PLC在石灰窑监控系统中应用技术

1、PLC 在石灰窑监控系统中地应用0 前言在钢铁公司中 ,石灰窑产出地石灰一般供炼钢和烧结使用.某钢铁公司现有地是机械石灰竖窑,由于机械石灰竖窑采用固体燃料，生产出地石灰活性度低、CaO地含量低、并且附带对炼钢有害地 S、 SiO2 地含量较高 .现代化工业地发展对钢材及质量地要求越来越高,对降低钢中地有害元素及杂质地要求也越来越严格.为了满足市场需求 ，冶炼高洁净钢日益受到各钢铁企业地重视 .针对以上地问题 ，某钢铁公司根据现有地煤气条件新建一座气烧石灰窑，采用先进地机械设备和控制方法，生产出高活性度、高 CaO、低SiO2、低S、低杂质地石灰供给炼 钢和烧结 ，是必要地 ，也是合理可行地 .

2、当前可编程控制器（PLC）是专为工业环境下应用而设计地工业控制计算机，已经成为电气控制系统中应用最为广泛地核心位置 ，它不仅能实现复杂地逻辑控制 ，还能完成各种顺序 或定时地闭环控制功能 ，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、体积小 ，能在恶劣环境下 长时间、不间断运行 ，且编程简单 ，维护方便 ，并配有各类通讯接口与模块处理 ，可方便各级连接1 石灰窑过程监控系统地运行环境根据生产工艺 ，石灰窑生产地过程监控部分采用典型地两级监控方式.上位机以标准地工业控制计算机（IPC）作为主要地人机界面 （Huma n-Machi ne In terface）,为生产治理级，完成对 下位机地监控、生产

3、操作治理等， 主要面向操作人员；下位机由Siemens SIMATIC S7-300 地 PLC 构成，为基础测控级 ，完成生产现场地数据采集及过程控制 等 ， 面向生产过程 . 工控组态软件 Wincc（Windows Control Center） 是一个集成地人机界面（HMI ）和监控治理系统 ，它是 Sie-mens 公司在过程自动化领域中地先进技术和微软公司强 大软件功能相结合地产物 ，是世界上第一个集成地人机界面（ HMI ）软件系统 .它真实地将工 厂控制软件集成到自动化过程中.本文介绍地过程监控系统共需要处理130 个数字量输入点、54 个数字量输出点、 37 个模拟量输入点和

4、 8个模拟量输出点 ，下面就该系统地控制要求作简 要概述：（ 1）在生产过程中 ，存在大量地物理量 ，如压力、 温度、 流量等模拟量参数 .需要通过 PLC 对这些参数进行实时采集和处理 .（ 2）石灰生产过程自动控制 ，即实现整个上料和出料过程地全自动控制，进行故障诊断 ，并在监控画面上显示上料批次以及出料时间 .（ 3）煤气加压站和空气加压站地控制， 煤气流量、煤气压力、空气流量和空气压力采用手操器控制 ，确保煤气和空气以一定地比例混合，使得窑内地气体燃烧地更充分，并对其故障实现实时报警和连锁停机控制根据以上地控制要求，下面我们将详述为满足石灰窑过程监控系统所需要地硬件和软件 组态.2硬件

5、组态为了满足上面提到地石灰窑过程监控系统地控制要求，在本文中我们采用西门子公司地S7-300可编程控制器，S7-300采用模块化设计，在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、通信处理器 CP等模块，并且可以通过接口模块实现多个机架地扩展工作方式根据要求本系统所选用地硬件如下所示：(1) 研华地工业控制计算机(IPC)，操作系统为 Windows 2000 Professional，采用Pentium W处理器，2.66GHz主频,256M内存,40G硬盘。(2) Siemens SIMATIC PLC S7-300,CPU 314。(3) Siemens SIMATIC 8*12bit

6、地模拟量输入模块 5块；(4) Siemens SIMATIC 4*12bit地模拟量输出模块 2块；(5) Siemens SIMATIC 32bit地数字量输入模块 10块；(6) Siemens SIMATIC 32bit地数字量输出模块 1块,16bit地数字量输出模块 1块；组态地主要工作是完成硬件型号参数设置、通讯模式选择、设定总线地址、传输方式、数据通讯方式等.使用西门子PLC专用编程软件STEP 7进行组态具体地组态过程是这样地： 打开SIMA TIC Manager,进入STEP 7,创建一个 STEP 7工程，新建S7-300工作站选中某个站 地Hardware并双击，打开

7、硬件组态程序 HW con fig,根据上面所选地硬件进行组态，基于硬件地组态图如图1所示.在这里要注重，由于S7- 300采用地是固定槽编址，如电源模块PS 307 10A 放在表中地一号槽位上,CPU插入二号槽位，三号槽位为接口模块保留，本系统中用地接口模 块是IM365,从四号槽位开始可以插入最多八个信号模块(SM)、通讯处理器(CP)或功能模块(FM ),每个模块地地址在组态硬件下面地模块信息窗口中显陽；* J iii fn r-iMli, 1 i.LCl. I| ： J*吳Wi1 4d Xi TK 询L护得-啊率FamnIwrr K-TT3Y.ri*1 *ETCE；iJLMidL：址

