【導(dǎo)讀】將節(jié)能和減排作為約束性指標執(zhí)行。鋼鐵行業(yè)作為國家建設(shè)基礎(chǔ)行業(yè)和能耗大戶，將同時面臨機遇和挑戰(zhàn)。在現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)中，高爐煉鐵工序能耗約占鋼鐵工業(yè)總能。通常，高爐渣的處理方式為水力沖渣，在處理過程中不僅浪費、消耗大量的能。源、水源，同時也排出大量的有害物質(zhì)。因此，開展高爐渣顯熱回收利用的研究十。高爐渣的主要成分是氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁、二氧化硅，屬于硅酸。在急冷處理過程中，熔態(tài)爐渣中的絕大部分物質(zhì)沒能形成穩(wěn)定的化合。來，從而具有潛在的化學(xué)活性，是優(yōu)良的水泥摻和料。因此，在高效回收高爐熔渣。事故處理時，設(shè)置干渣坑或渣罐出渣?，F(xiàn)主要采用水淬粒化工藝，就是將熔融狀態(tài)。的高爐渣置于水中急速冷卻，限制其結(jié)晶，并使其在熱應(yīng)力作用下發(fā)生?；Ｋ愫蟮脑鼭{經(jīng)渣漿泵輸。送到脫水槽內(nèi)脫水，稱為拉薩法。我們采用現(xiàn)場總線技術(shù)對已有的生產(chǎn)線進行改造是有意義和能創(chuàng)造社會價值的。

　　

【正文】 K A 62 31 2K A 7K A 8圖 36 轉(zhuǎn)鼓主電機控制回路圖 根據(jù)工藝要求，轉(zhuǎn)鼓主電機采用變頻器控制，控制方式未現(xiàn)場總線控制和機旁操作且網(wǎng)絡(luò)控制和機旁控制均可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。為在上位機中監(jiān)控轉(zhuǎn)鼓主電機電流，采用電流變送器將電流信號送到 PLC。 為實現(xiàn)控制，變頻 器需輸出轉(zhuǎn)矩信號到 PLC， PLC 要輸出速度給定信號到變頻器。因此，實現(xiàn)的是開環(huán)控制，控制框圖如下圖所示： S 7 3 0 0 P L C變 頻 器轉(zhuǎn) 鼓 主電 機輸 入 速 度 給 定 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 圖 37 轉(zhuǎn)鼓主電機變頻開環(huán)控制 因為轉(zhuǎn)鼓主電機在工藝中是將?；^的高爐渣與其中的水分離開來。所做的是離心運動。其機械特性曲線如下圖所示： nT0 T 0n 0 圖 38 轉(zhuǎn)鼓主電機機械特性曲線 如上如所示，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入速度之間的函數(shù)關(guān)系是二次方率形式，即 T 正比于速度的平方。例如在 n0 點的輸入轉(zhuǎn)速送至 PLC，通過現(xiàn)場總線送至 MM440 變頻器，經(jīng)過變頻器內(nèi)部計算輸出給轉(zhuǎn)鼓主電機。通過輸出轉(zhuǎn)矩的采樣， 校正電機輸出的速度。 MM440 變頻器有多中控制方式。通常常用的有：恒磁通（ V/f）控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）。 本次設(shè)計中采用的是矢量控制方式， 同 V/f 控制相比，矢量控制有如下優(yōu)點： （ 1） 在負載和給定值改變期間的穩(wěn)定性 ； （ 2） 對于給定值改變有很短上升時間 (→較好的控制性能 )； （ 3） 對于負載改變有很短上升時間 (→較好的噪聲 /干擾特性 )； （ 4） 可用一個最大可調(diào)轉(zhuǎn)矩進行加速和制動 ； （ 5） 在電動和再生運行時，利用可調(diào)轉(zhuǎn)矩限幅可保護電機和傳動機械 ； （ 6） 同速度無關(guān)地控制傳動系統(tǒng)和制動轉(zhuǎn)矩 ； （ 7） 在 0 速時可以輸出全部停車轉(zhuǎn)矩 。 MM440 變頻器的 網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 在主站系統(tǒng)組態(tài)完畢情況下，如下圖： 圖 39 組態(tài) DP 主站 在 DP 網(wǎng)上組態(tài) MM440 變頻器，組態(tài)步驟如下： （ 1） 打開硬件組態(tài)，在右側(cè)選擇 “ PROFIBUS DP”→“ SIMOVERT” →“ MICROMASTER 4”，添加到 DP 總線上， 如圖 310。 （ 2） 在彈出窗口中選擇地址為 4，如圖 311 所示。 （ 3） 選擇“ MICROMASTER 4” →“ 4 PKW， 2 PZD (PP0 1)”，添加到從站中，如圖 312 所示。 （ 4） 從站組態(tài)完成，設(shè)置地址， PKW讀為 IB288~IB295， PZD讀為 IB296~IB299，PKW 寫為 QB272~QB279， PZD 寫為 QB280~QB283，如圖 313。 圖 311 插入 MM440 從站 圖 312 設(shè)置 MM440 從站地址 圖 313 組態(tài)從站 MM440 參數(shù)設(shè)置 要使變頻器能夠用 PLC 通過 Profibus 來控制，變頻器也需要一定的參數(shù)設(shè)置才能實現(xiàn)： P700 命令源 6 （從 CB 來） P918 站號 4 （必需要與硬件組態(tài)時保持一致） P1000 頻率設(shè)定源 6 （從 CB 來） 程序的編寫 對 PZD (過程數(shù)據(jù) )的讀寫： a. 在 Step7 中對 PZD (過程數(shù)據(jù) )讀寫參數(shù)時調(diào)用 SFC14和 SFC15 b. SFC14(“DPRD_DAT”)用于讀 Profibus 從站 (MM440)的數(shù)據(jù) c. SFC15(“DPWR_DAT”)用于將數(shù)據(jù)寫入 Profibus 從站 (MM440) d. 硬件組態(tài)時 PZD的起始地址： W16108(即 264) (1)建立數(shù)據(jù) 塊 DB1，將數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)地址與從站 (MM440)中的 PZD、 PKW數(shù)據(jù)區(qū)相對應(yīng) (2) 在 OB1中調(diào)用特殊功能塊 SFC14和 SFC15，完成從站 (MM440)數(shù)據(jù)的讀和寫： 其中： LADDR 表示：硬件組態(tài)時 PZD的起始地址（ W16108即 264）； RECORD 表示：數(shù)據(jù)塊（ DB1）中定義的 PZD數(shù)據(jù)區(qū)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)地址； RET_VAL 表示：程序塊的狀態(tài)字，可以以編碼的形式反映出程序的錯誤等狀態(tài)。 在本例中設(shè)定值和控制字可以從數(shù)據(jù)塊 DB1 中傳 送， 設(shè)為 047E 再變?yōu)?047F 后 中的頻率值將輸出。狀態(tài)字和實際值可從 , 讀出。 要對變頻器其他不同項目的參數(shù)進行設(shè)置，只要編程改變 RECORD地址里的數(shù)值即可 。 對 PKW (參數(shù)區(qū) )讀寫 Step7 中對 PKW (參數(shù)區(qū) )讀寫參數(shù)時同樣調(diào)用 SFC14和 SFC15 b. SFC14(“DPRD_DAT”)用于讀 Profibus 從站的數(shù)據(jù) c. SFC15(“DPWR_DAT”)用于將數(shù)據(jù)寫入 Profibus 從站 d. 硬件組 態(tài)時 PKW的起始地址： W16108(即 264) 讀寫過程和 對 PZD (過程數(shù)據(jù) )的讀寫相同， 只要編程改變 RECORD地址里的數(shù)值即可 。 4 上位機監(jiān)控設(shè)計 上位機主要實現(xiàn)監(jiān)控功能，在現(xiàn)場總線 系統(tǒng)中充當操作員站的角色。它是 傳動監(jiān)控 系統(tǒng)可視化部分，完成人機界面的功能。通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)對下位機以及現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。本課題上位機人機界面采用西門子組態(tài)軟件 WinCC 來實現(xiàn)監(jiān)控界面的設(shè)計。 