西门子PLC在300m sup>3 /sup>炼铁高炉中的应用
2005/11/23 16:08:00
一、引言
PLC已广泛应用于大中小型炼铁高炉。淄博金岭铁矿于2004年建造的300 m3高炉采用了自动化控制技术，现已顺利投产，并达产。
二、 系统组成
金岭300 m3炼铁高炉的自动化系统的组成主要包括：槽下上料、高炉本体、热风炉和干法除尘，这几个站决定着炼铁炉自动化的成败。之外，还有风机房信号采集，是与槽下上料PLC通过Profibus现场总线通讯。四者为各自独立的系统，以工业以太网建立联系，实现工作站之间、上位机之间数据的传递。
网络结构示意图
网络组态
三、系统配置
1. 系统应用软件：
操作系统Windows 2000
监控软件WinCC 6.0
编程软件STEP 7 V5.2
2.系统硬件配置：
各个工作站的硬件大同小异，都是采用SIMATIC 300 CUP 和S7-300 I/O模板、通讯模板、电源模板、连接模板等构成。只是根据I/O点的数量、程序量的大小、处理能力、现场信号类型和现场设备限制等，配置稍有差异。
高炉主站控制站采用S7-300 CPU配置为：CPU 416-2DP,以太网通讯模块为CP443-1,300系列I/O模块，四个I/O机架，插有CPU模块的机架为本地机架，另四个为扩展I/O机架，通过PROFIBUS-DP协议串行连接，其中三个放在槽下值班室的一个PLC控制柜内，槽下/炉顶/卷扬各设备相应的控制信号分别引入这三个机架中的I/O模块，本体配置一个扩展I/O机架，放在高炉值班室的一个PLC控制柜内，本体各设备相应的信号分别引入这个机架中的I/O模块。热风炉配置本地一个，远程机架两个，采用S7-300CPU,配置为：CPU315-2DP, 以太网通讯模块为CP343-1,300系列I/O模块进行检测和逻辑控制，干法除尘控制站设一个主站，一个I/O站，与加热炉配置相同。
槽下上料PLC配置图
上位机采用研华工控机:奔腾 PIV2.6GHz主频，256兆内存，40G硬盘，网卡10/100M自适应/3C905；21英寸高分辨率彩色纯平显示器。
需要注意的问题：
1.各个机架能插入的模块数，一方面受采用的安装导轨的长度及模块的宽度总合限制，另一方面受它们从S7-300PLC背板总线取得电流值的限制。
2．S7-300PLC模块的排列次序为SM/FM/CP.
四、系统的软件编程
利用SIEMENS STEP 7编程软件对系统编程。首先，用STEP 7软件对系统进行硬件组态，然后再用STEP 7软件编程，允许结构化的程序，也就是说可以将程序分解为单个的自成体系的程序。我们把控制程序分解成若干个部分——控制功能块FC，最后通过系统组织块OB，调用控制功能块FC，来实现整个系统的功能。
热风炉程序
组织块OB
采用这样的结构的优点：
1、对大规模的复杂的程序容易理解。
2、可以对单个程序进行标准化。
3、组织程序简化，便捷。
4、有利于整套控制系统的调试、维护。
五、监控画面的设计
操作系统采用Windows 2000，监控软件采用功能强大的WinCC 6.0软件。用户可在各操作站方便地获得实时过程信息，进行交互操作，作出更快更有效地决策。WinCC 不仅包含大量图形工具，使用户能够快速简单地开发系统，而且提供了工业界最为强大的功能，包括实时过程监控和监督控制，报警和报警管理，历史数据，统计过程控制，基于用户的安全系统，方便的系统扩展，网络等。
以槽下为例： 该站监控系统完成的工作有:通讯配置，过程数据库产生，过程数据库构造，历史数据分配，记录及存储。可制作必要的工艺显示画面、上料系统设备动作画面、配料料单、操作画面、强制画面、历史趋势画面、数据显示画面、棒图显示画面、报警画面及声光报警功能。槽下和炉顶工艺流程尽量显示在一个工艺画面中，同时显示本体主要的控制参数。料单画面可进行装料程序选择及设定、炉料称量值的设定及显示、备料状态和放料状态显示及强制。所有的显示和人机对话都是汉化的。操作人员可在不影响生产的情况下调出本站的数据显示或其它站的数据显示。
登陆画面
槽下上料工艺画面
六、操作方式：
各系统设有两种操作方式：主控室上位机上的CRT操作方式和机旁就地操作方式，两种方式定义：
1. CRT操作方式：此种方式是当操作控制条件和工艺及设备连锁条件成立时；
2. 机旁就地操作方式：此种方式是仅单机设备最基本的安全连锁无其它连锁。
结束语:
光纤以太网作为高炉自控系统的骨干网络使数据传输不受电磁干扰的影响，可靠的实现高速数据传输、高度数据共享。环形的网络结构加强了系统的可靠性。
STEP 7编程软件提供了多种语言适用于多方面、多层次的编程人员，易学、易懂、好用，系统有丰富的功能块用户可直接调用。
该系统采用SIMATIC 300 CUP 和S7-300系列模板，大大降低了投资成本。自投入以来故障率较低，运行稳定、可靠，使高炉迅速达产，稳产。相信SIEMENS S7系列PLC在工控领域会得到更为广泛的使用。
参考文献：
[1] SIMATIC STEP 7可编程控制器用户手册[Z]。SIEMENS公司。
[2] S7-300和S7-400梯形逻辑编程手册[Z]。SIEMENS公司。
[3] S7-300和S7-400语句表编程手册[Z]。SIEMENS公司。
