毕业设计（论文）-西门子PLC在高炉上料的应用.doc

连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩连云港职业技术学院毕毕业业论论文文题目：西门子PLC在高炉上料的应用作者：蒋飞学号：33院、系：机电一体化专业班级：机电102指导教师：周文斌陈怡.2013年5月25日连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩目录中文摘要、关键词.I英文摘要、关键词.II第1章引言.11.1课题研究的背景.11.2高炉上料国内外发展状况.11.2.1高炉介绍.11.2.2上料系统介绍.21.3课题研究的主要内容.5第2章高炉上料自动监控系统的硬件设计.72.1控制方案的选择.72.2.1PLC控制器选型及硬件配置.72.2.2IO点分配.82.2.3料车上料系统.92.2.4高炉料钟装料系统.102.2.5步进电机的选择.112.2.6探尺系统.132.2.7系统的总体结构图.14第3章高炉上料自动监控系统的程序设计.163.1高炉上料自动监控系统的流程图设计.16连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩3.2高炉上料自动监控系统的梯形图设计.17第4章高炉上料自动控制系统的仿真.224.1生成ASCII文本文件.234.2仿真软件配置设置.234.3下载程序并仿真.24结论.27致谢.28参考文献.29连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩I西门子PLC高炉上料上的应用职业技术学院应用电子技术教育专业指导教师作者摘要：高炉是炼铁或者炼钢生产的核心设备，是一种规模大、要素多、要求严格的冶炼过程，其良好的运行能为后续的生产过程提供充足而优质的原量保证，本文对西门子S7-200系列可编程序控制器应用于高炉上料电气控制系统的设计思想作了介绍，对系统的硬件组成和软件设计作了较为详细的阐述，设计出的可编程程序控制装置基本上完成了120m小型高炉供料电气控制系统的硬件设计。实现了布料（槽上）和槽下卷扬的实时控制和生产过程自动化的目的。本文最后采用程序以及组态对文中程序进行了仿真实验，确保程序的可行性。关键词：可编程序控制器高炉上料系统自动控制仿真连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩IIAbstract：Steelmakingfurnaceisthecoreofironorequipmentisalargescaleandelementsdemandingsmeltingprocessanditsgoodoperationcanprovideadequatefollow-upproductionprocessandthehighqualityrawmaterialguarantee.ThistextisappliedtotheSiemensS7-200seriesprogrammableprefacecontrollershaftfurnaceupanticipatedthedesignthoughtofelectricitycontrolsystemtomakeintroductionmadetoelaboratealittlebitindetailhardwarecompositionandsoftwaredesignofsystemdesignedtheprogrammableprocesscontroldeviceoftobasicallycomplete2shaftfurnaces:120mtoprovidethehardwaredesignofanticipatingtheelectricitycontrolsystem.Carryoutthecloth(slotup)automateswithrealtimecontrolandprocedureinproductionofslotnextwindingofpurpose.Thistextfinallyadoptedprocedureandconfigurationtocarryonimitatingrealitytochecktotheprocedureintextandensurethefeasibilityofprocedure.Keywords：ProgrammablecontrollerBlastfurnaceFeedingsystemAutomaticcontrolsimulation连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩1第1章引言1.1课课题题研研究究的的背背景景高炉上料装置是生产中的重要环节，提高其自动化水平，可以大大减轻工人劳动强度，提高生产效率，同时通过原料的精确配比，又可提升产品的品质和质量。本文简要介绍了PLC系统在高炉上料自动监控中的应用。