Modicon PLC 在烧结自动化中的应用
2008/2/26 10:03:00
摘 要：论述了Modicon PLC的特色和烧结厂在自动化生产上的需要，在文章中作者提出了一套切实可行的方案，可以有效地解决烧结生产中存在的问题，并在实际工程中得到了验证。
关键词：PLC PID调节 配比
Abstract: The character of Modicon PLC and requirement of the Sinter
factory in automation were discussed,the author
put forward an available project in this article,which can effectly
solve the questions in the course of the Sinter producement
and has been testified in the practical engineering.
Keyword: PLC PID Adjustment Mixing proportion
中图分类号］TP29 ［文献标识码］B ［文章编号］1606-5123(2002)03-0013-03
在当今的冶金生产工程中，炼铁原料的烧结处理是必不可少的一环，而烧结工艺过程的关键参数就是各种原料的配比。对配比的精确控制是实现高质量烧结矿的关键。
传统的烧结生产，对于各个料种的给料量控制采用了手动方式，或者单料种的给料自动下料，整个系统没有进行集中控制，生产数据也不能及时地反映给生产管理人员，从而造成了生产人员劳动负荷较大，产品质量的优劣不能及早预知。
目前的PLC系统已经发展得很完善，具有各种处理能力，除了传统的顺序控制外，数学运算能力已经接近（奔腾）计算机。PLC在烧结系统中的应用，大大地提高了烧结生产的自动化水平，一些新的控制策略和思想可以很方便地实现，特别是网络技术的应用，为现代钢铁企业对生产过程更高层次的管理提供了极为方便的实现手段。
1 Modicon Quantum PLC
Modicon Quantum PLC系统是具有数字量处理能力的专用计算机系统，Quantum具有模板化、体系结构可扩展的特点，广泛用于工业和制造过程中的实时控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用远程I/O的800系列）、I/O接口、通讯模板、电源和底板。
Modicon Quantum PLC软件系统功能强大，符合国际IEC1131标准的全部规定，提供了多种编程语言供用户选择，用户实现其控制思想的手段大大增强，特别是程序生成的设计与编程与PLC无关，并且带有分布式和多功能PLC系统的现代化硬件体系、与强大的操作员和监视系统（MMI）的接口以及最新通讯系统的配置。
2 北钢三烧烧结自动化系统
北钢三烧烧结自动化系统是以高可靠性工业微机、可编程序控制器（PLC）为核心而构成的全分布式网络化控制系统；变频调速系统以施耐得公司的Altivar 58变频器为核心组成，整个自动化系统具有90年代末国际先进水平。
系统采用MB+网络作为主要连接方式，辅助以远程I／O工业控制网络组成一个完整的自动化体系，由可编程控制器（PLC）操作站、上位计算机组成。PLC控制工艺设备的运行，检测系统中各个生产设备的状态及工艺参数，并按确定的控制程序对各个设备进行控制和调节。操作站主要功能是操作人员通过CRT上的实时动态画面监视现场的生产状况，根据现场的实际情况对生产过程进行必要的控制和调节，以及进行趋势分析等。上位计算机记录、处理生产数据。
3 系统运行方式
根据设计要求，系统从整体上说具有三种基本的运行方式：
● 现场手动运行
● 计算机联锁运行
● 计算机解锁运行
“现场手动运行”是指操作人员在现场的机旁箱上进行的设备的启／停操作以及设备运转速度设定。当一台设备处于现场手动运行状态时，这台设备就完全从整个系统中脱离出去了，设备的启动、停止完全受现场操作人员的控制，这台设备也就不能再参与系统的任何连锁了。
“计算机联锁运行”和“计算机解锁运行”从控制方式上讲，可以统称为“计算机自动运行”。
“计算机联锁运行”是指处于自动运行的所有设备每时每刻都参加各自的所有的条件连锁，例如运行安全联锁、工艺参数连锁、启停顺序连锁等等。当系统处盂联锁状态时，它的启动、停止既受别的设备的影响，也会影响别的设备的启动、停止，系统各个设备的运行环环相扣。
