【正文】 在三個(gè)操作子窗口中設(shè)置完立缸上升和壓放下降時(shí)間后，選擇“自動(dòng)壓放”按鈕，電極按工藝流程自動(dòng)完成單周期的壓放控制 。 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。利用 PLC 實(shí)現(xiàn)電極自動(dòng)升降控制 。 電極手自動(dòng)升降控制。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)。 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。這樣就可在圖形編輯器 (Graphics Editor)中，用基本元件或圖形庫(kù)中的對(duì)象制作生產(chǎn)工藝流程監(jiān)控畫面。每個(gè)變量有三個(gè)設(shè)置項(xiàng)：變量名、數(shù)據(jù)類型、地址，其中最重要的是變量地址，它定義了此變量與PLC 中某一確定地址如某輸入位、輸出位或標(biāo)志位等一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)功能需要定義了各類外部變量，以用于數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷，表 是部分外部變量的對(duì)照表。 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。 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。如果請(qǐng)求沒(méi)有被 PLC 控制器正確收到，此時(shí)從機(jī)將沈陽(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) 37 不響應(yīng)，上位機(jī)必須在等待一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后重發(fā)通訊請(qǐng)求，直到通訊正確進(jìn)行為止。上位機(jī)給 PLC 控制器發(fā)送通訊請(qǐng)求，然后等待響應(yīng)。 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。工業(yè)以 太網(wǎng)方式對(duì)硬件要求較高。 本系統(tǒng)采用的 S7 系列 PLC 通常有四種組網(wǎng)方式 ： 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、 MPI( MultiPoint Interface，多點(diǎn)接口 )網(wǎng)絡(luò)、 PROFIBUS (Process Fieldbus，過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線 )和工業(yè)以太網(wǎng)。 數(shù)據(jù)通信 由于 PLC 具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，因而其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 但 PLC 的顯示功能弱，為此將上位機(jī)與 PLC 組合起來(lái)，充分利用上位機(jī)強(qiáng)大的人機(jī)接口功能二豐富的應(yīng)用軟件和低廉的價(jià)格來(lái)共同實(shí)現(xiàn)管理控一體化成為一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。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)。可見(jiàn)，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)。 如圖所示，為了防止電磁閥失效引起連鎖反應(yīng)，如果在限定的時(shí)間內(nèi)，電磁閥的反饋信號(hào)未到，則報(bào)警 (報(bào)警標(biāo)志位置 1)，并且停止后續(xù)動(dòng)作，等待操作人員檢修。如果電磁閥失效， PLC 發(fā)出的指令得不到 響應(yīng)，再繼續(xù)執(zhí)行下一步工序?qū)?huì)引發(fā)系統(tǒng)故障，甚至影響安全生產(chǎn)。在兩個(gè)摩擦帶的附近恰當(dāng)?shù)奈恢?，安裝有限位開(kāi)關(guān)，以保證摩擦帶運(yùn)動(dòng)到位。 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。 圖 根據(jù)以上工序，我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的 PLC 程序，其流程如下 ： 圖 電極壓放控制 液壓系統(tǒng)有兩種方式可以控制電極的移動(dòng)，第一種是“電極升降” ： 通過(guò)驅(qū)動(dòng)下摩擦帶下方的升降大立缸來(lái)使得電極移動(dòng)，這時(shí)電極將和套在其上的摩擦帶一起移動(dòng)，針對(duì)這部分的處理算法也比較復(fù)雜，在下一章中我們將對(duì)電極的升降沈陽(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) 33 控制進(jìn)行詳細(xì)的討論，第二種是“電極壓放” ： 即通過(guò)上摩擦帶松開(kāi)、提升、夾緊，下摩擦帶松開(kāi)、上摩擦帶壓下來(lái)、下摩擦帶緊固共 6 個(gè)順序動(dòng)作來(lái)使得電極下壓，這時(shí)電極與上下摩擦帶產(chǎn)生相對(duì)位移。這就是有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)的換接過(guò)程，完成一次切換時(shí)間約為十幾秒。然后主觸頭離開(kāi)分接頭 (I)，電流經(jīng)分接頭 (2)從輔助觸頭輸出 (圖 c)。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。當(dāng)需要提高變壓器低壓側(cè)電壓時(shí)，就需要使開(kāi)關(guān)從分接頭 (1)換接到分接頭 (2)。 END_ FUNCTION _BLOCK // 塊結(jié)束 變壓器有載調(diào)壓控制 分級(jí)有載調(diào)壓的基本原理，就是從變壓器線圈中引出若干個(gè) 分接頭，通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)，在保證不切斷負(fù)載電流的情況下，由一個(gè)分接頭切換到另一個(gè)分接頭，以變換變壓器線圈的有效匝數(shù)，即變換變壓器的變壓比。 