该系统用PLC完成所有的过程控制、数据采集、自动调节、事故处理及报警等工作。1.2高高炉炉上上料料国国内内外外发发展展状状况况1.2.1高炉介绍高炉：用于冶炼液态铁水的主要设备，其横断面为圆形的炼铁竖炉，用钢铁作炉壳，里面砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸五部分，护喉之上设置装料设备；炉缸上部沿圆周均匀设风口，热风通过热风围管、支管和弯头、直吹管，由风口鼓入炉内；风口平面之下有出渣口和出铁口。近代巨型高炉由于渣量少，不设出渣口。高炉的主要组成部分。高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳，炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷；炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形；炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻力；炉腰：高炉直径最大的部位；炉腹：高炉熔化后造渣的主要区段，呈倒锥台形，为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角；炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形；炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力，而且受到14004600的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代寿命，目前我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力；炉基：它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的；炉衬：高连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩2炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用；炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。其生产工艺流程如图1-1所示:1.2.2上料系统介绍高炉是炼铁或者炼钢生产的核心设备，是一种规模大、要素多、要求严格的冶炼过程，其良好的运行能为后续的生产过程提供充足而优质的原料保证，这对控制系统的可靠性提出了较高的要求。尤其是高炉的大型化趋势越来越明显的情况下，用人工执行是非常困难的，故其能稳定、有序、准确的工作是很重要的。这就要求高炉实现自动化的生产方式。烧结料石灰石焦炭铸铁机溶剂高炉热风炉鼓风机铁水炉渣转炉图1-1炼铁生产工艺流程连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩3高炉上料系统是炼铁高炉系统中最重要的一环，及时、准确的上料是保证高炉产量和产品质量的前提。高炉上料系统的整套动作过程包括料车上料系统和炉顶布料系统。料车上料系统必须快速严谨，如果上料慢，赶不上料线，影响产量，而上错料，高炉将不能正常生产，甚至得拉风、休风.高炉布料指高炉炼铁过程中，炉料(主要是矿石和焦炭)在高炉炉喉的分布。高炉布料的基本规律是高炉冶炼工艺理论的重要组成部分，控制高炉布料是高炉操作的一个重要手段。习惯上称之为“上部调剂”。通常高炉炉料是分批装入高炉炉喉的。根据经验确定一批料的矿石量与按焦炭负荷确定的批料焦炭量组成料批，通过布料设备双钟和旋转布料器装入炉喉。高炉是一种逆流反应器，煤气在高炉下部产生，而后上升穿过料层炉料从上部下降与煤气作用，完成加热、还原、造渣、熔化等冶炼过程。炉料在炉内由上而下，温度逐渐升高，直到熔化前，一直保持炉喉布料的层状结构口焦炭多的地方煤气流较发展，因而炉料温度升高快，可见高炉布料对煤气分布以及软融带的形状和位置等是有重要影响的，这关系到煤气能量的充分利用，炉料的顺利下降以及高炉一代寿命的长短。正常的高炉行程在炉内圆周方向上煤气与炉料的分布都是均匀或基本均匀的。上料系统由料车、卷扬机、布料器、大小钟、均压阀、左右探尺等设备组成。按流程可简单分为料车上料系统以及炉顶布料系统。料车上料系统是料车按生产要求将中间仓内已配好的物料送到炉顶的过程。炉顶布料指高炉炼铁过程中，炉料(主要是矿石和焦炭)在高炉炉喉的分布。高炉布料的基本规律是高炉冶炼工艺理论的重要组成部分，控制高炉布料是高炉操作的一个重要手段。习惯上称之为“上部调剂”。通常高炉炉料是分批装入高炉炉喉的。根据经验确定一批料的矿石量与按焦炭负荷确定的批料焦炭量组成料批，通过布料设备双钟和旋转布料器装入炉喉。高炉是一种逆流反应器，煤气在高炉下部产生，而后上升穿过料层:炉料从上部下降与煤气作用，完成加热、还原、造渣、熔化等冶炼过程。炉料在炉内由上而下，温度逐渐升高，直到熔化前，一直保持炉喉布料的层状结构。