【正文】 程控制器和上位計算機構(gòu)成 IPC+PLC 控制系統(tǒng) . 可編程控制器的可靠性較高和抗干擾性較強，主要負責生產(chǎn)現(xiàn)場級控制。每個 IM361 需要一個外部 24V電源 (一般采用 PS307 模塊電源 )，向擴展機架上的所有模塊供電。 SM331 的 8 個模擬量輸入通道共用一個積分式 A/D 轉(zhuǎn)換部件。其選擇準則是電源模塊的輸出功率必須能夠驅(qū)動所有負載模塊，最好要有 30%左右的余量，故在設計系統(tǒng)時考慮每個模塊的電流消耗和功率損耗是非常必要的。OB 100 結(jié)束后，操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用 OB 1 。 轉(zhuǎn)換過程可由STEP7 編程軟件提供的標準功能 FC 1 OS (SCALE)或功能 FC106 (UNSCALE 來完成。REAL。在換接過程中，首先由串著過渡電阻 R的輔助觸頭與分接頭 (2)接通 (圖b)，這時觸頭仍然接在分接頭 (1)上，負載電流仍經(jīng)由分接頭 (1)從主觸頭輸出，而分接頭 (1)， (2)則被主觸頭和輔助觸頭連接起來，成為一個閉 合回路。各 個限位開關(guān)也需要失效檢測，長時間限位未到可能表明油壓不足或是限位開關(guān)損壞。 Win CC 使用通訊驅(qū)動程序與各種不同類型的 PLC 進行通訊， Win CC 通訊驅(qū)動程序連接數(shù)據(jù)管理器和 PLC。當選擇“手動”按鈕時，點擊“手動上升”或“手動下降”按鈕實現(xiàn)電極點動升降控制。如原邊電流和電壓值、電極升降時間、當前班次以及軟測量的比電阻值等。通訊采用半雙工、主 從訪問方式。其時序圖 所示： 圖 對于電磁閥的控制需要閉環(huán)反饋，這是因為必須對電磁閥失效的情況加以考慮。 Xn_1:=In Data。算法公式如下 : 即本次濾波結(jié)果等于 (1a)乘以本次采樣值加 a 乘以上次濾波結(jié)果，這種濾波方式相當于使采集到的數(shù)據(jù)通過一次低通濾波器。如果模擬量轉(zhuǎn)換成的二進制數(shù)字量位數(shù)少于 16 位，以“左對齊”為原則，余下的空位填“ 0” 補齊。在電石爐控制系統(tǒng)中需要監(jiān)測的模擬量 比較多，將其分為兩組，一組是各種電量 (DB 1)，其它物理量作為第二組 (DB 2 )。 PS307 電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為 230/120V， 50/60Hz；輸出電壓 24VDC，輸出電流有 2A， 5A， 10A 三種型號 。 SM331可選的積分時間有： ， ， 20ms 和 100ms。 主機架和擴展機架之間通過接口模塊 IM360 和 IM361 連接成統(tǒng)一的整體。 控制系統(tǒng)的硬件設計方案 自動化控制系統(tǒng)的設計可以分為硬件設計和軟件設計兩大類，其中硬件設計 是軟件設計的基礎，硬 件的選配設計直接影響到自動化控制系統(tǒng)的成本，以及系 統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。 3) 電石爐爐壓 (序號 14)需增加壓力傳感和變送器。根據(jù)這些目標和對現(xiàn)場儀表信號的分析，我們提出了控制系統(tǒng)的總體配置方案，并就系統(tǒng)設備的選配問題進行了詳細設計。壓放電極時， 6 個順序動作每一個動作的結(jié)束是后一個動作的開始，直到全部動作結(jié)束為止。 電極自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是具有上述功能的裝置。 電爐變壓器，是專門用于電爐冶 煉的特種變壓器。 電極的升降用油壓升降機（ 17）帶動。 副邊電流：? ? ? ? ? ? 2222 LRR ULR UZUI nv ?? ????? ? 副邊視在功率： IUP ?? 爐料和熔體總功率 ： nn RIP ?? 2 電路電阻總功率： ? ?nv RRI ??? 2rP 沈陽化工大學學士學位論文 第二章 電石爐生產(chǎn)工藝及設備 7 效率：nvnnnn RR RRRRI RIP ????? 22rP? 電石爐中的電熱過程 由于電石爐中爐料及熔體的高電阻性，電極的工作不分深入到料層中，在電極端頭與熔體間形成氣體空間的電弧區(qū)，是電石爐具有電阻電弧爐的特性。 研究內(nèi)容 研究內(nèi)容 （ 1）研究電石爐的生產(chǎn)原理、工藝流程，詳細介紹電石爐的主要設備。大型密閉爐電爐電耗和綜合能耗分別為 3100 千瓦時 /噸和 1 噸標準煤 /噸，而目前國內(nèi)大部分電石爐電耗和綜合能耗分貝為 3400 千瓦時 /噸和 噸標準煤 /噸。