对于烧结配料这样的物料输送系统来说，这一点特别重要，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带的堆料就是“联锁运行”的重要作用之一。
“计算机解锁运行”是指处于自动运行的所有设备不再随时判断它的运行和停止条件，该台设备的启动、停止仅仅受操作人员在CRT上对他发出的启停命令的影响，操作人员通过一台CRT就可以随意控制接入计算机的所有设备。这种运行方式，为设备的试车、检修等针对单台设备的操作提供了极大的方便。
但是要注意，从系统安全角度来说，“计算机解锁运行”方式具有一定的危险性，特别是当整个系统处于运行状态时，如果系统解锁，就很有可能造成物料堆积、设备损坏等等十分讨厌的结果。所以，除非真的有必要，一般不要采用“计算机解锁运行”方式，而应该把系统长时间的置于“计算机联锁运行”状态。
4 系统的启动和停止
系统启停方式包括下列4种：
● 紧急停止
● 顺序停止
● 顺序启动
● 同时启动
紧急停止用于需要所有参与配料的设备立即停止运行的场合，例如发生紧急情况要立即使系统停车时。
当点击“紧急停止”按钮时，系统所有正在运行的给料设备全部立即停止运行，只有处于现场机旁手动的设备不理会，仍然处于它自己原来的运行状态。
顺序停止用于希望长时间停车的场合，这样可以保输送皮带上的物料都运送干净，使皮带处于物料状态，并且可以保证料尾对齐。
顺序启动用于系统的初次运行或者顺序停止后的系统再次启动，顺序启动功能可以控制参加配料的给料设备按照皮带的运行方向按一定的时间间隔依次启动，保证料头能够对齐。
同时启动用于急停后的系统再次启动。
同时启动能够使系统在上一次的“断点”处接着往下进行，就象没有发生过任何事情一样。
5 设定目标量的自动跟踪
配料系统所使用的给料设备具备调速功能，并且已经通过MB+网的形式接入了计算机，这是自动跟踪下料量的硬件基础。
系统实现目标值自动跟踪的软件基础是在PLC中嵌入了调整灵活的PID功能，通过合理的设置PID的参数值，可以在响应速度和调节稳定度之间取得平衡，优化自动调节和跟踪的效果。
当一个料种的给料目标值被设定或者被自动计算出来以后，作为PID模块的给定值输入到模块中，而现场各类皮带秤的输出作为反馈信号也输入到PID模块中，最后计算机按照PID方式作出筛选的响应，这种响应被转换为变频器的设定频率值，从而可以根据设定值与皮带秤的偏差来调节给料电机的转速，最终达到稳定给料量的目的。
除了自动方式外，还有一种手动调节给料速度的方式，那就是“PID手动给定值”输入，当选择了这项功能时，可以直接输入给料电机的转速，系统不再使用PID方式进行调节，也不再考虑皮带秤的输出，给料电机的转速用这种方式就可以直接控制。
手动给定的是一个百分比值，它的含义为变频器最高输出频率的百分之多少，输入范围应在0～100％。目前，批料系统所有变频器的最高频率都设定为50Hz，当变频器的输出为50Hz时，给料电机达到最高转速。
当调整手动给定百分比时，可以观察皮带秤的输出值，不断地增加或者减少百分比值，就可以让皮带秤的输出达到设定目标值。
PID的3个参数直接关系到PID的响应特性。
一般的来说，P值是一个比例参数，它没有单位，P值越大，对于同样的偏差，PID的响应输出就越大，但调节输出的稳定性就越糟糕，甚至产生剧烈的震荡；I值的含义是积分时间，它的值越大，系统的响应时间就会越长，当输入有变化时，PID的输出达到最后稳定的时间就会越长；D值是一个微分时间，它的值越大，PID对输入偏差就会越敏感。
以下是P、I、D三个参数在实际使用中的取值范围：
P：0.5～20
I：5～40s
D：0～5s
6 结束语
该系统已经于2001年在北台钢铁公司第二炼铁厂的烧结车间投入实际生产运行，Modicon Quantum PLC系统非常稳定，软件设计完全满足现场需要，一改多年来手动操作进行生产的状况，极大地提高了生产的自动化水平。
关键词：PLC PID调节 配比
Abstract: The character of Modicon PLC and requirement of the Sinter
factory in automation were discussed,the author
put forward an available project in this article,which can effectly
solve the questions in the course of the Sinter producement
and has been testified in the practical engineering.