焦炭多的地方煤气流较发达，因而炉料温度升高快，可见高炉布料对煤气分布以及软融带的形状和位置等是有重要影响的，这关连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩4系到煤气能量的充分利用，炉料的顺利下降以及高炉一代寿命的长短。正常的高炉行程在炉内圆周方向上煤气与炉料的分布都是均匀或基本均匀的。其基本的动作顺序是:卷扬机将料车送到炉顶，配料倒入小钟斗。大、小钟严格互锁，不能同时打开，当大钟斗一批料未满，小钟开启，料投入大钟斗，一批料满且料线信号到，大钟开启，经布料器后，配料均匀倒入炉内。开大钟时同时打开均压阀，使大钟斗和炉压均压。左、右探尺用于探测炉内料位，料线信号到，才能开大钟。高炉上料的控制方式：图1-2高炉上料系统示意图注：1中间仓2料车3小钟4大钟5布料器6均压阀7左右探尺3456712连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩5(1)点动操作点动操作方式下，操作人员必须长按按钮，系统才会进行相应动作，这种方式主要是用于设备的调试。(2)手动操作手动操作方式下，操作人员每一次操作按钮，系统就会产生相应的动作，这种力式可以用于设备的调试，最主要的还是用于排除故障时的操作。当设备出现故障或物流不畅时，上料系统转入手动生产，直到排除故障，再切换到自动生产。(3)半自动操作通过按钮实现上料、卸料的单步自动控制。(4)全自动操作（本文主要研究课题）当检测到炉内缺料时，操作台通过按钮实现上料、开门、小车上下行的全部自动控制。通过计算机可实现生产过程的按步顺序的自动控制过程，是主要生产方式。高炉自动上料系统是高炉冶炼系统中一个重要组成部分，对高炉冶炼的各项指标有着极大的影响。一个良好的系统必须保证其工作的可靠性和准确性。因为高炉生产的特殊性，这一系统必须在长时间高强度工作的情况下保证其可靠性，确保高炉正常生产，同时又必须对各种入炉物料进行准确计量，按规定的装料制度进行顺序装料。由于工厂的特殊工作环境，这一自动上料系统还必须易学好用，易于维修，适合于工厂的实际情况。1.3课课题题研研究究的的主主要要内内容容设计一个高炉上料自动控制系统，能够实现手动和自动两种方式控制，并且使用仿真软件进行程序仿真。指标要求：1.在手动控制方式下，按下相应的控制按钮，可以实现配料小车上行、小车下行控制；连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩62.在自动控制方式下，动作顺序是：小钟内无料时，小车在下限位置，开启中间仓闸门，中间仓放料至料车显示料满信号时，关闭中间仓闸门，卷扬机开动，小车上行；料车到炉顶后延时5秒显示料车料空，并下行。3.在自动控制方式下，炉内缺料时，开均压阀、大钟，布料槽布料，延时10秒炉料布完，关均压阀、大钟。4.在自动控制方式下，大钟内无料时，开小钟，延时10秒，大钟内料满，关小钟。连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩7第2章高炉上料自动监控系统的硬件设计2.1控制方案的选择随着微电子技术尤其是个人计算机技术的飞速发展，PLC和DCS的性能都有了较大的改进，PLC大大提高了数据处理能力和监控功能，DCS系统向开放性发展，操作站采用工控机，操作系统采用通用的WindowsNT或Windows2000操作平台，PC机丰富的软件资源得以应用，因而大大降低了系统的繁琐程度和价格，提高了系统的性价比。PLC和DCS在抢占市场的过程中，两者相互借鉴、渗透、融合，极大地增加了用户在设计和使用中的选择性。同时，由于各种控制系统生产制造厂较多，产品更新换代快，也给系统选择带来了一定的困难。而走向实用化的FCS，也正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新型的控制系统。下面依据PLC、DCS和FCS的不同特点，针对化工新项目建设和老项目改造，对控制系统的设计选型和应用总结以下原则进行选择。按过程控制系统的控制规模及复杂程度：不同的化工生产过程，过程控制系统规模与复杂程度不同，通常在过程控制系统规模较大、复杂程度较高时优先选择DCS。因为该系统是根据过程控制系统的特点发展而来，它对大量的模拟量数据信息能较好地进行处理、分析、运算，能完成各种复杂的、繁琐的调节控制计算，因此能完成规模大、复杂程度高的过程控制系统的工作。RS3系统和其他DCS系统一样，包括以下几个部分：控制单元、操作单元、IO单元、数据总线。按投资规模和项目经济效率合理选择：在一些小型化工项目中，特别是一些中小型改造项目，投资较少，规模较小的仪控系统应优先选择价格相对低廉、性价比较高的PLC系统。2.2.1PLC控制器选型及硬件配置120m高炉是炼铁的大型装备，一般地处偏僻地区，控制特点如下:连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩8(1)电网电压不稳定，电压波动达15%，灰尘多，工业环境差(2)系统工艺复杂，输入输出点数多，安全性、可靠性要求特别高(3)控制信号有开关、数字和模拟信号(4)控制器应具有顺序控制、定时、计数、逻辑判断、算术运算等功能(5)工艺配方程序要求自动控制、灵活设定(6)为防止自动系统失效，保留手动控制。