8、曲4 IIftKMilJL :fT|1 F科匕5博I图1. PLC地硬件组态图3软件组态在本系统中,上位机用 SIMATIC WinCC V5.0 组态软件,下位机用 SIMATIC STEP 7 V5.1编程实现下面将分两部分具体介绍软件组态3.1人机界面（HMI ）组态在上位机上用WinCC软件设计了标准地人机界面，主要包括以下几个方面地内容：（1）工艺流程图：如图2所示,在该画面中通过编程实现动态模拟显示整个石灰窑地现场上料和出料过程，并且在窑体上实时显示了各燃烧带地温度，以便于操作者能及时准确地把握窑内地燃烧情况能够对现场设备地故障进行实时诊断（2） 手操器地操作与对现场仪表地监控：手

9、操器有手动和自动两种工作方式，在设备安装调试阶段一般用手动操作方式，进入正常运作时常用自动方式，以实现对一些重要地模拟量数据地精确控制，自动调节程序由PID闭环控制回路完成（3）报警记录：对于如煤气流量、压力等一些重要地模拟量输入参数进行实时报警当处于监控下地任何一个变量超出预先设定地安全值时，报警灯就会立即闪烁，同时会自动弹出一个报警对话框，在该对话框中操作者可以检查报警超出地范围以及错误地出处，并对此采取相应地措施，操作员还可以检查过去地过（4）历史趋势：在此画面中除了实时显示变量地变化趋势程数据记录，通过对过去历史趋势地比较进而可以对变量未来地发展趋势做进一步地猜in mJ.” TTh.

10、 ：bt 11%匕* % W* % E测图2.石灰窑监控系统地工艺主画面下面就Wince地开发过程中地编程技巧作简要概述，由于Wince提供嵌入式C语言编程，用户可以编程实现非凡地功能.比如在 Wincc 系统组态编程中 ,Tag 是核心概念 ,我们把它理解为一个外部数据，可以和下位机地一个内存地址单元同步更新，称为过程 Tag;也可以作为Wince系统组态编程地一个全局变量，称为内部Tag (Internal Tag).因此，上位机和下位机地数据通讯是通过过程 Tag实现地,而不同版本地 Wince软件提供地过程 Tag地最大数量有限， 在这里过程 Tag 地数量越多当然价格就越高，考虑实际

11、系统地性价比 ，我们需要在现有地版本基础上扩展Tag地数量.当需要地工艺参数超过Wincc版本限制地Tag数目，可以用嵌入式 C语言编程实现多个工艺参数打包成一个Tag 传送.举个例子说明一下是如何实现这个过程地，例如，下位机PLC从现场采集到地三个温度参数TC-001、TC-002和TC-003,都是16位整数，分别存放在 DB1.DW10、DB1.DW12、DB1.DW14,在 Wince中定义一个过程Tag,命名为PackageTag类型为 32位整数地址为 DB1.DBD10,再定义三个内部 Tag，名称同上，在 Global Script 中 C 语言编程如下：Unionlong D

12、word 。int Word3 。Union 。Union.Dword=GetTagDWord(“PackageTag”)。SetTagWord(“TC-001”，Union.Word0)。SetTagWord(“TC-002”，Union.Word1)。 SetTagWord(“TC-003”，Union.Word2)。这样三个参数就可以通过一个过程Tag传送上来了 .理论上,只要下位机地内存足够，可以传送任意数量地参数而不受 Wincc 版本地限制 .3.2 PLC 编程系统控制软件由主程序和多个子程序模块组成地，它是以 Siemens SIMATIC S7 STEP7V5.0编程软件为开

13、发环境,STEP 7 一般有三种编程方式，即LAD、STL和FBD,本文中采用地 是梯形图方式编程 .本系统中现场设备都有两种工作方式 ，即手动和自动方式 .下面用 STEP 7 实现整个上料系统地自动控制，图 3 为上料部分在自动工作方式下地主流程图 .PLC 地一个显著特点就是进行逻辑控制，可以把这种控制有效地应用在处理模拟量数据中 ，如模拟量数据地采集与变送.对于象温度、压力、流量等这样地模拟量输入输出参数必须实时在线采集和测量 ，检测部分由一次仪表构成，即测量温度地热电偶或热电阻，测量流量地孔板 ，测量压力地电动差压变送器或压力变送器等.信号处理部分包括变送器、转换器、变换器等 ，作用

14、是将传感器地输出信号进行放大、线性化、转换等处理后，变换成标准信号输出给PLC， 在 本 文 中 经 过 变 送 器 转 换 地 信 号 为 4 20mA 地 标 准 地 电 流 信 号 输出.图3.石灰窑自动上料部分地主流程图4通讯方式为了满足在单元层和现场层地不同要求SIEMENS提供了下列网络： MPI方式,MPI网络可用于单元层，它是SIMATIC S7,M7和C7地多点接口 ,MPI从根本上是一个 PG接口 ,它 被设计用来连接 PG和0P (人机接口) 工业以太网(Industrial Ethernet)是一个用于工 厂治理和单元层地通讯系统，被设计为对时间要求不严格用于传输大量数据地通讯系统，可以通过网关设备来连接远程网络工业现场总线(PROFIBUS )是用于单元层和现场层地通讯系统，主要有用于对时间要求严格地PROFIBUS DP,用于智能主机和现场设备间地循环地数据交换点到点连接(Point-to-point connections)最初用于对时间要求不严格地数据交换 , 可以连接两个站或连接下列设备到PLC,如0P,打印机，条码扫描器等根据本系统地特点，我们选用MPI通讯方式,MPI连接地优点是 CPU可以同时与多个设备建立通讯联系，即编程器、HMI设备和其他地 PLC可以连接在一起并同时运行无需另外编写通讯程序，MPI接口