毕业设计（论文）-电弧炉碳仓控制系统设计.doc

南京 工 学 院毕业设计(论文)说明书作 者： 学 号： 10212133 系 ： 电子信息工程系 专 业： 电气工程及其自动化 题 目： 电弧炉碳仓控制系统设计 下位机部分指导者： 刘斌（副教授）、蔡冬林（高工） (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2006 年 6 月 南京 2002级 本科毕业设计论文 第 66 页 共 59 页毕业设计（论文）中文摘要我国是钢铁生产大国，电弧炉冶炼是当今世界钢铁行业的主流。电弧炉冶炼时，碳氧枪的控制非常关键。本课题以淮钢集团电弧炉碳仓为研究对象提出并设计了电弧炉碳仓plc控制系统，系统采用西门子s7-300plc，使用标准编程软件step 7编程，通过与设计的plc程序配合，实现对碳仓内碳粉的加压、充填及放气阀、两个加碳粉阀和炉壁三支碳枪的载气阀、喷碳阀以及三种碳粉喷入量的控制，满足冶炼过程中电炉造渣的要求。本文内容上首先对电弧炉和pti枪作了概述，其次介绍了西门子s7-300plc和step 7编程软件，最后着重介绍了系统程序部分的设计。编写的程序经过调试后与上位机部分（wincc）相连接可以设计出相应的演示界面和监控界面。 关键词 plc 电弧炉 碳仓 目 录1 绪论11.1 系统设计背景11.2 设计要求与设计思路22 电弧炉与pti枪22.1 电弧炉炼钢工作原理22.2 电弧炉炼钢的发展现状32.3 pti枪系统组成33 可编程控制器（plc）简介73.1 可编程序控制器的概述73.2 plc的工作原理73.3 plc发展现状与趋势 83.4 西门子s7-300plc 83.5 西门子step-7编程软件 104 碳仓系统总体设计要求134.1 设计要求134.2 功能要求155 硬件设计165.1 硬件组态165.2 上载硬件实际组态到编程器166 软件设计196.1 料仓部分的程序设计196.2 运行仓部分的程序设计216.3 三路碳粉分配器部分的程序设计287 程序调试35结论 36致谢 37参考文献 38附录a 碳仓控制系统源程序 391 绪论据统计，目前全世界粗钢产量的30%由电炉生产，我国电炉钢也约占总钢产量的20%左右。电弧炉电气运行是电炉冶炼生产最基本的保障，它关系到冶炼工艺、原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术和经济指标，因此对其进行最佳化的研究意义重大，不但可保障冶炼工艺的顺行和充分发挥设备资源的作用，还能提高生产率，节能降耗。可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。随着微处理器、计算机、网络和数字通信技术的飞速发展，工业生产自动化控制技术已扩展到了几乎所有的工业领域。应用计算机网络技术来解决工业自动化任务已逐渐成为普通的技术。可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，它已经成为当代工业自动化的主要实现工具，无论是国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，普遍把可编程序控制器作为控制系统的核心器件。可编程序控制器在取代传统电气控制方面有着不可比拟的优点，在自动化领域已形成了一种工业控制趋势。电气设备能否方便可靠的实现自动化，很大程度上取决于我们对可编程序控制器的应用水平。可编程序控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的计算机控制系统。它采用可编程序的存储器，能够执行逻辑控制，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作功能，并通过开关量，模拟量的输入和输出完成各种机械或生产过程的控制 。它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力，其硬件需根据实际需要来选配，其软件则需根据控制要求进行设计。 各种氧枪和碳枪的开发和应用是电弧炉炼钢技术进步的重要组成部分。本次设计的课题是：电弧炉碳仓控制系统设计下位机部分，系统采用西门子s7-300 plc编程，实现对电弧炉碳仓的自动控制。1.1 系统设计背景超高功率电弧炉作为电弧炉发展的基本方向，为实现其高产、低耗、优质的目标，就必须具备快速而准确的生产控制，全面而优化的综合管理。