【正文】 〔 4〕 具有的豐富的系統(tǒng)組織塊 OB、系統(tǒng)功能塊 SFB 和系統(tǒng)功能函數(shù) SFC，使得程序結(jié)構(gòu)更加簡單。 〔 2〕 程序編輯器，用于以 LAD 和 STL 語言生成用戶程序。 根據(jù)選擇原則， 本系統(tǒng)選擇 S7300， CPU314機(jī)型。選擇輸入模塊要注意電壓等級要求， 同一時(shí)間內(nèi)要接通的點(diǎn)數(shù)等。 PLC的功能日益增多，不同型號的產(chǎn)品在功能上有比較大的差異。⑦當(dāng)真空度達(dá)到 480Pa時(shí)， 1級投入（開一級泵閥 B1，一級泵保溫閥）。冷凝器冷卻水的循環(huán)控制也自動(dòng)進(jìn)行。 VD 爐 PLC 控制思路 人機(jī)界面 在操作控制室內(nèi)設(shè)有操作臺和 COROS顯示屏。 功能框圖是描述某一種控制功能在程序中的具體實(shí)現(xiàn)方法及控制信號的流程。每一種控制器的輸入點(diǎn)編號和輸出的點(diǎn)編號都有自己明確的規(guī)定，在確定了控制器型號和配置后，要對輸入、輸出信號分配控制器的輸入輸 出地址，并編制成表。尤其是多個(gè)人參與編程時(shí)，更要注意各方面的規(guī)劃。 ⑶ 編制 PLC 的輸入 /輸出分配表和繪制輸入 /輸出端子接線圖。其主要特點(diǎn)是使用方便、修改靈活，這是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的硬件接線所無法比擬的。 PLC 的編程語言 PLC 提供了完整的編程語言，以適應(yīng) PLC 在工業(yè)環(huán)境中的使用。 通信聯(lián)網(wǎng)和顯示打印 :某些控制系統(tǒng)需要多臺 PLC連接起來使用或者由一臺計(jì)算機(jī)與多 臺 PLC 組成分布式控制系統(tǒng)。 可編程控制器在國內(nèi)外己廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī)械制造、汽車裝配、電力、輕紡等各行各業(yè)。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符（指令表）后，才能輸入。 〔 4〕 電源 PLC 配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，供 PLC 內(nèi)部電路使用。為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，現(xiàn)代大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)。 PLC 的掃描時(shí)間取決于掃描速度和用戶程序長短。 PLC的掃描既可按固定的順序進(jìn)行，也可按用戶程序所指定的可變順序進(jìn)行。在此階段，順序讀入所有 輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器 。 〔 6〕 聯(lián)網(wǎng)方便、便于系統(tǒng)集成。 可編程控制器的特點(diǎn) PLC 雖可簡單視為具有特殊體系結(jié)構(gòu)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，由于有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相聯(lián)的特殊接口及特殊監(jiān)控軟件，有更適用于控制要求的編程語言，工作原理與計(jì)算機(jī)也有一定差別，因此它不同于一般的工業(yè)計(jì)算機(jī)。” 定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制器是：“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，即它也是一種計(jì)算機(jī)。 可編程控制器的定義 可編程控制器（ Programmable Controller）縮寫為 PC，為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)相區(qū)別，把可編程控制器縮寫為 PLC。 PLC 及其網(wǎng)絡(luò)已被公認(rèn)為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱之一（ PLC，機(jī)器人， CAD/CAM）。 典型產(chǎn)品有：美國 GOULD 公司的 M8 48 58 68 884；德國 SIEMENS公司的 SIMATICS5 系列；美國 TI 公司的 PM550、 TI5 5 530；日本三菱公司的 MELPLAC50、 550；日本富士電機(jī)公司的 MICREEX 等。 19731974 年聯(lián)邦德國 和法國（歐洲）也獨(dú)立研制出自己的 PLC。