PLC已广泛应用于大中小型炼铁高炉。淄博金岭铁矿于2004年建造的300 m3高炉采用了自动化控制技术，现已顺利投产，并达产。
二、 系统组成
金岭300 m3炼铁高炉的自动化系统的组成主要包括：槽下上料、高炉本体、热风炉和干法除尘，这几个站决定着炼铁炉自动化的成败。之外，还有风机房信号采集，是与槽下上料PLC通过Profibus现场总线通讯。四者为各自独立的系统，以工业以太网建立联系，实现工作站之间、上位机之间数据的传递。
网络结构示意图
网络组态
三、系统配置
1. 系统应用软件：
操作系统Windows 2000
监控软件WinCC 6.0
编程软件STEP 7 V5.2
2.系统硬件配置：
各个工作站的硬件大同小异，都是采用SIMATIC 300 CUP 和S7-300 I/O模板、通讯模板、电源模板、连接模板等构成。只是根据I/O点的数量、程序量的大小、处理能力、现场信号类型和现场设备限制等，配置稍有差异。
高炉主站控制站采用S7-300 CPU配置为：CPU 416-2DP,以太网通讯模块为CP443-1,300系列I/O模块，四个I/O机架，插有CPU模块的机架为本地机架，另四个为扩展I/O机架，通过PROFIBUS-DP协议串行连接，其中三个放在槽下值班室的一个PLC控制柜内，槽下/炉顶/卷扬各设备相应的控制信号分别引入这三个机架中的I/O模块，本体配置一个扩展I/O机架，放在高炉值班室的一个PLC控制柜内，本体各设备相应的信号分别引入这个机架中的I/O模块。热风炉配置本地一个，远程机架两个，采用S7-300CPU,配置为：CPU315-2DP, 以太网通讯模块为CP343-1,300系列I/O模块进行检测和逻辑控制，干法除尘控制站设一个主站，一个I/O站，与加热炉配置相同。
槽下上料PLC配置图
上位机采用研华工控机:奔腾 PIV2.6GHz主频，256兆内存，40G硬盘，网卡10/100M自适应/3C905；21英寸高分辨率彩色纯平显示器。
需要注意的问题：
1.各个机架能插入的模块数，一方面受采用的安装导轨的长度及模块的宽度总合限制，另一方面受它们从S7-300PLC背板总线取得电流值的限制。
2．S7-300PLC模块的排列次序为SM/FM/CP.
四、系统的软件编程
利用SIEMENS STEP 7编程软件对系统编程。首先，用STEP 7软件对系统进行硬件组态，然后再用STEP 7软件编程，允许结构化的程序，也就是说可以将程序分解为单个的自成体系的程序。我们把控制程序分解成若干个部分——控制功能块FC，最后通过系统组织块OB，调用控制功能块FC，来实现整个系统的功能。
热风炉程序
组织块OB
采用这样的结构的优点：
1、对大规模的复杂的程序容易理解。
2、可以对单个程序进行标准化。
3、组织程序简化，便捷。
4、有利于整套控制系统的调试、维护。
五、监控画面的设计
操作系统采用Windows 2000，监控软件采用功能强大的WinCC 6.0软件。用户可在各操作站方便地获得实时过程信息，进行交互操作，作出更快更有效地决策。WinCC 不仅包含大量图形工具，使用户能够快速简单地开发系统，而且提供了工业界最为强大的功能，包括实时过程监控和监督控制，报警和报警管理，历史数据，统计过程控制，基于用户的安全系统，方便的系统扩展，网络等。
以槽下为例： 该站监控系统完成的工作有:通讯配置，过程数据库产生，过程数据库构造，历史数据分配，记录及存储。可制作必要的工艺显示画面、上料系统设备动作画面、配料料单、操作画面、强制画面、历史趋势画面、数据显示画面、棒图显示画面、报警画面及声光报警功能。槽下和炉顶工艺流程尽量显示在一个工艺画面中，同时显示本体主要的控制参数。料单画面可进行装料程序选择及设定、炉料称量值的设定及显示、备料状态和放料状态显示及强制。所有的显示和人机对话都是汉化的。操作人员可在不影响生产的情况下调出本站的数据显示或其它站的数据显示。
登陆画面
槽下上料工艺画面
六、操作方式：
各系统设有两种操作方式：主控室上位机上的CRT操作方式和机旁就地操作方式，两种方式定义：
1. CRT操作方式：此种方式是当操作控制条件和工艺及设备连锁条件成立时；
2. 机旁就地操作方式：此种方式是仅单机设备最基本的安全连锁无其它连锁。
结束语:
光纤以太网作为高炉自控系统的骨干网络使数据传输不受电磁干扰的影响，可靠的实现高速数据传输、高度数据共享。环形的网络结构加强了系统的可靠性。
STEP 7编程软件提供了多种语言适用于多方面、多层次的编程人员，易学、易懂、好用，系统有丰富的功能块用户可直接调用。
该系统采用SIMATIC 300 CUP 和S7-300系列模板，大大降低了投资成本。自投入以来故障率较低，运行稳定、可靠，使高炉迅速达产，稳产。相信SIEMENS S7系列PLC在工控领域会得到更为广泛的使用。
参考文献：
[1] SIMATIC STEP 7可编程控制器用户手册[Z]。SIEMENS公司。
[2] S7-300和S7-400梯形逻辑编程手册[Z]。SIEMENS公司。
[3] S7-300和S7-400语句表编程手册[Z]。SIEMENS公司。
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