电弧炉电气运行是电炉冶炼生产中最基本的保障，它关系到冶炼工艺、原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术经济指标，因此对其进行最佳化的研究意义重大，不但可保障冶炼工艺的顺行、充分有效的利用设备资源，还能提高生产率，节能降耗。各种碳枪和氧枪的开发和应用是电弧炉炼钢技术进步的重要组成部分， 电弧炉冶炼过程中，需要向炉内喷入适量碳粉，造泡沫渣实现埋弧冶炼。此次课题源于淮钢集团电炉厂70t超高功率电弧炉精练炉连铸生产线，针对原控制系统故障率高、维护量大等一系列问题,设计出了利用西门子公司的simatic s7-300控制的碳仓控制系统。1.2 设计要求与设计思路在设计时应该按照要求、安全可靠、经济实用、适应发展等几个原则。根据所学step 7 软件的知识，再结合现有的资料完成课题。1本课题的设计要求 运用西门子s7-300 plc软件编写程序实现对碳仓内碳粉的加压、充填及放气阀、两个加碳粉阀和炉壁三支碳枪的载气阀、喷碳阀以及三种碳粉喷入量的控制，使其满足冶炼过程中电炉造渣的要求。 2设计思路 凭借工控实验室西门子s7-300 plc软件编程与现有实验台相结合进行研究、调试。 分三个阶段步骤： 第一阶段：大体写出总的模块设计方案。 第二阶段：编写各模块程序，并对各模块程序进行调试、矫正。 第二阶段：把各模块程序连接起来进行总体研究调试、矫正。2 电弧炉与pti枪2.1 电弧炉炼钢工作原理交流电弧炉炼钢采用三相电极与待冶炼炉废料(废钢铁)间引起电弧产生的热能熔化废钢铁，通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。控制电极升降实现控制电极与炉料的电弧距离，就控制了电弧产生电流的大小，达到控制冶炼功率的目的。2.2 电弧炉炼钢的发展现状 在过去的20年中,我国电炉炼钢得以迅速增长，至2000年底已有19座70t超高功率电弧炉投入运行。电炉钢的迅速增长已成了第二位的炼钢方法。在工业发达国家大部分电弧炉钢是一般钢种，电弧炉炼钢已成为重要的常规生产技术，而不仅仅是生产特殊钢、合金钢的特殊生产技术。这项技术之所以能迅速发展得宜于以下几个主要条件： (1) 冶炼周期缩短为60100min。 (2) 电能充足、电价稳定，吨钢电耗不大于375kwh。 (3) 电炉趋向大型化,超高功率化,与炉外精炼配合,冶炼工艺强化,生产率大大提高。 (4) 钢液温度和成分容易控制，品种适应性广。在过去20年中，电弧炉炼钢的用氧技术取得了瞩目的发展。氧气的利用已由最初的脱碳反应跃居为电弧炉的第二热源，部分取代了相对昂贵的电源。现代电弧炉炼钢的供氧量为2040m3/t，甚至更高。其向熔池提供的化学能占总输入能量30%40%。先进的电弧炉广泛采用强化供氧和泡沫渣冶炼、废钢预热等技术，因而电弧炉的冶炼时间大大缩短，即使100t以上的大型电炉，全炉的冶炼时间也只有6070min，吨钢电耗不大于375kwh，吨钢电极消耗不大于1.5kg。世界各国的电炉大都向50150t的大中型超高功率发展，200t以上的特大型电炉为数不多，这主要是受到电极质量的限制。30t以下的小型电炉一般也都不建设，主要与其技术经济效果差，同时又不利于与炉外精炼匹配有关。从日、美、德等工业发达国家看，使用比较广泛，技术经济效果较为突出的是50100t的超高功率电炉。特别是100t左右的超高功率电炉与连铸机配合实现多炉连浇更为有效。19981999年，国内电弧炉炼钢生产率超过50万t/a的仅有上海宝钢、天津钢管公司和江苏沙钢(90t炉)三座，大多数50t以下的电弧炉年生产率仅为1020万t级以下。应该说我国近年来在电炉大型化、装备现代化上花了很多钱，但是在生产率提高方面效果尚有较大差距。2.3 pti枪系统组成2.3.1 工艺设备系统构成 pti枪俗名双氧枪，pti枪设备系统由氧气阀架、碳仓系统、水冷枪座及枪头、砟自动控制系统（s7-400plc系统）、人机对话系统（hmi）画面系统、s5 plc系统等部分组成。其系统结构框图如下： 图2.1 工艺系统简图氧气通过氧气阀架控制输送到炉壁氧枪，通过超音速氧枪把氧气射入炉内。碳粉通过三路碳粉分配器及喷吹控制系统输送到炉壁碳枪，射入炉内。2.3.2 氧气/燃气（预留）阀站功能：阀站分别控制每个jetbox 上的集束氧箱所需的氧气和天然气。