WinCC 組態(tài)軟件的介紹 組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng) SCADA 的軟件平臺工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分。它 具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強大。組態(tài)軟件已經(jīng)有20 多年的發(fā)展歷史。目前國內(nèi)的組態(tài)軟件產(chǎn)品大致可分為三類： 國外專業(yè)軟件廠商提供的產(chǎn)品； 國外硬件或系統(tǒng)廠商提供的產(chǎn)品； 國內(nèi)自行開發(fā)的國產(chǎn)化產(chǎn)品。國內(nèi)組態(tài)軟件市場大部分份額被國外軟件占據(jù)著。 國外的專業(yè)組態(tài)軟件主要有美國 Wonderware 公司的 InTouch，澳大利亞 CIT公司的 Citect 組態(tài)軟件，德國西門子公司的 WinCC 組態(tài)軟件。西門子組態(tài)軟件在歐洲已經(jīng)成為最流行的組態(tài)軟件。西門子組態(tài)軟件與其它組態(tài)軟件相比主要有以下優(yōu)點： (1)與自 動化系統(tǒng)的無縫集成。 WinCC 與相應(yīng)的硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合，通過統(tǒng)一的組態(tài)和編程，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理及統(tǒng)一的通訊，極大地降低了用戶軟硬件組態(tài)的工程量，實現(xiàn)了整個產(chǎn)品范圍內(nèi)的高度集成。這也是選擇是 WinCC 組態(tài)軟件的原因之一便于與西門子 PLC 進行連接。 (2)與自動化網(wǎng)絡(luò)的集成。從現(xiàn)場總線 Profibus 到工業(yè)以太網(wǎng)以及無線通訊，由于 WinCC 內(nèi)置了 S5/S7 協(xié)議的通訊系統(tǒng)，從而為 WinCC 與這些系統(tǒng)的最優(yōu)化通訊和良好的互操作性提供了保證。 (3)與相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)一起，實現(xiàn)系統(tǒng)級的診斷功能。診斷功能包括產(chǎn)品和系統(tǒng)的層次，貫穿于工程實施階段、調(diào)試階段和運行階段。 (4)整個系統(tǒng)通過完整和豐富的編程系統(tǒng)實現(xiàn)了雙向的開放性。借助 C 腳本，WinCC幾乎可以通過 Win32API 無限制的訪問到 Windows 操作系統(tǒng)及平臺上的各種功能。 (5)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)全面開放。由于 WinCC 內(nèi)部集成一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，因此可以很方便的調(diào)用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。 (6)WinCC 采用最新的開放性軟件技術(shù)和標準，面向多種操作平臺。 WinCC 是第一個完全基于 32 位內(nèi)核的 HMI/SCADA 軟件。 正是基于上述優(yōu)點本課題選擇西門子組態(tài)軟件 WinCC 作為上位監(jiān)控界 面設(shè)計的平臺。 監(jiān)控界面的設(shè)計原則及構(gòu)成 為了提高用戶界面的易用性和美觀程度，監(jiān)控界面設(shè)計一般要遵循以下幾個原則： (1)用戶界面適合于軟件的功能 指界面與軟件功能相融洽的程度。軟件功能需要通過界面來展現(xiàn)。用戶界面一定要適合于軟件的功能，這是最基本要求。 (2)容易理解 首先不要讓用戶使用出現(xiàn)誤解的情況。其次所有的界面的元素應(yīng)當提供充分而必要的提示，例如鼠標移動到該圖標上，會顯示相關(guān)信息。再者界面可以清晰的反映工作流程，以便用戶可以按部就搬的操作。 (3)風格一致 一個軟件的用戶界面中，同類的界面元 素應(yīng)當有相同的視感和相同的操作方式。比如按鈕的形狀、色彩和對鼠標響應(yīng)方式都是一致的。 (4)及時反饋信息 及時反饋信息很重要，否則用戶由于半天沒有得到答復(fù)信息就可能出現(xiàn)誤操作，最終導(dǎo)致嚴重的后果。 (5)出錯處理 用戶在使用軟件過程中不可避免的出現(xiàn)一些誤操作。在設(shè)計用戶界面時必須考慮出錯處理，不至于讓用戶為避免犯錯誤而提心吊膽。 (6)適應(yīng)各種用戶 由于使用軟件有不同的層次的用戶，不同水平的用戶。因此軟件設(shè)計時候就應(yīng)該考慮盡可能的提供多的幫助以及提示信息。 (7)合理的布局 首先界面的布局應(yīng)當符合邏輯，最好 與工作流程吻合。其次，界面的布局應(yīng)當整潔（整齊清爽）。界面元素應(yīng)當在水平或則垂直方向?qū)R，行、列的間距保持一致。 (8)和諧的色彩 對于界面設(shè)計人員而言，實現(xiàn)“合理的布局”相對來說比較容易一些，因為絕大多數(shù)的界面元素的形狀已經(jīng)標準化，而且界面元素的組合方式也沒有約定俗的規(guī)矩可循。設(shè)計和諧的色彩太困難，因為色彩的組合千變?nèi)f化，并且人們對色彩的喜歡也極不相同。 登錄界面的設(shè)計 登錄界面是進入監(jiān)控畫面的第一道大門，只有用戶輸入正確的信息才能登陸到運行畫面。通過權(quán)限分配，不同的用戶具有不同的權(quán)限，可以進 行相關(guān)的操作。本監(jiān)控系統(tǒng)主要分為普通用戶級，操作員級以及管理員級三個級別。其中普通用戶級不允許進行任何相關(guān)機器設(shè)備的起停，以及報警處理和消息的歸檔等操作，只有瀏覽的權(quán)力，不能進行任何的修改。主要用于查看機器的運轉(zhuǎn)的情況而不需要做任何設(shè)置和修改的用戶，這類用戶的權(quán)限是最低。操作員級權(quán)限是第二高的，可以進行機器啟停和過程的控制，但是不具有報警處理，消息歸檔等權(quán)限，這個組的成員主要是現(xiàn)場的操作工人。管理員是最高級別的，除了具有操作員的權(quán)限，還具有報警處理，消息歸檔，權(quán)限分配等權(quán)限。管理員級別的用戶主要是工廠的管理 人員。 用戶權(quán)限分配界面如圖 41 所示。 圖 41 用戶權(quán)限分配 登錄界面如圖 42 所示。 圖 42 登陸界面 登錄界面主要實現(xiàn)以下功能： (1)驗證用戶是否合法。只有輸入正確的用戶名和密碼才能進入運行畫面。 (2)添加用戶和修改用戶密碼功能。 總體流程圖 界面的設(shè)計 總體流程圖是登錄后默認的界面?？傮w流程圖界面主要是按照工藝處理步驟進行了界面的布局，這樣一方面可以清晰的看清楚工藝的流程，另一方面方便操作。 主要實現(xiàn)的功能： (1)通過點擊界面底部 的按鈕實現(xiàn)不同監(jiān)控頁面的切換。 (2)可以了 解各個機器的運轉(zhuǎn)情況。比如說當?；?泵正在進行，則它會 顯示綠色 。當它發(fā)生顏色改變?yōu)榧t色 時說明停止運轉(zhuǎn)。若閃爍則表示故障報警。 (3)為了操作員準確的操作機器當鼠標放在相應(yīng)的圖形元素上面會出現(xiàn)機器的名字，狀態(tài)等提示信息。 總體流程圖界面如圖 43 所示。 圖 43 總體流程圖界面 變頻監(jiān)控 界面的設(shè)計 變頻監(jiān)控界面只要是對系統(tǒng)中變頻器進行監(jiān)視控制。變頻監(jiān)控包括五部分：轉(zhuǎn)股主電機；?；?PGR PGR2；倒渣泵 PSL PSL2。變頻監(jiān)控界面監(jiān)控了上述五部分的相關(guān)的運行狀態(tài)。主要實現(xiàn)的功能： (1)當操作員進入后可以對變頻電機 的狀態(tài)進行修改，剛剛進入界面中的狀態(tài)是機器目前所處的狀態(tài)，點擊相應(yīng)的按鈕就可以起動和停止相關(guān)的設(shè)備。 (2)普通用戶進入后，若點相關(guān)的按鈕會提示用戶不具有操作權(quán)限。按下 Ctr+F1 可以彈出快捷登錄菜單，輸入具有相應(yīng)權(quán)限的用戶名和密碼即可進行相關(guān)的操作。 (3)點擊界面頂部和底部 的按鈕，可以方便快捷的實現(xiàn)各個界面的切換，但是也必須具有相應(yīng)的權(quán)限才可以操作。 變頻監(jiān)控界面如圖 44 所示： 圖 44 變頻監(jiān)控界面 軟啟動器監(jiān)控 界面的設(shè)計