徑 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 14 閥門生產(chǎn)廠家提供了蝶閥局部阻力系數(shù) ζ 與蝶閥開度的關(guān)系 (表 35): 表 22 蝶閥局部阻力系數(shù) ζ 與蝶閥開度的關(guān)系 開度％ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ζ 200 65 26 16 4 另外，閥門廠家還提供了流量閥門開度的 特性曲線圖 5： 流量系數(shù) C % 圖 蝶閥流量特性 圖中縱坐標(biāo)為閥門開啟程度 (角度 )，即閥門全關(guān)對應(yīng)于蝶閥開度為 0度，閥門全開對應(yīng)于蝶閥開度為 90度 。gv22 為單位重量流體的動壓頭 (速度水頭 )。另一部分是發(fā)生在局部管段上的，由流動狀態(tài)急劇變化所產(chǎn)生的旋渦和速度分布變化所引起的“局部損失”。 根據(jù)高爐的需求，入爐風(fēng)量為 1200 3m/min，風(fēng)壓不低于 ,高爐就能維持極限生產(chǎn)。 所以通過技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性比較，我們選擇德國阿達(dá)姆 斯生產(chǎn)的 MAK雙向零河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 12 泄漏三偏心硬密封電動快啟蝶閥作為撥風(fēng)閥。 (3)IQ執(zhí)行器帶有一個(gè)可接受 4個(gè)輔助輸入 (AUXI A11X4) 的裝置。 因此在滿足撥風(fēng)系統(tǒng) 68秒全開的工藝要求下，我們選擇了 Rotork 1Q型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但其缺點(diǎn)是需要較高壓力的氣體作為原動力，因此需設(shè)外部系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)量大。另一方面，在本撥風(fēng)系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)閥門的計(jì)算機(jī)自動控制，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，它的作用是接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動作。 通過技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性比較，我選用德國阿達(dá)姆斯生產(chǎn)的 MAK雙向零泄漏三偏心硬密封電動快啟蝶閥，在結(jié)構(gòu)上，其三偏心斜置錐形基座密封系統(tǒng)中，軸與閥體中心線相對偏心 。因此撥風(fēng)閥的選擇極為關(guān)鍵。 撥風(fēng)管道與閥門的設(shè)計(jì)選擇 撥風(fēng)管道的設(shè)計(jì) 我們選用 D630 X 8螺旋卷焊鋼管作為撥風(fēng)管道聯(lián) 通管，管子表面不得有裂縫、結(jié)疤、毛刺、壓痕和深的劃痕存在，氧化鐵皮、毛刺等必須清除。在撥風(fēng)閥動作后，該開度將保證所需要的冷風(fēng)流量通過 。 圖 增設(shè)了撥風(fēng)控制系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)系統(tǒng) 圖中 V13表示 1 高爐送風(fēng)母管與 2 高爐送風(fēng)母管之間的撥風(fēng)閥， V23表示 2高爐送風(fēng)母管與 3 高爐送風(fēng)母管之間的撥風(fēng)閥， V33表示 3 高爐送風(fēng)母管與 1 高爐送風(fēng)母管之間的撥風(fēng)閥。風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)吸入風(fēng)量一般為 4500N Minm3 以上，折算到 應(yīng)的風(fēng)量為 3060 Minm3 ，即使撥出 1200 Minm3 的風(fēng)，剩下的冷風(fēng)依然可以基本滿足原高爐的生產(chǎn)需要。 風(fēng)機(jī)具備鼓風(fēng)的最低條件必須具備才允許對故障風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)即：提供鼓風(fēng)的母管風(fēng)壓大于 ，風(fēng)量大于 4000N Minm3 ，壓力變送器工 作正常，流量變送器工作正常。 圖 撥風(fēng)裝置結(jié)構(gòu) 撥風(fēng)系統(tǒng)需求分析 高爐與鼓風(fēng)機(jī)在正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對各 項(xiàng)性能指標(biāo)的要求比較嚴(yán)格，因此，撥風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要滿足當(dāng)高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)通過 PLC 調(diào)配風(fēng)量，也要考慮到各個(gè)參數(shù)的正常，一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障緊急停機(jī)后，為故障風(fēng)機(jī)提供風(fēng)量的鼓風(fēng)機(jī)自身不能因?yàn)橄蛄硗夤╋L(fēng)母管供風(fēng)而超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，杜絕因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而停機(jī)，造成事故的擴(kuò)大化。 我所設(shè)計(jì)的撥風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)是在送風(fēng)管道之間，兩兩安裝一條聯(lián)絡(luò)管道，并在其上安裝三個(gè)閥門，左右兩側(cè)為電動蝶閥 (該閥不參與撥風(fēng)控制 )，正常處于開啟狀態(tài) 。 本章針對 鋼廠高爐供風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際情況，對撥風(fēng)裝置的原理及撥風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對撥風(fēng)管道與閥門的設(shè)計(jì)與選擇進(jìn)行了討論最后對如何控制撥風(fēng)量進(jìn)行了詳細(xì)的論述。