其次，設計了電石爐控制系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的硬件設備進行選型和安裝，并完成了下位機 PLC 的程序設計和上位機 Win CC 監(jiān)控軟件的畫面設計 。符合《電石行業(yè)準入條件》的企業(yè)共有 312 家，企業(yè)平均規(guī)模 6 萬噸 /年，年產(chǎn)能 10 萬噸以上的企業(yè)數(shù)量超過 10%，最大的廠家的生產(chǎn)能力已近百萬噸 / 沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論 2 年。采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)取代人工經(jīng)驗操作，結(jié)合設計工藝參數(shù)和控制參數(shù)，合理設計計算機控制系統(tǒng)的軟硬件，并達到規(guī)范生產(chǎn)過程、提高自動化水平的設計效果。 整個反應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爐料產(chǎn)生的電阻供給。生成的電石自出料口流料槽流出。短網(wǎng)的電阻包括直流電阻及由集膚效應和鄰近效應產(chǎn)生的附加電阻，短網(wǎng)的電感包括導線的自感及二相線問的互感。電弧電流的變化，使得輸入爐內(nèi)的電功率也隨之變化。 壓放系統(tǒng)的機械部分由上摩擦帶、壓放升降缸和下摩擦帶組成。電接點壓力計是為了保持油缸下腔油一定壓力的油，當油缸下腔壓力下降時，電接點壓力計動作，使電磁換向閥內(nèi)動作，以恢復下部的控制壓力 .而壓力的大小可由減壓閥和電接點壓力計共同來調(diào)整 .為沈陽化工大學學士學位論文 第二章 電石爐生產(chǎn)工藝及設備 13 使三個把持缸實現(xiàn)同步動作，在其中兩個油缸的油路上裝有單向節(jié)流閥。結(jié)果匯總?cè)缦拢? 1) 原系統(tǒng)的三相電極電流 (序號 1)、三相相電流 (序號 2)、三相 1 次電壓 (序號 S)、三相 1 次電流 (序號 6)、三相電極功率 (序號 7)、總?cè)嘤泄?/無功功率 (序號 8)、有功電度 (序號 9)、無功電度 (序號 10)、三相電容器電流 (序號 n)、功率因數(shù) (序號 12)等均是通過電流互感器、電壓互感器降流和降壓后直接由示表顯示，而三相對地電壓 (序號 3)、三相線電壓 (序號 4)直接由顯示表顯示 .由于通過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 4 項 )，故上述各項電量信號均需增加相應的電量變送器轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可采集的 4 ~20mA 標準信號， 由于序號 1 的信號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。電動執(zhí)行器 DJK310沈陽化工大學學士學位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設計 17 有 0~10mA 控制信號接口，故不需增加轉(zhuǎn)換接口。最大可擴充 1024 點開關(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。模塊中要是由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補償電路、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。采用 4 線回路能夠獲得比較高的輸出精度。 電石爐控制系統(tǒng)中的 PLC 程序設計 PLC 程序是整個控制系統(tǒng)的核心，也連接現(xiàn)場信號和人機界面的紐帶， PLC程序完成的功能包括數(shù)據(jù)采集和處理，按照工藝 完成相應的工序，還有三相電極調(diào)節(jié)算法的部分實現(xiàn)工作。 3. 模擬量極性 ：雙極性如 單極性如 0~10V， 4~20mA。西門子公司的 SM331 模塊提供一個未經(jīng)過處理的數(shù)字量 (未經(jīng)過線性化或濾波 )，它對應于模擬量輸入端的電壓或電流。 RETURN。 在電石爐工作過程中，由于石墨電極在電弧放電的過程中不斷的被消耗使得電 極長度漸漸變短，而僅依靠液壓升降立缸的作用無法改變電極相對于加緊電極 的摩擦帶的相對位置，因此這里通過用一套固定的工序動作來調(diào)整電極與摩擦帶的相對位置。