考虑到工业环境差，灰尘多，为确保IO接点的可靠接通，室内设备采用电压类型为DC24V的IO接点，室外设备采用AC22OV的IO接点。根据控制要求，以及电压类型，必须选用性能卓越，高可靠性，配置灵活的PLC控制器，考虑供货和备件情况，选用德国西门子公司的S7-200系列中CPU224型PLC，其本机IO点数为14入10出，可扩展7个模块数量。再扩展一个EM223（8入8出），可满足系统要求。标准语言梯形图语言是最常用的一种语言，它有以下特点：它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。2.2.2IO点分配输入信号有设备位置信号、设备运行状态信号、各种主令和工作方一式选择信号、自动配料信号等，输入点约19点。输出信号有设备运行信号、设备联锁信号、自动配料程序输出信号、指示灯信号等，输出点约17点。详细分配点见表2-1所示:连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩9表2-1PLC的IO详细分配点：名称地址编号代码名称地址编号代码探尺I0.0SB1布料器Q0.0Q0.1QA1大钟开启I0.1SB2均压阀YA大钟停止I0.2SB3大钟Q0.4KM6小钟开启I0.3SB4小钟Q0.5KM5小钟停止I0.4SB5小车上行Q0.6KM3小车开启I0.5SB6小车下行Q0.7KM4小车停止I0.6SB7小车上行指示灯Q1.0HL1小车上行I0.7SB8小车下行指示灯Q1.1HL2小车下行I1.0SB9中间仓开Q2.0KM1小车上行限位I1.1SQ1中间仓关Q2.1KM2小车下行限位I1.2SQ2大钟开指示灯Q2.2HL3中间仓开启I1.3SB10小钟开指示灯Q2.3HL4中间仓停止I1.4SB11报警电铃Q2.4HA中间仓开启限位I1.5SQ3中间仓未开到位报警灯Q2.5HL5中间仓停止限位I2.0SQ4中间仓未关到位报警灯Q2.6HL6消铃按钮I2.1SB12缺料指示Q2.7HL7自动手动I2.2I2.3SA2.2.3料车上料系统高炉料车上料系统是料车按生产要求将槽下各种物料，由料车卷扬机提升到炉顶。高炉上料主要有上料小车和上料皮带两种方式由于小车的上料能力有限，连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩10大型高炉一般使用上料皮带的方式上料。下面简单谈一下上料小车和上料皮带的优缺点:上料小车的优点是适合料仓与高炉距离较近，占地面积小，节省厂区面积，适于中小型高炉缺点是上料能力有限。上料大皮带优点是适合料仓与高炉距离较远，能连续供料，适于大型高炉缺点是占地而积较大。本设计主要考虑的是小型高炉的自动上料系统，为节约成本，采用上料小车的上料方式。2.2.4高炉料钟装料系统炉顶装料系统，它由旋转布料器、小钟、大钟以及探尺组成。原料由料车送上炉顶后，先装入小钟。小钟下降时，原料装入大钟内，大钟每下降一次，布料器即旋转一次，布料器旋转一定角度(一般采用六点布料，间隔六十度)，这样可使进入炉内的料分布均匀。小料钟经过几次下降一批料装入大料斗后，关闭FR1KM1QS1FU1M3KM2中间仓FR2KM3QS2FU2M3KM4上料小车L1L2L3图2-1上料系统主电路连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩11小钟，然后打开大钟，经布料器原料便装入炉内，采用双钟的目的在于装料时交替关闭，以防煤气逸出。而双钟的控制如图3-5所示:为使炉内物料均匀的分布，旋转布料器采用步进电机控制，步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目的。2.2.5步进电机的选择L1L2FR3KM5QS3FU3M3小钟FR4KM6QS4FU4M3大钟YA均压阀L3图2-2双钟的控制原理图连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩12步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。一但三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。(1)步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有O.36度0.72度(五相电机)、0.9度1.8度(二、四相电机)、1.5度3度(三相电机)等。(2)静力矩的选择步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行时只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍以内较好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸)。