由plc全自动控制，每一路集束氧箱的氧气/天然气流量可独立控制。主要部件：压力调节器、压力表、高压/低压开关、带压差转换器的流量计、电动控制阀、电磁阀、自动切断阀门、双重切断阀、泄压管。 图2.2 氧气/燃气阀站2.3.3 多功能燃氧喷枪功能：3个安装于jetbox 内，在多个位置，将氧气高效的喷入电炉之中。多功能喷枪具有废钢预热，切割熔化，二次燃烧和升温脱碳的多种功能。主要结构特征：氧枪由拉瓦尔烧嘴、枪套两部分组成。每个喷射氧枪枪体材质为钢，枪套为纯铜。有氧气和燃气两个入口。集束氧枪内超音速氧流通道和环流氧气通道，枪体的专利设计使氧气从一个入口进入后自动分成超音速氧流和环绕氧流。枪体有内置冷却水管道。每套jetbox 系统中安装有一支超音速氧枪，其在超音速吹氧状态下，额定能力为25nm3/每分钟。喷嘴在每次装料后的前23分钟内喷入天然气与氧气，氧气/燃气比例为2:1，用于废钢预热。等到废钢变热，此时减少天然气的用量，氧气与天然气比达到40:1。 图2.3 多功能燃氧喷枪2.3.4 三路碳粉分配器及喷吹控制系统根据用户提供的碳粉输送界面，pti负责实现电炉熔池圆周多点喷碳。系统采用脉冲式蝶阀流量控制装置，按照电能输入量和电炉冶炼的要求，实时控制碳粉喷入速度。 图2.4 三路碳粉分配器 分配器总顶部有一个法兰和喷碳罐下部出口处的关闭阀相连接，碳粉从主体管下来后被成三路，分别被喷到三个地方，每个喷碳管路有一个手动压力调节器、压缩空气电磁阀、压力表、止回阀、滤网、助吹器、带执行器和电磁阀的蝶阀。该系统由plc控制，与碳粉准备单元的工作状况相连锁，通过碳粉分配器将碳粉分成两路输往安装在箱体内的碳粉喷嘴。计算机负责实时喷碳流量的检测和控制，确保炉内形成良好的泡沫渣操作。2.3.5 水冷箱及碳氧复合枪用于固定和保护集束氧枪，上有氧枪孔和三个碳枪孔，可通过此箱体将氧枪和碳枪以最好的组合安装于最合适的位置上，可以使嵌入在箱体中的喷碳管和超音速氧枪更靠近炉中心以及熔池。图2.5 水冷箱及复合枪示意3 可编程控制器（plc）简介3.1 可编程序控制器的概述可编程序控制器(programmable controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程序控制器称作可编程逻辑控制器(programmable logic controller)，简称plc，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程序控制器，简称pc。但是为了避免与个人计算机(personal computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称plc, tel 9l 7 ua1987年，国际电工委员会(iec)颁布了新的plc标准及其标准定义:可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。3.2 plc的工作原理plc的工作过程一般可分为三个主要阶段：输入采样阶段,程序执行阶段和输出刷新阶段：输出装置现场输入输入映像区 执 行用 户程 序输出映像区输出模板输入模板 输入采样阶段 程序执行阶段 输出刷新阶段 图3.1 plc工作过程示意图plc重复执行上述三个阶段,每重复一次的时间称为一个扫描周期。plc在一个工作周期中,输入采样和输出刷新的时间一般为毫秒级,而程序执行时间因程序的长度不同而不同。plc一个扫描周期因cpu模板的运算速度差别很大。3.3 plc发展现状与趋势众所周知，plc（可编程序控制器）是为自动化服务的，自动化的要求和发展导致了plc的产生和发展。因此自动化的现状和发展方向就是plc的现状和发展方向。现代可编程序控制器不仅能实现对数字量的逻辑控制，还具有数字运算、数据处理、运动控制、模拟量pid控制、通信联网等功能。在发达的工业化国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业部门、公用事业、测试设备和农业等领域。可编程序控制器的推广应用在我国得到了迅猛的发展，它已经大量地应用在各种新设备中，各行各业也涌现出大批应用可编程序控制改造设备的成果。近年,工业计算机技术（ipc）和现场总线技术（fcs）发展迅速，挤占了一部分plc市场，plc增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。