工業(yè)以 太網(wǎng)方式對硬件要求較高。 監(jiān)控界面的設計 該電石爐控制系統(tǒng)人機界面的功能設計包含：數(shù)據(jù)的顯示和記錄、電極升降和壓放控制、實時變量參數(shù)曲線、電量值的顯示和打印、報 警設置和顯示、參數(shù)的設置等。 2. 電極壓放控制 沈陽化工大學學士學位論文 第四章 上位機組態(tài)設計和實現(xiàn) 40 圖 該圖功能包括： 顯示現(xiàn)場各控制參數(shù) (如變壓器原邊電流、電壓、功率因數(shù)等值 )。 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)中選擇相應的通訊驅(qū)動程序集，并選擇對應的通道單元，為該通道單元組態(tài)邏輯連接，在設置完邏輯連接節(jié)點名、網(wǎng)絡地址 (網(wǎng)絡地址必須與 PLC 中的設置 相同 )等參數(shù)后，才建立了 Win CC 與 PLC 之間的通訊連接。同時計算機可對存盤數(shù)據(jù)進行抽取、組合處理，對所測數(shù)據(jù)按參數(shù)類別、工藝等特點建立數(shù)據(jù)庫，用于數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計。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)。 END VAR 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設計 31 VAR OUTPUT // 輸出參數(shù) Out Data 。單極性沈陽化工大學學士學位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設計 29 時輸入整數(shù)值在 0 和 +27648 之間，則 k1=0 k2=+276480 使用 LAD 編程語言的程序示例如圖 ： 圖 FC 105的梯形圖示例 如果 HI_ LIM 為 ， LI _LIM 為 0，極性為單，則輸入輸出對應的關(guān)系 如表 ： 表 FC 105 輸入輸出對應 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，它用于把實際工程值轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部數(shù)值。這樣就使得精確等間隔定時采樣無法在 OB 1 中進行。擴展機架 2 上的信號模塊從 S7300 背板總線吸取的電流 50 3+29 2+55 2=318 mA，也沒有超過 IM361提供的電流 。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。 圖 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設計 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)部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號電平。 下位 PLC 需要配置如下的不同性質(zhì)的 I/O 點 ： 1) 54 個模擬量輸入； 2) 1 個模擬量輸出； 3) 68 個開關(guān)量輸入 ； 4) 38 個開關(guān)量輸出； 根據(jù) I/0 點數(shù)及其特性，模塊選配如表 所示 ： 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設計 19 表 PLC模塊清單 型號 注釋 數(shù)量 備注 CPU3152DP CPU模塊 1 MMC存儲卡 EEPROM存儲單元 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) 硬件選配與設計 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。 9) 爐蓋冷卻水溫度 (序號 22)、軟水溫度 (序號 24)采用的是溫度表測量顯示，故均需增加熱電阻傳感和變送器。 3) 定時監(jiān)測爐內(nèi)煙氣溫度和壓力、電爐和變壓器冷卻水水溫和水壓、液壓系統(tǒng)油壓、高壓供配電開關(guān)狀態(tài)等重要安全參數(shù)，實時顯示和超限報警，以提高安全性能。 在油路中，油的走向受電磁閥丙控制。第一種方式是通過驅(qū)動升降大立缸來使得電極移動，這時電極將和套在其上的上、下摩擦帶一起移動，其目的是為了控制因爐料反應而導致的電極電流波動。對于大容量的沈陽化工大學學士學位論文