【正文】 U模塊 1 MMC存儲(chǔ)卡 EEPROM存儲(chǔ)單元 1 512K CP5611 上 位通訊卡 1 IM360 接口模塊（主站） 1 IM361 接口模塊（從站） 2 PS307 5A電源模塊 3 20針前連接器 18 導(dǎo)軌 1 SM3317KF02 8路 AI模塊 8 共 56AI SM3325HD01 4路 AO模塊 1 共 4AO SM3211FF01 8路 DI模塊（ AC230V） 2 共 16DI SM3211BH02 16路 DI模塊（ DC24V） 4 共 64DI SM3221HF10 8路 DO模塊（ 5A） 3 共 24DO(5A) SM3221HH00 16路 DO模塊（ 2A） 1 共 16DO(2A) 硬件選配與設(shè)計(jì) S7300 PLC 采用背板總線的方式將各模塊從物理上和電氣上連接起來(lái)。 2) 接口模塊對(duì) IM360 和 IM361 當(dāng) PLC 系統(tǒng)的規(guī)模較大時(shí)，一個(gè)機(jī)架不能容納所有的模塊， 這時(shí)就要增添擴(kuò)展機(jī)架，裝有 CPU 的 機(jī)架稱為中央機(jī)架。 圖 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 4) (4) 8 路開關(guān)量輸出模塊 SM322 D08 REL. 230ACV / 5A開關(guān)量輸出模塊將 S7300 的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過(guò)程所需的外部信號(hào)電平。積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。另外，為了使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能，可以將不使用的通道與 M 短接。 PS307 系列模塊除輸出額定電流不同外，其工作原理和各種參數(shù)都一樣 。擴(kuò)展機(jī)架 2 上的信號(hào)模塊從 S7300 背板總線吸取的電流 50 3+29 2+55 2=318 mA，也沒有超過(guò) IM361提供的電流 。 PLC 程序的整體設(shè)計(jì) 本項(xiàng)目采用結(jié)構(gòu)式程序編程方法，按照項(xiàng)目需求，將各類主要程序劃分成基 本模塊，如圖 所示： 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 圖 根據(jù) S7300 PLC 的程序結(jié)構(gòu)，將主要模塊都放在兩個(gè)組織塊 OB 1 和 OB 35中，共享數(shù)據(jù)塊 DB 20 用于設(shè)定參數(shù)的存儲(chǔ)，如設(shè)定基準(zhǔn)電流值和各類物理量的監(jiān)控上下限位。這樣就使得精確等間隔定時(shí)采樣無(wú)法在 OB 1 中進(jìn)行。 15 位精度的模擬沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 量在 PLC 內(nèi)部的數(shù)字表示方式如下： 表 PLC內(nèi)部的數(shù)字表示 Bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Value of bits 第十五位為模擬量的符號(hào)位：“ 0”表示正：“ 1”表示負(fù)。單極性沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 時(shí)輸入整數(shù)值在 0 和 +27648 之間，則 k1=0 k2=+276480 使用 LAD 編程語(yǔ)言的程序示例如圖 ： 圖 FC 105的梯形圖示例 如果 HI_ LIM 為 ， LI _LIM 為 0，極性為單，則輸入輸出對(duì)應(yīng)的關(guān)系 如表 ： 表 FC 105 輸入輸出對(duì)應(yīng) 表 IN(PLC 內(nèi)部數(shù)值 ) OUT(伏特 ) 0 0 100 13824 27648 FC 106 的工作原理與 FC 105 類似，它用于把實(shí)際工程值轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部數(shù)值。具體的算法主要采用一階低通濾波算法。 END VAR 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 VAR OUTPUT // 輸出參數(shù) Out Data 。 Out Data:=ALPHA*In Data+(1ALPHA) *Xn1。然后主觸頭離開分接頭 (I)，電流經(jīng)分接頭 (2)從輔助觸頭輸出 (圖 c)。在兩個(gè)摩擦帶的附近恰當(dāng)?shù)奈恢?，安裝有限位開關(guān)，以保證摩擦帶運(yùn)動(dòng)到位。同時(shí)計(jì)算機(jī)可對(duì)存盤數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、組合處理，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)按參數(shù)類別、工藝等特點(diǎn)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，用于數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)。 上位機(jī)利用 CP5611 通訊模塊與下位機(jī) PLC 中央處理器的 MPI 接口相連構(gòu)成 MPI 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與 PLC 通訊的功能，可以將 PLC 控制系統(tǒng)采集的過(guò)程數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)等傳送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線運(yùn)行監(jiān)視，也可以將來(lái)自上位機(jī)的操作指令傳送給 PLC 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。 