顯然，這種繼電器式的控制裝置已無法滿足這種小批量、多品種、經(jīng)常改型的生產(chǎn)需要。 (5)若發(fā)現(xiàn)熱井水箱水位經(jīng)常出現(xiàn)報(bào)警，在抽真空狀態(tài)下，水位 大于 100%五秒內(nèi)不能下降到 100%以下時(shí)，要立即破真空，等各級蒸汽閥關(guān)閉后，馬上停濁環(huán)水，防止水位太高壓破熱水箱。程序?qū)嵤┩瓿珊?,抽一次真空僅用了 6min ,比以前抽一次真空時(shí)間為 9min大為縮短。 抽真空原理 本系統(tǒng) 有八臺噴射器 EC、 E4a、 E4b、 E5a、 E5b、 EB EB EB3 和五臺 第 8 頁 共 64 頁 冷凝器 1 冷、 2 冷、輔 2 冷、 3 冷、輔 3 冷， 組成了集啟動(dòng)泵、輔泵和主泵三條工作路線系統(tǒng)。這是因?yàn)檎婵諏︿撘旱挠绊戨S鋼液靜壓力增加而降低。 在電爐中經(jīng)過熔化、初步吹煉，再置于真空罐內(nèi)通過底吹氬攪拌加速脫氣過程，以獲得純凈的鋼液。首先 SB26 帶燈按鈕給變頻器送電，然后通過旋鈕 SB28 旋鈕使蓋車高速開進(jìn)、開出或停止。當(dāng) SA4 置“站內(nèi)操作”位置時(shí)，可在站內(nèi)的操作箱上通過操作 SA1～ 3旋鈕對 1泵、 2泵和加熱器啟動(dòng)和停止。在電源柜中推合控制電源空氣開關(guān) Q2， KA1～ 2,101～ 102 吸合，用作控制電源送電指示及其它連鎖保護(hù)。 由于具有以上特點(diǎn)，使得 PLC的應(yīng)用范圍極為廣泛，可以說只要有工廠、有控制要求，就會有 PLC的應(yīng)用。 第 4 頁 共 64 頁 （ 1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) ： PLC生產(chǎn)廠家在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使它可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場而穩(wěn)定可靠地工作。 （ 5） 實(shí)現(xiàn)爐外精煉工藝的智能化控制。 （ 2） 爐外處理設(shè)備將實(shí)現(xiàn)“多功能 化”， 在一臺鋼水精煉設(shè)備中將渣洗精煉、真空冶金、攪拌與噴粉工藝以及加熱控溫功能全部組合起 來， 實(shí)現(xiàn)多功能精煉 ,以滿足超純凈鋼生產(chǎn)的社會需求。 本 課題的 實(shí)施，不僅是對控制理論應(yīng)用的一種拓展，而且對于實(shí)現(xiàn)如真空脫氣 處理設(shè)備這樣的復(fù)雜工業(yè)過程的綜合自動(dòng)化控制也有著重要意義。其中比較突出的原因是管理不完善，設(shè)備落后，既沒有必要的自動(dòng)檢測和控制儀表，也缺乏應(yīng)有的技術(shù)力量，其運(yùn)行水平主要取決于司爐人員的技術(shù)水平、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和工作的責(zé)任心。 該處理工藝系統(tǒng) 控制 的實(shí)現(xiàn)包括下位機(jī)控制程序的實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)兩個(gè)部分。本課題主要研究的是真空脫氣系統(tǒng)下位機(jī)（ PLC）自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ， 具體包括系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，電氣設(shè)備組成設(shè)計(jì)，PLC 控制電路、輸入模塊、輸出模塊的設(shè)計(jì)，程序的編寫，以及 與上位機(jī)的通信。 我 國是一個(gè) 能源大國，多數(shù)工業(yè)企業(yè)的能 源利用率較低，能耗高，浪費(fèi)大。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用情況 我國早在 1996年鋼產(chǎn)量就超過 1億噸，成為世界第一產(chǎn)鋼大國，但是，優(yōu)質(zhì)精煉鋼的比例卻很低，而發(fā)達(dá)國家大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的爐外精煉處理能力與鋼產(chǎn)量基本相當(dāng)或略大，所以，爐外精煉在我國還是非常有前景的。 第 3 頁 共 64 頁 （ 3） 爐外精煉工藝進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高效化和高速化。主要內(nèi)容 包括： 準(zhǔn)確預(yù)報(bào)鋼水精煉的終點(diǎn)成分與 溫度， 選擇最佳的精煉工藝并利用計(jì)算機(jī)控制精煉過程中吹 氧 、攪拌、加料、合金調(diào)整 與鋼水加熱和溫度控制等操作。