Keyword: PLC PID Adjustment Mixing proportion
中图分类号］TP29 ［文献标识码］B ［文章编号］1606-5123(2002)03-0013-03
在当今的冶金生产工程中，炼铁原料的烧结处理是必不可少的一环，而烧结工艺过程的关键参数就是各种原料的配比。对配比的精确控制是实现高质量烧结矿的关键。
传统的烧结生产，对于各个料种的给料量控制采用了手动方式，或者单料种的给料自动下料，整个系统没有进行集中控制，生产数据也不能及时地反映给生产管理人员，从而造成了生产人员劳动负荷较大，产品质量的优劣不能及早预知。
目前的PLC系统已经发展得很完善，具有各种处理能力，除了传统的顺序控制外，数学运算能力已经接近（奔腾）计算机。PLC在烧结系统中的应用，大大地提高了烧结生产的自动化水平，一些新的控制策略和思想可以很方便地实现，特别是网络技术的应用，为现代钢铁企业对生产过程更高层次的管理提供了极为方便的实现手段。
1 Modicon Quantum PLC
Modicon Quantum PLC系统是具有数字量处理能力的专用计算机系统，Quantum具有模板化、体系结构可扩展的特点，广泛用于工业和制造过程中的实时控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用远程I/O的800系列）、I/O接口、通讯模板、电源和底板。
Modicon Quantum PLC软件系统功能强大，符合国际IEC1131标准的全部规定，提供了多种编程语言供用户选择，用户实现其控制思想的手段大大增强，特别是程序生成的设计与编程与PLC无关，并且带有分布式和多功能PLC系统的现代化硬件体系、与强大的操作员和监视系统（MMI）的接口以及最新通讯系统的配置。
2 北钢三烧烧结自动化系统
北钢三烧烧结自动化系统是以高可靠性工业微机、可编程序控制器（PLC）为核心而构成的全分布式网络化控制系统；变频调速系统以施耐得公司的Altivar 58变频器为核心组成，整个自动化系统具有90年代末国际先进水平。
系统采用MB+网络作为主要连接方式，辅助以远程I／O工业控制网络组成一个完整的自动化体系，由可编程控制器（PLC）操作站、上位计算机组成。PLC控制工艺设备的运行，检测系统中各个生产设备的状态及工艺参数，并按确定的控制程序对各个设备进行控制和调节。操作站主要功能是操作人员通过CRT上的实时动态画面监视现场的生产状况，根据现场的实际情况对生产过程进行必要的控制和调节，以及进行趋势分析等。上位计算机记录、处理生产数据。
3 系统运行方式
根据设计要求，系统从整体上说具有三种基本的运行方式：
● 现场手动运行
● 计算机联锁运行
● 计算机解锁运行
“现场手动运行”是指操作人员在现场的机旁箱上进行的设备的启／停操作以及设备运转速度设定。当一台设备处于现场手动运行状态时，这台设备就完全从整个系统中脱离出去了，设备的启动、停止完全受现场操作人员的控制，这台设备也就不能再参与系统的任何连锁了。
“计算机联锁运行”和“计算机解锁运行”从控制方式上讲，可以统称为“计算机自动运行”。
“计算机联锁运行”是指处于自动运行的所有设备每时每刻都参加各自的所有的条件连锁，例如运行安全联锁、工艺参数连锁、启停顺序连锁等等。当系统处盂联锁状态时，它的启动、停止既受别的设备的影响，也会影响别的设备的启动、停止，系统各个设备的运行环环相扣。
对于烧结配料这样的物料输送系统来说，这一点特别重要，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带的堆料就是“联锁运行”的重要作用之一。