(3)电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流(参考驱动电源、及驱动电压)。(4)力矩与功率换算步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量。力矩一与功率换算如下:P=M=2n60P=2nM60其P为功率单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩，单位为牛顿米P=2fM、400(半步工作)其中f每秒脉冲数(简称PPS)步进电动机的驱动电源基本上由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器(也称功率放大器)三部分组成，如图2-3所示。驱动器选型原则遵循先选电机后选驱动的原则，电机的相数、电流大小是驱动器选择的决定性因素在选型中，还连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩13要根据PLC输出信号的极性来决定驱动器输入信号是共阳极或共阴极。为了改善电机的运行性能和提高控制精度，通常通过选择带细分功能的驱动器来实现，目前驱动器的细分等级有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可达256倍细分。在实际应用中，应根据控制要和步进电机的特性选择合适的细分倍数，以达到更高的速度和更大的高速转矩，使电机运转精度更高，振动更小。在设计中，由PLC的CPU产生脉冲，通过驱动器来控制步进电机，步进电机的工作方式为两相八拍，步距角为0.9度。2.2.6探尺系统高炉在冶炼的过程中，利用探尺探明炉内料面高低的情况。探尺是一个铸钢圆柱体重锤，由卷扬机通过钢绳牵引经滑轮和链条将探尺伸入高炉炉膛内。值班室根据炉内冶炼要求，例如定出料线2.0米，即料长下降到2.0米时就要往炉内装料。假如由于装料机械故障或者其它环节出毛病没有及时装料而实际料面继续下降，出现“亏料”现象，当实际料亏低于选择的料线0.5米时发出亏料警告信号，同时发出闪光信号。探尺分为连续工作制和点测工作制，一般情况按连续工作制工作，即探尺在任何时间均随料面的下降而下降，根据自整角机反馈信号随时监测料面位置，只指令脉冲发生器脉冲分配器脉冲放大器步进电机工作机构图2-3步进电机驱动电源方框图步进电机PLCCOMQ0.0Q0.1CP+D+CP-D-B-B+A-A+R1R2图2-4步进电机PLC控制原理图连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩14有当向高炉内装料时，才自动提升到上极限位，待装料完毕、小钟关闭后又自动下降。在某些情况下，需要用点测工作制，探尺在装料过后即下降，待左右两个探尺都下降到规定料面时，延时约3分钟就自动提升到上极限位。左右探尺可同时工作，也可单独工作，任一探尺降到工作料面，即两个探尺同时自动提升。探尺在装料完毕，下密封阀关闭后才允许下降。探尺提升后才能向高炉内装料。发出上料信号后，探尺自动上升。本高炉料线与料面检测的设计装有一左一右两根探尺。装料时由卷扬机把探尺提起放料，检测时一下放探尺。探尺装置装有自整角发送器，探尺下降的位移信号经自整角机发送器，发送给控制室内的自整角接受器，自整角接受器带动记录仪表指针，记录探尺下降的位移，由位移可以估计料面形状和炉内料的多少。在本实验中将其设计成一开关输入量I0.0。当I0.0闭合时，相于于左右两根探尺下降，探测到炉内缺料。2.2.7系统的总体结构图根据本设计的内容要求，系统的PLC接线图如图2-4所示。连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩15L1NQS4SB12QS1QS2SB10SAQS3SB11SB9DC0VL1NSB8SB7SB6SB5SB4DC24VSB3SB2SB1DC0VDC24V+MA+A-B+D-CP-R1R2高炉煤气1M高炉煤气I0.0高炉煤气Q0.0高炉煤气D+1L高炉煤气Q0.1高炉煤气Q0.2高炉煤气Q0.3高炉煤气Q0.4高炉煤气Q0.5高炉煤气I1.0高炉煤气Q1.1高炉煤气Q1.0高炉煤气Q2.7高炉煤气I2.3高炉煤气CP+I0.1高炉煤气I0.2高炉煤气I0.3高炉煤气I0.4高炉煤气I0.5高炉煤气I0.6高炉煤气I0.7高炉煤气2M高炉煤气2L高炉煤气1L高炉煤气Q2.0高炉煤气Q2.2高炉煤气I2.0高炉煤气B-M高炉煤气L高炉煤气1M高炉煤气Q2.3高炉煤气I2.2高炉煤气I2.1高炉煤气S7-200CPU224EM223AC高炉煤气L1高炉煤气Q0.7高炉煤气Q2.6高炉煤气2L高炉煤气Q2.4高炉煤气Q2.5高炉煤气Q0.6高炉煤气3L高炉煤气I1.1高炉煤气I1.2高炉煤气I1.3高炉煤气I1.4高炉煤气I1.5高炉煤气3M高炉煤气L+高炉煤气图2-5PLC接线图Q2.1KM6KM5KM5KM6KM3KM4KM4KM3HL1HL2HL7HL6PG5HAHL4HL3KM2KM16连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩16第3章高炉上料自动监控系统的程序设计3.1高高炉炉上上料料自自动动监监控控系系统统的的流流程程图图设设计计系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。