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 6 第二章 撥風(fēng)系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì) 撥風(fēng)裝置的原理設(shè)計(jì) 在現(xiàn)代化冶金企業(yè)中，高爐供風(fēng)系統(tǒng)是非常重要的系統(tǒng)，高爐供風(fēng)系統(tǒng)的可靠性直接影響高爐的正常生產(chǎn)。 為盡量減少和避免由于風(fēng)機(jī)故障而造成的高爐灌渣事故，本論文選擇了兩高爐鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)撥風(fēng)裝置及其自動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)為論文選題。如果冷風(fēng)供應(yīng)系統(tǒng)可靠，滿足高爐頂壓需求，那么高爐利用系數(shù)將增加，高爐將穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。如果未到出鐵時(shí)間，由于鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障而停止送風(fēng)時(shí)，將導(dǎo)致冷風(fēng)壓力急劇下降，未分離的鐵水和爐渣的混合物將下沉灌入風(fēng)口并凝結(jié)，即為風(fēng)口灌渣。采用母管制在供風(fēng)選擇上可以更加靈活，更能適應(yīng)大型冶金企業(yè)的設(shè)備檢修和正常生產(chǎn)的需要。喘振、逆流保護(hù)的作用就是當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振逆流時(shí)（逆流時(shí)是指逆止閥失靈產(chǎn)生逆流，此時(shí)逆流保護(hù)動作，發(fā)出信號將放風(fēng)閥打開），保護(hù)器立即動作，迅速開啟放風(fēng)門，降低風(fēng)壓，以防止再次喘振。 全靜葉可調(diào)的調(diào)節(jié)原理：靜葉可調(diào)有較大的風(fēng)量變化范圍，可達(dá)到設(shè)計(jì)流量的 72~135％。 ㈢全靜葉可調(diào)式軸流式鼓風(fēng)機(jī)工作原理 目前大型高爐鼓風(fēng)機(jī)采用的是進(jìn)口全靜葉可調(diào)。導(dǎo)葉的作用一方面將偏轉(zhuǎn)的氣流變?yōu)檩S向的流動方向；另一方面將氣流的動能變?yōu)閴毫δ??？烧{(diào)靜葉角度軸流式鼓風(fēng)機(jī)高爐鼓風(fēng)機(jī)的驅(qū)動裝置多選用變轉(zhuǎn)速汽輪機(jī) (純凝式或抽凝式 )或同步電機(jī)，也有采用定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)及小功率異步電機(jī)的機(jī)組。另外，還要有一定的風(fēng)壓克服送風(fēng)系統(tǒng)和料柱的阻損，并使高爐保持一定第一章 緒論 3 的爐頂壓力。 鐵水罐車 : 鐵水罐車用于運(yùn)送鐵水，實(shí)現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵 ，還有副產(chǎn)高爐渣和高爐煤氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。 、鐵口和各種爐前專用設(shè)備的維護(hù)工作。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（ 1000～ 1300 攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。 高爐冶煉生產(chǎn)過程中，撥風(fēng)系統(tǒng)通過管道風(fēng)口進(jìn)入高爐，為冶煉提供必要的燃燒空氣，同時(shí)對爐料起 到支撐作用，如果冷風(fēng)突然降低或者消失，高爐內(nèi)部的壓力將致使鐵、爐料倒灌甚至堵住風(fēng)口，必須停產(chǎn)更換新的風(fēng)口，這樣不但造成設(shè)備的損失，對工廠的連續(xù)化生產(chǎn)也產(chǎn)生巨大的阻礙，如果在風(fēng)機(jī)停機(jī)造成高爐煤氣的倒流發(fā)生爆炸，對人身和設(shè)備的安全產(chǎn)生巨大影響，因此，高爐防灌渣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于改善高爐穩(wěn)定生產(chǎn)具有重大意義。 本文首先介紹了組態(tài)軟件的發(fā)展和組態(tài)軟件的基本組 成、特點(diǎn)及組態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較全面的闡述 ,通過分析 ,肯定了組態(tài)軟件作為生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)編程工具的意義 .其次介紹本文西門子 WinCC 組態(tài)軟件應(yīng)用的系統(tǒng) – 撥風(fēng)控制系統(tǒng)的原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、閥門的選擇和撥風(fēng)量的控制機(jī)算 .此外 ,本文從撥風(fēng)控制系統(tǒng)出發(fā) ,應(yīng)用西門子組態(tài)軟件來設(shè)計(jì)并制作撥風(fēng)控制畫面 .最后 ,將所設(shè)計(jì)的撥風(fēng)控制系統(tǒng)及監(jiān)控畫面投入實(shí)際生產(chǎn)來檢驗(yàn)其是否符合生產(chǎn)需求 ,并作出總結(jié) . 關(guān)鍵詞 ：高爐；組態(tài)；可編程控制器；撥風(fēng)控制 Abstract II Abstract Along with the development of national industries, in metallurgical enterprise in the improvement of the ironmaking technology, the stability of the blast furnace of demand is higher and higher, and as a blast furnace ironma