Out Data:=ALPHA*In Data+(1ALPHA) *Xn1。 RETURN。=0。 END VAR VAR // 靜態(tài)變量 Xn_1。 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 。 Reset 。 在應(yīng)用過(guò)程中，有不少模擬量都需要濾波處理， 所以可以將濾波程序做成功能塊 FB，其程序用 SCL 語(yǔ)言描述如下： FUNCTION_BLOCK di tong // 低通濾波 CONST // 常數(shù) END CONST VAR _INPUT // 輸入?yún)?shù) In Data 。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用，缺點(diǎn)是相位滯后，靈敏度低，滯后程度取決于 a 值大小，不能消除濾波頻率高于采樣頻率的 1/2 的干擾信號(hào)，因此實(shí)際使用時(shí)要選擇合理的a 值，過(guò)高過(guò)低都不能達(dá)到目的。具體的算法主要采用一階低通濾波算法。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。因此，必須采取措施過(guò)濾干擾信號(hào)。 軟件濾波方法 PLC 數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)值濾波，這是因?yàn)檫^(guò)程信號(hào)通過(guò)物理介質(zhì)傳送過(guò)程中不可避免地會(huì)受到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各種各樣的干擾，數(shù)據(jù)采集可能存在較大的誤差。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。 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。 表 Resolution of Bits(+Sign) Units Analog value Decimal hexadecimal High Byte Low Byte 8 128 0000000 1xxxxxxx 9 64 0000000 01xxxxxx 10 32 0000000 001xxxxx 11 16 0000000 0001xxxx 12 8 0000000 00001xxx 13 4 0000000 000001xx 14 2 0000000 0000001x 15 1 0000000 00000001 量程為 10V的模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量表示如下 ： 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) 28 表 10V的模擬量對(duì)應(yīng)的 數(shù)字量表示 System Voltage Measuring Range Measured value% Del. Hex. % 27648 6C00 10V Rated range % 20736 5100 % 8 8 0% 0 0 0V % 8 FFF8 % 20736 AF00 % 27648 9400 10V 為了便于在控制或編程時(shí)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的直觀，需要對(duì) PLC 內(nèi)部數(shù)值 (A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)或 D/A 轉(zhuǎn)換待輸出的數(shù)據(jù) )與外部實(shí)際工程數(shù)值 (用于 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入模擬量或準(zhǔn)備進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換的輸出數(shù)據(jù) )進(jìn)行對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換。這樣可以保證在不同的轉(zhuǎn)換精度下，其轉(zhuǎn)化的結(jié)果不會(huì)差別太大。 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)。 3. 模擬量極性 ：雙極性如 單極性如 0~10V， 4~20mA。這種分塊處理的方法降低了各個(gè)子系統(tǒng)之間的耦合性，也使得程序結(jié)構(gòu)清晰明了。時(shí) 間間隔由編程工具設(shè)置或修改 (缺省值為 100ms)。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。 調(diào)用 OB l 的時(shí)間間隔稱為掃描周期。 PLC 程序總體模塊調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖 所示，其中 OB 100 在 PLC 從 STOP狀態(tài)轉(zhuǎn)換到 RUN 狀態(tài)時(shí)由 PLC 的操作系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用，主要用于初始化數(shù)據(jù)。當(dāng)這些模擬量超過(guò)存儲(chǔ)在 PLC 中的參數(shù)設(shè)定值的限制范圍時(shí)，上位機(jī)會(huì)顯示報(bào)警信息，同時(shí)響鈴報(bào)警。 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。 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。每個(gè)PS 電 源 模 塊 消 耗的 功 率 為 18W ， 所以 整 PLC 系統(tǒng)消 耗的功率為 18 3+2+5 2+ 8 3+ 2+4 4+ 3+= W 這些參數(shù)應(yīng)該在機(jī)箱的整體設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮。 擴(kuò)展機(jī)架 1 上各模塊從 24 V 電源吸取的總電流為 500+200 2+240+125 3+250=1765mA，擴(kuò)展機(jī)架 2 上各模塊從 24V 電源吸取的總電流為 500+200 3+40 2=1180 mA。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(méi)有超過(guò) IM361提供的電流 。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三