目前，国外plc制造商不断推出新产品。大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。当前，在所有过程控制领域，最大的发展趋势之一就是internet技术的扩展。plc也不例外，现在，越来越多的plc供应商开始提供internet接口部件。在最近的几年间，我们已经看到，目前，国外plc制造商不断推出新产品。大趋势是功能越来越多、集成度越来越高、体积越来越小、网络功能越来越强。3.4 西门子s7-300 plcsimatic s7-300是一种通用型的plc，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得s7-300在生产制造工程、汽车工业、通用机械制造、专用机械制造、各种类型的专用机床、塑料加工、包装工业、食品和饮料工业、工艺过程中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。 s7-300具有循环周期短、处理速度高、指令集功能强大，可用于复杂功能，产品设计紧凑可用于空间有限的场合，模块化设计适合密集安装，有不同档次的cpu，各种各样的功能，模块和i/o模块可供选择，无需电池备份免维修，可在恶劣条件下露天使用的模块类型（siplus）等显著特点。s7-300由多种模块部件所组成，各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。它的主要组成部分有导轨 （rack）、电源模块（ps）、中央处理单元（cpu）模块、接口模块（im）、信号模块（sm）、功能模块（fm）等。通过mpi网络的接口直接与编程器pg、操作员面板op和其它s7系列plc相连 。各模块安装在din标准导轨上，并用螺丝固定。这种结构形式既可靠，又能满足电磁兼容要求。背板总线集成在各个模块上，通过将总线连接器插在模块的背后，使背板总线连成一体。在一个机架上最多可并排安装8个模块（不包括cpu模块和电源模块）。s7-300有各种不同性能档次的cpu模块可供使用。标准cpu提供范围广泛的基本功能，如指令执行、i/o读写、通过mpi和pc模块的通讯，紧凑型cpu本机集成i/o，并带有高速计数、频率测量、定位和pid调节等技术功能。部分cpu还集成了点到点或profibus通讯接口。s7-300的指令集包含350多条指令，还包括了位指令、定时指令、计数指令、整数和浮点数的运算指令等。cpu的集成系统功能提供了例如中断处理和诊断信息等这样一类系统功能，由于它们是集成在cpu的操作系统中，因此也节省了很多ram空间。s7-300的模板之间用u型连接器连接,可利用mpi,profibus和工业以太网组成网络,使用s7组态工具可以对硬件进行组态和设置,cpu的智能化诊断系统可连续监控系统功能并记录错误和特定的系统事件,多级口令保护可使用户有效保护其专用技术,防止未经允许的拷贝和修改。s7-300plc构成框图如下： 图3.2 s7-300plc构成框图3.5 西门子step-7编程软件step7是用于simatic plc组态和编程的软件包，它功能强大、能适用于各种自动化项目。使用 step7软件可对s7-300进行编程，而且能简单方便地将s7-300全部功能加以利用。step7包含了自动化项目中从项目的启动、实施到测试以及服务等每一阶段所需的全部功能。step7主要包括以下组件： （1）simatic管理器，用于集中管理所有工具以及自动化项目数据（2）编程编辑器，用于以lad、fbd和stl语言生成用户程序（3）符号编程器，用于管理全局变量（4）硬件组态，用于组态和参数化硬件（5）硬件诊断，用于诊断自动化系统的状态（6）netpro，用于组态mpi和profibus等网络连接s7系列plc的编程语言非常丰富，有lad（梯形图）、stl（语句表）、scl（标准控制语言）、graph（顺序控制）、higraph（状态图）、cfc（连续功能图）、c for s7（c语言）等，用户可以选择一种语言，如果需要，也可混合几种语言编程。这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的编程工作大大简化，对用户来说，开发、输入、调试和修改极为方便。