組態(tài) Win CC與 PLC之間的通訊關(guān)鍵在于根據(jù)所采用的通訊協(xié)議在變量管理器 (Tag Management)中選擇相應(yīng)的通訊驅(qū)動(dòng)程序集，并選擇對(duì)應(yīng)的通道單元，為該通道單元組態(tài)邏輯連接，在設(shè)置完邏輯連接節(jié)點(diǎn)名、網(wǎng)絡(luò)地址 (網(wǎng)絡(luò)地址必須與 PLC 中的設(shè)置 相同 )等參數(shù)后，才建立了 Win CC 與 PLC 之間的通訊連接。其主要的功能畫面設(shè)計(jì)如下： 1. 電極升降控制 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 39 圖 該圖功能包括： 顯示各工藝參數(shù)。 2. 電極壓放控制 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 40 圖 該圖功能包括： 顯示現(xiàn)場(chǎng)各控制參數(shù) (如變壓器原邊電流、電壓、功率因數(shù)等值 )。 控制狀態(tài)顯示。 監(jiān)控界面的設(shè)計(jì) 該電石爐控制系統(tǒng)人機(jī)界面的功能設(shè)計(jì)包含：數(shù)據(jù)的顯示和記錄、電極升降和壓放控制、實(shí)時(shí)變量參數(shù)曲線、電量值的顯示和打印、報(bào) 警設(shè)置和顯示、參數(shù)的設(shè)置等。 Win CC 的應(yīng)用程序 (指圖形運(yùn)行系統(tǒng)、變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)和報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng) )從數(shù)據(jù)管理器中請(qǐng)求數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理器處理Win CC 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，在運(yùn)行期間，它管理 Wi n CC 變量，任務(wù)是從過(guò)程中取出請(qǐng)求的變量值。工業(yè)以 太網(wǎng)方式對(duì)硬件要求較高。可見，只有在工藝的各個(gè)方面都充分考慮才能設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)。 在電石爐工作過(guò)程中，由于石墨電極在電弧放電的過(guò)程中不斷的被消耗使得電 極長(zhǎng)度漸漸變短，而僅依靠液壓升降立缸的作用無(wú)法改變電極相對(duì)于加緊電極 的摩擦帶的相對(duì)位置，因此這里通過(guò)用一套固定的工序動(dòng)作來(lái)調(diào)整電極與摩擦帶的相對(duì)位置。在這個(gè)閉合回路里將出現(xiàn)一個(gè)環(huán)流 I，如圖 b 所示。 RETURN。 Reset 。西門子公司的 SM331 模塊提供一個(gè)未經(jīng)過(guò)處理的數(shù)字量 (未經(jīng)過(guò)線性化或?yàn)V波 )，它對(duì)應(yīng)于模擬量輸入端的電壓或電流。 功能 FC 105 (SCALE)可以將輸入 PLC 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直觀的實(shí)際工程值。 3. 模擬量極性 ：雙極性如 單極性如 0~10V， 4~20mA。 調(diào)用 OB l 的時(shí)間間隔稱為掃描周期。 電石爐控制系統(tǒng)中的 PLC 程序設(shè)計(jì) PLC 程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，也連接現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和人機(jī)界面的紐帶， PLC程序完成的功能包括數(shù)據(jù)采集和處理，按照工藝 完成相應(yīng)的工序，還有三相電極調(diào)節(jié)算法的部分實(shí)現(xiàn)工作。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 表 模塊 通過(guò)背板總線吸取的電流（最大值） 從 24V負(fù)載電源吸取的電流（不帶負(fù)載運(yùn)行） 功率損耗（正常運(yùn)行） CPU3152DP 供 1A(接口 ) IM360 350mA 2W IM361 供 5W SM3317KF02 50mA 200mA SM3325HD01 60mA 240mA 3W SM3211FF01 29mA SM3211BH02 55mA 40mA 4W SM3221HF10 40mA 125mA SM3221HH01 100mA 250mA 中央機(jī)架上的信號(hào)模塊從 S7300 背 板 總 線 吸 取 的 電 流 為 ，沒有超過(guò) CPU315 提供的電流 1. 2A。采用 4 線回路能夠獲得比較高的輸出精度。即通過(guò)模擬切 換開關(guān)，各個(gè)輸入通道按順序一個(gè)接一個(gè)轉(zhuǎn)沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 換。模塊中要是由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成， A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。 