目前各生產(chǎn)廠家的 PLC， 其平均無故障時(shí)間大大超過 IEC規(guī)定的 10萬小時(shí)，同時(shí)，有些 PLC還采用了冗余設(shè)計(jì)和差異設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了其可靠性。 本文所作 的工作 本文主要進(jìn)行 VD 爐 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用西門子的 S7300 對 30tVD精煉爐進(jìn)行控制，該系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述目標(biāo)： （ 1）統(tǒng)計(jì) VD 爐生產(chǎn)工藝監(jiān)控點(diǎn)數(shù)，詳細(xì)列寫模擬量及開關(guān)量點(diǎn)數(shù)，參數(shù)變化范圍； （ 2）列出所采用的儀器、設(shè)備清單，包括設(shè)備型號、臺件數(shù)、生產(chǎn)廠家； （ 3）針對監(jiān) 控參數(shù)，畫出程序流程圖，編寫監(jiān)控程序； （ 4） 正確調(diào)試通信及監(jiān)控程序，完成系統(tǒng)調(diào)試?？刂齐娫此碗姾?，主臺上的信號燈 H8 點(diǎn)亮。當(dāng) SA4 置“爐前臺操作”位置時(shí)，通過在爐前臺上操作 SB1～ 6按鈕控制 1泵、 2泵和加熱器啟動(dòng)和停止。進(jìn)入途中經(jīng)減速限位開關(guān) S42 或退出途中經(jīng) S45 時(shí)由高速自動(dòng)轉(zhuǎn) 為低速，或者說當(dāng)蓋車處在進(jìn)減速限位 S42和退減速限位 S45之間時(shí)為高速運(yùn)轉(zhuǎn)。 VD 精煉的用途主要是提高鋼水的純凈度，降低鋼中氣體含量，使鋼材質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高。在深度 = 100pa時(shí) ,則真空的影響不太大。在不同的工作階段 ,切換到不同的工作路線 ,這樣就可達(dá)到最高的工作效率。噸鋼蒸汽耗量也由原來的 97kg下降到71kg ,效果非常明顯。 (6)每爐 VD 結(jié)束，罐蓋車開出后，要及時(shí)檢查鋼包耳軸與罐內(nèi)鋼包支撐座之間是否有鋼水粘住，若有馬上指揮行車試吊鋼包，必要時(shí)要對冷鋼進(jìn)行處 理，處理好后才可吊包。有沒有一種能方便的改變控制方案的新型工業(yè)控制裝置呢？ GM 公司用它應(yīng)當(dāng)達(dá)到的十項(xiàng)功能指標(biāo)，描述了這種設(shè)想的全新工業(yè)控制裝置，它們是： 〔 1〕 編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序 。我國從 1974 年開始研制， 1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。 〔 4〕 第四代 PLC（ 1984現(xiàn)在） 特點(diǎn)是：進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代中、后期以來，超大規(guī)模集成電路迅速發(fā)展，微處理器價(jià)格大幅度下跌， PLC 中 16 位、 32位片式高性能微處理器全面使用。當(dāng)然，為了適應(yīng)大中小型企業(yè)的不同需 第 13 頁 共 64 頁 要，進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍， PLC 正朝著一下方向發(fā)展： 〔 1〕 低檔 PLC 向小型、簡易、廉價(jià)方向發(fā)展，使之能更加廣泛的取代繼電器控制， SIEMENS 公司開發(fā)的 LOGO 通用邏輯控制器就是一例，它可提供 6輸入/4輸出，具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、加減運(yùn)算等各種功能。 可編程控制器一直在發(fā)展中，因此直到目前為止，還未能對其下最后的定義。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的工業(yè)計(jì)算機(jī)。它的主要特點(diǎn)： 〔 1〕 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。 PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式其掃描過程如圖 所示。 在此輸入映象寄存器被刷新。