利用step 7编制一个简单的plc程序的步骤如下：首先在桌面开始程序中打开编程软件simatic manager， 出现如下界面：点击下一步按钮，进入如下界面：选择cpu313，点击 ，建立一个新的工程选择simatic 300 station，鼠标左键双击hardware标志，根据plc实际状况对硬件进行配置。硬件配置完之后，按编译保存按钮对硬件编译保存，或者按下载按钮直接把硬件下载到s7-300 plc中，完毕后关闭硬件配置窗口。选择blocks标志，鼠标左键双击ob1，可以打开编程窗口。根据要求输入梯形图或语句表，两者可以互相转换。利用常开触点、常闭触点和输出点可以构成程序的梯形图。如：输入如下一段梯形图程序转换成语句表如下：程序编制完之后，按保存按钮对程序保存，按下载按钮把程序下载到西门子plc中。在硬件与程序下载完后，再选择simatic 300 station进行整体下载。这样一个工程就做好了，然后在数字量给定板按对应的按钮，看数字量显示板上对应的指示灯是否有显示。4 碳仓系统设计功能要求4.1 设计要求 运用西门子s7-300 plc软件编写程序实现对碳仓内碳粉的加压、充填及放气阀、两个加碳粉阀和炉壁三支碳枪的载气阀、喷碳阀以及三种碳粉喷入量的控制，使其满足冶炼过程中电炉造渣的要求。系统启动后，风扇过滤器启动，此时压力阀关闭，通风阀打开，碳料通过风扇过滤器进入料仓。接到碳粉填充指令后，料仓吹气阀打开，2阀延迟打开，2阀打开后1阀延迟打开并定时，时间到后1阀延迟关闭，1阀关闭后2阀再延迟关闭，这样就完成了一个碳粉填充过程，如果要循环填充，按2阀循环执行按钮即可。碳粉进入运行仓时要求通风阀关闭，同时要求压力仓关闭，运行仓有最大量和最小量的设置。碳料进入运行仓后，2阀关闭，压力阀打开，并定时，时间到后关闭压力阀，当接到喷碳指令时，运行仓吹气阀打开，载气延迟打开，载气打开后喷碳阀延迟打开并定时，时间到后关闭喷碳阀，这样一个完整的喷碳过程就结束了。根据喷碳要求选择高、中、低三支喷枪，三支喷枪可同时喷射，高、中、低三支喷枪实际上是由设定的喷碳时间来决定的。 步骤流程图如下： 图4.1 碳仓的sfc图4.2 功能要求碳仓的设备示意图如图所示： 图4.2 碳仓的设备示意图碳仓系统由风扇过滤器、料仓、运行仓、压力阀、填充碳粉用的阀1和阀2、通风阀、两个吹气阀、三个载气阀以及三个喷碳阀等构成。各部件功能如下：风扇过滤器：开动风扇过滤器使碳粉进入料仓并且对碳粉进行过滤。料仓：储存碳粉以备随时装填碳粉。压力阀：对运行仓加压使其和外界形成一定压力差。阀1和阀2：控制向运行仓填充碳粉的时间和碳粉的量。通风阀：填充碳粉时需要对运行仓减压以利于料仓碳粉下落。吹气阀：吹气使碳粉更容易下落。载气阀：使管道内形成一定方向的气流，帮助碳粉喷出。喷碳阀：控制碳粉喷射。5 硬件组态和参数分配5.1 硬件组态 硬件组态 出厂的模块带有预置参数或模块，如果这些的缺省设置正常，就不需要硬件组态。下面的情况需要硬件组态： 如果要改变预置参数或模块地址 如果要组态通讯连接 把分布式外设连接到主站（profibusdp） 带有几个cpu或扩展机架的s7-300站 使用容错可编程控制器（可选包） 设定组态 当打开组态系统时，就建立了一个设定组态。它包括带有需要模块和相关参数的硬件站。根据设定组态plc系统被装配起来，在调试的时候，把设定的组态下载到cpu中。 实际组态 1、在装配起来的系统中，可以从cpu中读出实际的组态和参数。如果在编程器上项目结构不存在，就需要在项目下建立一个新站。实际组态读出后，可以检查设定的参数，然后存放到项目中。 2、当设定的组态和实际的组态不太相同时，就中断cpu的启动，调用硬件组态工具，必须在simatic管理器下存在硬件站。 3、本设计的组态为：ps 307 10a电源一块，处理器cpu315-2dp。接口模块为：数字输入模块32点8块，数字输出模块32点8块，模拟量输入点16点13位两块。 启动硬件组态 启动硬件工具：在simatic管理器下选择硬件站，并选择菜单edit-open object或双击硬件对象图标。5.2 上载硬件实际组态到编程器 介绍 在下面的情况下需要组态： 如果需要修改模块的基本地址。 带分布式i/o的站。 对带有几个cpu或扩展机架的s7-300。 可以从cpu读出实际的组态，查看实际系统的参数设置。 实际组态 在启动过程中，cpu产生一个实际组态，也就是说，保存模块的设置和根据固定算法分配的地址。如果不分配参数，就使用出厂的缺省参数。 系统把该实际的组态存放在系统数据块中。 