3) 16 路開關(guān)量輸入模塊 SM321 DC24V 或 AC 120V 開關(guān)量輸入模塊SM321 將位于現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)過(guò)光電隔離或繼電器 (如圖 所示 )，將從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳輸來(lái)的外部開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部 S7300 信號(hào)電平。最大可擴(kuò)充 1024 點(diǎn)開關(guān)量 I/O 通道或 256 路模擬量 I/O 通道，可用于中等規(guī)模 I/O 配置。上位計(jì) 算機(jī)選用工業(yè)控制級(jí)計(jì)算機(jī)，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示、存儲(chǔ)和監(jiān)督控 制工作，兩者通過(guò) RS485 串口通信，如圖 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 本系統(tǒng)上位機(jī)選用研華 IPC 工控機(jī)，運(yùn)行 Windows XP 操作系統(tǒng)，以滿足上位組態(tài)軟件的運(yùn)行要求。電動(dòng)執(zhí)行器 DJK310沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 有 0~10mA 控制信號(hào)接口，故不需增加轉(zhuǎn)換接口。 7) 三相電極位置 (序號(hào) 20)項(xiàng)己有 4~20mA 輸出端，故不需增加傳感和變送器。結(jié)果匯總?cè)缦拢? 1) 原系統(tǒng)的三相電極電流 (序號(hào) 1)、三相相電流 (序號(hào) 2)、三相 1 次電壓 (序號(hào) S)、三相 1 次電流 (序號(hào) 6)、三相電極功率 (序號(hào) 7)、總?cè)嘤泄?/無(wú)功功率 (序號(hào) 8)、有功電度 (序號(hào) 9)、無(wú)功電度 (序號(hào) 10)、三相電容器電流 (序號(hào) n)、功率因數(shù) (序號(hào) 12)等均是通過(guò)電流互感器、電壓互感器降流和降壓后直接由示表顯示，而三相對(duì)地電壓 (序號(hào) 3)、三相線電壓 (序號(hào) 4)直接由顯示表顯示 .由于通過(guò)互感器處理后的電流為 0~5A 或 0~，電壓為 0~100V 或 0~150V(包括序號(hào) 4 項(xiàng) )，故上述各項(xiàng)電量信號(hào)均需增加相應(yīng)的電量變送器轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可采集的 4 ~20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)， 由于序號(hào) 1 的信號(hào)采集儀表己更換為新型二次儀表，該儀表具有變送功能，故不 在需要增加電流變送器。在自動(dòng)控制運(yùn)行情 況下，可根據(jù)工藝規(guī)定流程，實(shí)現(xiàn)恒電流 模式平穩(wěn)運(yùn)行，使整個(gè)操作流程更加規(guī)范合理。電接點(diǎn)壓力計(jì)是為了保持油缸下腔油一定壓力的油，當(dāng)油缸下腔壓力下降時(shí)，電接點(diǎn)壓力計(jì)動(dòng)作，使電磁換向閥內(nèi)動(dòng)作，以恢復(fù)下部的控制壓力 .而壓力的大小可由減壓閥和電接點(diǎn)壓力計(jì)共同來(lái)調(diào)整 .為沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電石爐生產(chǎn)工藝及設(shè)備 13 使三個(gè)把持缸實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作，在其中兩個(gè)油缸的油路上裝有單向節(jié)流閥。當(dāng)油壓到達(dá)工作壓力時(shí)，又將電磁閥斷電，于是油又從單向閥方向進(jìn)入儲(chǔ)壓罐充壓。 壓放系統(tǒng)的機(jī)械部分由上摩擦帶、壓放升降缸和下摩擦帶組成。如圖 所示，圖的右側(cè)為泵系統(tǒng)，集中安裝在泵站。電弧電流的變化，使得輸入爐內(nèi)的電功率也隨之變化。 電抗器用來(lái)緩和電弧電流的劇烈波動(dòng)，一般在電極燒結(jié)期內(nèi)投入。短網(wǎng)的電阻包括直流電阻及由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的附加電阻，短網(wǎng)的電感包括導(dǎo)線的自感及二相線問(wèn)的互感。筒外淋灑冷卻水使其冷卻。生成的電石自出料口流料槽流出。而密閉型爐石二十一世紀(jì)內(nèi)很多國(guó)腳推廣的環(huán)保型電石爐，它誕生于上個(gè)世紀(jì)四十年代末期，是在開放式電石爐基礎(chǔ)上加上一個(gè)爐蓋，將爐內(nèi)產(chǎn)生的一氧化碳?xì)庥贸闅庠O(shè)備抽出，并將爐氣加以凈化處理。 整個(gè)反應(yīng)幾段生成電石所需要的熱量，由電極產(chǎn)生的電弧與電流通過(guò)爐料產(chǎn)生的電阻供給。碳化鈣的分子式 2CaC ，分子量為 其工業(yè)品是灰色、黃褐色或黑色固體，含碳滑蓋較高的呈紫色，通暢所售的電石是指工業(yè)碳化鈣，它是由生石灰和焦炭放在電爐中加熱到 20210℃生成的。采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)取代人工經(jīng)驗(yàn)操作，結(jié)合設(shè)計(jì)工藝參數(shù)和控制參數(shù)，合理設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件，并達(dá)到規(guī)范生產(chǎn)過(guò)程、提高自動(dòng)化水平的設(shè)計(jì)效果。 由于我國(guó)電石消費(fèi)對(duì)于聚氯乙烯行業(yè)的依賴程度較大，金融危機(jī)爆發(fā)后至