“计算机解锁运行”是指处于自动运行的所有设备不再随时判断它的运行和停止条件，该台设备的启动、停止仅仅受操作人员在CRT上对他发出的启停命令的影响，操作人员通过一台CRT就可以随意控制接入计算机的所有设备。这种运行方式，为设备的试车、检修等针对单台设备的操作提供了极大的方便。
但是要注意，从系统安全角度来说，“计算机解锁运行”方式具有一定的危险性，特别是当整个系统处于运行状态时，如果系统解锁，就很有可能造成物料堆积、设备损坏等等十分讨厌的结果。所以，除非真的有必要，一般不要采用“计算机解锁运行”方式，而应该把系统长时间的置于“计算机联锁运行”状态。
4 系统的启动和停止
系统启停方式包括下列4种：
● 紧急停止
● 顺序停止
● 顺序启动
● 同时启动
紧急停止用于需要所有参与配料的设备立即停止运行的场合，例如发生紧急情况要立即使系统停车时。
当点击“紧急停止”按钮时，系统所有正在运行的给料设备全部立即停止运行，只有处于现场机旁手动的设备不理会，仍然处于它自己原来的运行状态。
顺序停止用于希望长时间停车的场合，这样可以保输送皮带上的物料都运送干净，使皮带处于物料状态，并且可以保证料尾对齐。
顺序启动用于系统的初次运行或者顺序停止后的系统再次启动，顺序启动功能可以控制参加配料的给料设备按照皮带的运行方向按一定的时间间隔依次启动，保证料头能够对齐。
同时启动用于急停后的系统再次启动。
同时启动能够使系统在上一次的“断点”处接着往下进行，就象没有发生过任何事情一样。
5 设定目标量的自动跟踪
配料系统所使用的给料设备具备调速功能，并且已经通过MB+网的形式接入了计算机，这是自动跟踪下料量的硬件基础。
系统实现目标值自动跟踪的软件基础是在PLC中嵌入了调整灵活的PID功能，通过合理的设置PID的参数值，可以在响应速度和调节稳定度之间取得平衡，优化自动调节和跟踪的效果。
当一个料种的给料目标值被设定或者被自动计算出来以后，作为PID模块的给定值输入到模块中，而现场各类皮带秤的输出作为反馈信号也输入到PID模块中，最后计算机按照PID方式作出筛选的响应，这种响应被转换为变频器的设定频率值，从而可以根据设定值与皮带秤的偏差来调节给料电机的转速，最终达到稳定给料量的目的。
除了自动方式外，还有一种手动调节给料速度的方式，那就是“PID手动给定值”输入，当选择了这项功能时，可以直接输入给料电机的转速，系统不再使用PID方式进行调节，也不再考虑皮带秤的输出，给料电机的转速用这种方式就可以直接控制。
手动给定的是一个百分比值，它的含义为变频器最高输出频率的百分之多少，输入范围应在0～100％。目前，批料系统所有变频器的最高频率都设定为50Hz，当变频器的输出为50Hz时，给料电机达到最高转速。
当调整手动给定百分比时，可以观察皮带秤的输出值，不断地增加或者减少百分比值，就可以让皮带秤的输出达到设定目标值。
PID的3个参数直接关系到PID的响应特性。
一般的来说，P值是一个比例参数，它没有单位，P值越大，对于同样的偏差，PID的响应输出就越大，但调节输出的稳定性就越糟糕，甚至产生剧烈的震荡；I值的含义是积分时间，它的值越大，系统的响应时间就会越长，当输入有变化时，PID的输出达到最后稳定的时间就会越长；D值是一个微分时间，它的值越大，PID对输入偏差就会越敏感。
以下是P、I、D三个参数在实际使用中的取值范围：
P：0.5～20
I：5～40s
D：0～5s
6 结束语
该系统已经于2001年在北台钢铁公司第二炼铁厂的烧结车间投入实际生产运行，Modicon Quantum PLC系统非常稳定，软件设计完全满足现场需要，一改多年来手动操作进行生产的状况，极大地提高了生产的自动化水平。
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