循環(huán)掃描的工作方式是 PLC 的內(nèi)部處理 通信操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 運(yùn)行 第 17 頁 共 64 頁 一大特點(diǎn)，也可以 說 PLC 是“串行”工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。毫秒級的掃描時(shí)間對于一般工業(yè)設(shè)備通常是可以接受的， PLC 的響應(yīng)滯后是允許的。 存 儲 器 擴(kuò) 展 C P U 編 程 器電 源 打 印 機(jī)I / O 接 口 通 訊 接 口 智 能 I / O 擴(kuò) 展 接 口打 印 機(jī) 監(jiān) 視 器 其 它 P C系 統(tǒng) 總 線 圖 可編程控制器的系統(tǒng)框圖 〔 2〕 存儲器 PLC 的存儲器也是像微型計(jì)算機(jī)一樣用來存放系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件， PLC 存儲器可以分配為系統(tǒng)程序存儲區(qū)、系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)和用戶程序存儲區(qū)。與普通電源相比，這種電源穩(wěn)定性好 ，抗干擾能力強(qiáng)。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二極管或其他顯示 器件組成。目前，典型的 PLC 功能有下面幾點(diǎn)?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K可以滿足這 第 21 頁 共 64 頁 些通信聯(lián)網(wǎng)要求。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器控制的硬接線線路，也就是所謂的“可編程序”。 第 22 頁 共 64 頁 指令表（ STL）語言類似于計(jì)算機(jī)中的助 記符語言，它是可編程控制器最基礎(chǔ)的編程語言。 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 在設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則 : (1)最大限度地滿足被控對象的控制要求。對于具體的控制功能，解決問題的方法有很多種，但是如果以系統(tǒng)方式完成應(yīng)用程序，出錯(cuò)的可能性就會減少。 ⑶ PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括 PLC 機(jī)型的選擇、輸入 /輸出模塊的選擇、畫出輸入 /輸出端子的接線圖的內(nèi)容。設(shè)計(jì)者根據(jù)功能框圖可以詳細(xì)閱讀程序清單。操作臺上設(shè)有各種選擇按鈕及狀態(tài)指示燈 , 如急停按鈕 , 氬氣閥開關(guān)。使用真空壓力控制系統(tǒng)可使真空值保持不變。⑧真空度達(dá)到要求時(shí)，真空系統(tǒng)保持真空。大多數(shù)小型產(chǎn)品都具有開關(guān)量邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理等功能，很多也有聯(lián)網(wǎng)通信能 力。輸出模塊用來把 PLC內(nèi)部的電平信號轉(zhuǎn)換為 外部過程的控制信號，有繼電器輸出型、晶閘管輸出型和晶體管輸出型三種，可以根據(jù)負(fù)載類型、開關(guān)頻率等因素加以選擇。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了五個(gè)數(shù)字輸入模塊，三個(gè)模擬輸入模塊和三個(gè)數(shù)字輸出模塊。 〔 3〕 符號編輯器，用于管理全局變量。 PLC 輸入輸出分配 本系統(tǒng)的 I/O 設(shè)置下列表所示。 〔 3〕 可以在線修改，工廠可用性高。 STEP 7 主要包括以下組件： 〔 1〕 SIMATIC 管理器，用于集中管理所有工具以及自動(dòng)化項(xiàng)目數(shù)據(jù)。內(nèi)存容量估算的經(jīng)驗(yàn)公式為 ： 總存儲器字?jǐn)?shù) = I/O總點(diǎn)數(shù) x10+模擬量總點(diǎn)數(shù) x150 （ 41） 為可靠起見 ， 可以在 計(jì) 算結(jié)果的基礎(chǔ)上再加上 20%的裕量。一般來說，這些信號的種類可能不同，經(jīng)輸入模塊的轉(zhuǎn)換后就可以將這些不同電平的信號 第 28 頁 共 64 頁 轉(zhuǎn)換為 PLC內(nèi)部統(tǒng) 的電平信號。 (1)功能與結(jié)構(gòu)。 ⑥ 當(dāng)真空度達(dá)到 ， 2級投入（開二級泵閥）。噴射泵和增壓泵閥隨系統(tǒng)的真空壓力而依次打開或關(guān)閉。把已調(diào)試通過的程序?qū)懭?EPROM或 EEPROM，將程