上载到pg 有两个方法把实际的组态上载到编程器pg：1 在simatic管理器中通过选择菜单 plc-upload station2 在硬件组态工具中通过选择菜单 plc-upload 或单击图标保存在pg上 从硬件读出的实际组态插入到所选择的一个新站中本设计的地址分配表如下：i4.4喷枪停止i9.23阀关i4.5喷枪紧急停止i9.34阀开i6.6风扇过滤器注入mcc就绪i9.44阀关i6.7风扇过滤器注入确认i9.5碳粉注入1线最小压力i7.0料仓一般最小量i9.6碳粉注入1线最大压力i7.1料仓最小量i10.06阀开i7.2料仓最大量i10.16阀关i7.3料仓1阀开i10.2喷枪暂停i7.4料仓1阀关i10.3运行中的喷枪i7.5运行仓最小量i10.4正在喷碳的喷枪i7.6运行仓最大量i29.0风扇过滤器手动启停i7.7运行仓2阀开i29.11线自动运行i8.0运行仓2阀关i29.2手动装填碳粉启停i8.1通风阀开i29.32线手动运行启停i8.2通风阀关i29.41线手动运行启停i8.5进气口最小压力i29.5碳注入1线启停i8.7碳粉注入2线最小压力i29.62线手动运行启停i9.0碳粉注入2线最大压力i29.7碳注入2线启停i9.13阀开i30.03线手动运行启停q10.7料仓吹气阀q27.5手动停止时的喷枪q11.0料仓1阀开q29.03线载气自动运行q11.1运行仓2阀开q29.11线载气自动运行q11.2运行仓通风阀q29.2运行仓2阀循环执行q11.3运行仓压力阀q29.32线载气自动运行q11.4运行仓吹气阀q29.41线载气手动运行q12.02线载气运行q29.51线碳粉注入q12.13阀打开2线运行q29.62线载气手动运行q12.21线载气运行q29.72线碳粉注入q12.34阀打开1线运行q30.13线载气自动运行q12.43线载气运行q30.23线载气手动运行q27.4手动运行时的喷枪q30.05阀开3线运行t79碳粉填充后2阀延迟关t93碳粉注入后2线延迟关闭t812阀延迟打开t94碳粉注入后1线延迟关闭t822阀延迟关闭t2082线载气通后碳粉延迟注入t831阀延迟打开t2103阀打开延迟t841阀延迟关闭t2114阀打开延迟t85重装碳粉后2阀延迟打开t2134阀关闭延迟t862阀打开后1阀延迟打开t216风扇过滤器运行确认t87装填碳粉循环t2175阀打开延迟t881线载气通后碳粉延迟注入t2185阀关闭延迟t893阀延迟关闭t2563线喷碳后载气延迟关闭t91通风阀延迟打开t264碳粉注入3线延迟t92通风阀延迟关闭m134.0停止辅助指令工作时的喷枪m247.32线载气自动辅助指令m243.0风扇过滤器手动启停m247.51线载气手动辅助系统m243.2风扇过滤器手动辅助指令m247.61线载气手动辅助指令m244.4喷枪自动提取辅助操作系统m248.1运行中的喷枪m244.5喷枪自动提取辅助指令m250.1重新装填碳粉m245.13线接到指令m250.22阀手动循环辅助操作系统m245.3碳粉注入3线辅助指令m250.32阀循环辅助指令m246.02线接到指令m250.52线载气手动辅助系统m246.1碳粉注入2线辅助操作系统m250.62线载气自动辅助指令m246.2碳粉注入2线辅助指令m250.73线载气手动辅助指令m246.31线接到指令m251.61线载气自动辅助系统m246.4碳粉注入1线辅助操作系统m251.71线载气自动辅助指令m246.5碳粉注入1线辅助指令m260.63线载气手动辅助指令m247.0风扇过滤器自动辅助指令m290.13线载气自动辅助指令m247.22线载气自动辅助操作系统6 软件设计6.1 料仓部分的程序设计6.1.1 风扇过滤器的控制启动碳仓系统后，第一步就是启动风扇过滤器，工业控制中一般都设有手动控制和自动控制两种方式。风扇过滤器一般情况下是自动控制的，当遇到故障或有手动控制需要时，切换到手动控制。在按下风扇过滤器碳粉注入准备就绪按钮i6.6后，无论是在自控m247.0还是手控m243.2方式下，风扇过滤器都将启动。程序如下：在运行仓2阀执行循环指令时即m250.3闭合情况下，在没有达到运行仓最大量即i7.6闭合和不需要在一定时间内注满运行仓即m250.1闭合情况下，按下喷枪停止按钮时，中间继电器m247.0导通，风扇过滤器进入自动控制状态。程序如下：在需要的情况下，启动手控方式。按下风扇过滤器手动控制按钮i29.0，触发器m243.1置位，当再次按下i29.0后，触发器m243.1复位，风扇停止。程序如下：触发器m243.1置位后，中间继电器m243.2动作，m200.0和m243.2都闭合，风扇过滤器手动启动开始。程序如下：当风扇过滤器手动辅助控制指令系统关闭即m243.2动作时，风扇过滤器手动辅助指令停止，m200.2闭合，与m243.2形成互锁。程序如下：当按下风扇过滤器碳粉注入就绪i6.6后并且在风扇过滤器手动启动后即m200.1闭合后，风扇过滤器手动辅助指令系统启动闭合并且自锁，自控方式与手控方式不能同时运行，所以风扇过滤器手动辅助指令系统m243.2与风扇过滤器自动辅助指令系统m247.0必须形成互锁。程序如下：6.1.2 料仓吹气阀的控制在给运行仓填充碳粉前，料仓的吹气阀q10.7必须先打开吹气，使碳粉松散更容易下落，同时必须与运行仓的吹气阀q11.4形成互锁，防止运行仓气体向上冲。在运行仓2阀执行循环填充碳粉指令时即m250.3闭合时，在运行仓吹气阀q11.4关闭情况下，料仓吹气阀q10.7开启。程序如下：62 运行仓部分的程序设计6.2.1 碳粉填充时运行仓的控制添装碳粉过程有自动控制和手动控制两种方式，在需要手动控制或是自动控制出现故障时，可通过选择手动控制按钮进行手动操作。当按下手动填充按钮i29.2时，因为辅助线圈m250.2和m200.0闭合，所以m250.2置位，此时重新填充运行仓启动，当再次按按钮i29.2时，m250.2复位，运行仓填充碳粉停止，辅助线圈m250.3是运行仓2阀循环辅助指令，在当运行仓2阀循环辅助指令开始时或是按下喷枪停止按钮时，手动辅助重填碳粉指令开，当运行仓2阀循环辅助指令停止时，手动辅助重填碳粉指令关闭，此时手动辅助指令无效。启动运行仓重新装填按钮即i29.2闭合后，触发器m250.2置位，进入下一步操作，当再次按下i29.2后，触发器m250.2复位，碳仓停止装填。程序如下：触发器m250.2.置位后，中间继电器m250.3动作，在m200.0和m250.3都闭合或是在按下喷枪暂停按钮i10.2时，运行仓重新装填手动启动开始。程序如下：当运行仓手动重装碳粉辅助控制指令系统关闭即m250.3动作时，运行仓手动重装碳粉停止，m200.2闭合，与m250.3形成互锁。程序如下：在运行仓重新装填手动启动时m200.1闭合，碳粉进气口没有达到最小压力时和运行仓没有达到最大量时即t108和i7.6没有动作时，按下喷碳阀关闭按钮i9.2和i9.4时，运行仓重新装填手动辅助指令系统运行即m250.3动作。程序如下：6.2.2 2阀的控制执行完碳粉填充指令后即中间继电器m250.3不动作时2阀延迟3秒关闭，t79为，s5脉冲断开延迟型定时器。程序如下：2阀执行碳粉填充循环指令时2阀延迟打开，即m250.3导通后，t85定时器开始定时，t85为s5脉冲接通延迟定时器。程序如下： 当t85定时时间到后，t85接通，当运行仓2阀打开后即i7.7导通后t86导通并定时，时间到后1阀打开。程序如下：2阀执行碳粉填充循环指令延迟打开后t85定时器时间到后，在运行仓没有达到最大量即i7.6闭合，通风阀打开即i8.1闭合，喷碳阀关闭即i9.4闭合，喷枪停止即i4.5闭合，在运行仓内没有达到最小压力时即t108闭合时，2阀开启，并且自锁。程序如下：当2阀线圈q11.1闭合，运行仓2阀打开按钮i7.7按下时，定时器t81开始定时，2阀延迟50秒打开。程序如下：当2阀线圈q11.1打开，运行仓2阀关闭按钮按下时，定时器t82开始定时，2阀延迟50秒关闭。程序如下：6.2.3 1阀的控制当2阀执行碳粉填充循环指令时2阀延迟打开后即t86闭合，运行仓2阀打开按钮i7.7按下，喷枪急停按钮按下i4.5闭合，碳粉进气口没有达到最小压力时即t108不动作时，1阀q11.1打开。程序如下：当1阀线圈q11.0闭合，运行仓1阀打开按钮i7.3按下时，定时器t83开始定时，1阀延迟50秒打开，t83为s5t脉冲型接通延迟型定时器。程序如下：当1阀线圈q11.0打开，运行仓1阀关闭按钮i7.4按下时，定时器t84开始定时，1阀延迟50秒关闭，t84为s5t脉冲型断开延迟型定时器。程序如下：6.2.4 压力阀的控制在电炉现场，碳仓的运行仓部分有一个动态压力显示器，它是通过模数转换功能块来实现的，下图是一个型号为ai-460/3的模数转换器，左端模拟量pw138输入，右端数字量dw70输出。 碳粉进入运行仓后，2阀延迟关闭，运行仓通风阀关闭，与运行仓相连的喷碳通道中喷碳阀和吹气阀全部关闭，然后压力阀打开并定时，时间到后压力阀关闭。实际生产当中压力阀是与压力显示表相连的，压力的大小是动态的，可以随时自动进行调整。压力阀的开关与2阀以及通风阀的开关紧密相关只有当2阀q8.0和通气阀q11.2全都关闭时才有可能打开，此外为安全起见，碳仓加压时碳枪必须停止喷碳i4.5。程序如下：6.2.5 通风阀的控制当通风阀线圈q11.2打开，通风阀打开按钮i8.1按下时，定时器t91开始定时，通风阀t91延迟30秒打开。程序如下：当通风阀线圈q11.2关闭，通风阀关闭按钮i8.2按下时，定时器t92开始定时，通风阀t92延迟30秒打开。程序如下：在运行仓吹气阀即q11.4关闭，运行仓2阀执行循环填充碳粉指令即m250.3闭合，运行仓没有达到最大量，没有要求在一定时间内碳粉注满运行仓即m250.1不动作时，按下喷枪急停按钮i4.5闭合时，通风阀q11.2打开。程序如下：6.2.6 运行仓吹气阀的控制在碳仓进气口压力不是最小时即t108不动作情况下，当三条喷碳线路中有一条线路的喷碳阀打开按钮按下和喷碳阀关闭按钮按下时，运行仓内压力达到最大时即i8.4接通时，运行仓吹气阀q11.1打开。程序如下：6.3 三炉碳粉分配器部分的程序设计6.3.1 载气的控制载气的运行也分为手控和自控两种方式，1线载气自动运行时即m251.7接通时，1线载气自动运行q29.1接通。1线载气手动运行控制时时，1线载气手动运行q29.4接通。程序如下：按下1线载气启/停按钮i29.4时，m247.5置位，再次按下1线载气启/停按钮i29.4时，m247.5复位，程序如下：1线载气启/停按钮i29.4后m247.5复位，此时m200.0和m247.6都闭合，这时1线载气辅助指令开即继电器m200.1接通，当m247.6不动作时，1线载气辅助指令关即继电器m200.2接通，并与m247.6形成互锁。程序如下： 在1线载气辅助指令开后即m200.1闭合，1线载气辅助关闭指令没执行时即m200.2没有动作和1线载气没有执行自动运行时即m251.7没有动作时，1线载气辅助指令控制系统打开即m247.6闭合，并形成自锁。程序如下：当1线载气手动运行时即m247.6接通时或1线载气自动运行时即m251.7接通时，载气阀q12.2打开并且自锁。此外为保证管道通畅，载气需在喷碳后延迟关闭。当1线喷碳阀打开即q12.2闭合时，接通延迟定时器t88开始记数定时，1线载气延迟7秒钟后打开。程序如下：碳粉注入1线即m246.5闭合情况下，延迟定时器t94开始定时，30秒后，1线载气关闭。程序如下：2线、3线的载气控制原理与1线相同，详细程序见附录a。 6.3.2 喷碳阀的控制 喷碳阀是控制碳枪喷碳的阀门，在喷碳前，载气和运行仓吹气阀必须先打开，然后喷碳阀再延迟打开并定时，时间到后再延迟关闭。当1线接到碳粉注入指令时即中间继电器m246.5闭合时，1线喷碳阀即4号阀门q12.3打开，1线开始喷碳，程序如下：当4阀q12.3接到打开指令后并且在4阀打开按钮i9.3保持接通时，4号阀延迟30秒打开，定时器t211开始记数定时。相同原理，当4阀q12.3接到关闭指令后并且在4阀关闭按钮i9.3保持接通时，4号阀延迟30秒断开，定时器t211开始记数定时，程序如下：当 1阀i7.1关闭，2阀i8.0关闭，通风阀i8.2关闭，运行仓内没有达到最小压力即t108和m 64.6都不动作，运行仓内没有达到最大压力即t111不动作时，在1线载气运行一段时间后即t88定时时间到后，中间继电器m246.3导通，相当于1线接到喷碳指令。程序如下：当1线接到喷射指令时，m246.3接通，按下1线碳枪喷射按钮i29.5后，m246.4置位，当1线手动辅助运行m247.6闭合时或1线自动运行m251.7闭合时，m246.5导通，此时1线的4号喷碳阀打开。程序如下：在1线接到喷碳指令即m246.3闭合且1线手动辅助运行m247.6闭合时或1线自动运行m251.7闭合时，或是4阀q12.3打开时，碳粉注入1线q29.5闭合，程序如下： 按下1线碳枪喷射按钮i29.1后，m251.6置位，1线进入自控方式，再次按下1线碳枪喷射按钮i29.1后，m251.6复位，1线放弃自控方式。按下1线碳枪喷射按钮 m251.6置位，或是喷枪正在运行中时，1线自动辅助指令开即m200.1闭合 。当控制系统m251.7闭合时1线自动辅助指令停止， 程序如下：1线自动运行时，1阀i7.4、2阀i8.0和通风阀i