系统涉及到全自动程序和手动程序。为了方便程序，便于读者阅读，程序清晰。程序中用到内部标志位M，它们并不直接驱动外部负载，只起中间状态的暂存作用，类似与继电器系统中的中间继电器。用计数器计算小车的次数，定时器使小车准确停车。1.程序的基本结构高炉上料系统的控制是典型的顺序控制，它的工作循环是从探尺开始，一步一步有条不紊地进行，每一个工步的执行都会使相应的电磁铁通电使得电磁阀动作，用行程开关和定时器来判断每一步是否完成，并决定是否启动下一个工步，采用顺序梯形图可以方便地完成相应的控制过程。2.动作流程图高炉上料系统顺序控制动作流程图如图3-1所示。初始状态为:大钟，小钟与料车内均有料，中间仓无料且关到位。连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩173.2高高炉炉上上料料自自动动监监控控系系统统的的梯梯形形图图设设计计梯形图是使用最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电器技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。系统的梯形图如图3.2所示。小车上行，到位停止，延时小车下行，到位停止，延时中间仓开闸门开到位开报警延时25S料空，中间仓关，延时开报警闸门关到位布料槽布料，延时，炉料布完关均压阀、关大钟、到位停止开小钟，到位停止，延时关小钟，到位停止初始状态两探尺从0下探，下降高度到给定值，炉内缺料开均压阀、开大钟，开到位停止，延时图3-1高炉上料系统顺序控制动作流程图是是否否连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩18M0.1I0.3Q0.5Q0.4T40Q0.5Q2.3I0.4M1.0I0.6I0.7I0.5M1.0I0.3T40INTON100msPT100I1.5T41INTON100msPT250I0.0I1.1T38INTON100msPT100I1.4T39INTON100msPT100M0.1S1Q2.7Q2.2Q2.2Q0.1M0.1I0.2I0.1Q0.2Q0.5Q0.4Q0.2连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩19Q1.1M1.1I1.4T40Q0.7Q1.1Q0.7Q1.1I0.5I1.0M1.1I0.6M1.1I1.4I1.3Q2.0Q2.0I1.5Q2.1I1.4T39Q2.1Q2.1I2.0Q2.0M1.2T39INTON100msPT100Q0.4C10T34M1.2T33T34INTON10msPT10Q0.5M1.0Q0.6Q1.0Q0.6Q0.7Q2.1I1.1T41Q1.0连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩20T46T45INTON100msPT10T45T46INTON100msPT10I2.1T39M1.3M1.3I2.2T40M1.4M1.4T45Q0.7M0.5M1.5Q2.5T45Q2.4M0.4M1.4Q2.6I2.3M0.3M0.3M1.3连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩21I2.5M0.4M0.4M1.4Q2.4M0.3M1.3M1.4M0.4图3-2系统梯形图连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩22第4章高炉上料自动控制系统的仿真先使用STEP7-MicroWIN软件（西门子S7-200系列PLC的编程软件）编程，将程序输入并编译，修改语法错误。直到编译结果出现“0个错误”字样说明程序无语法错误。然后在SimulationS7-200（西门子S7-200系列PLC的程序仿真软件）在计算机中进行模拟调试，修正逻辑错误。图4-1STEP7-MicroWIN软件界面（经编译右下角提示0个错误）图4-2SimulationS7-200仿真软件界面连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩234.1生生成成AASSCCIIII文文本本文文件件真软件不能直接接收S7200的程序代码，S7200的用户程序必须用“导出”功能转换为ASCII文本文件后，再下载到仿真软件中去。在编程软件中打开编译成功的高炉上料控制系统的程序，执行菜单命令“文件”下的“导出”，或用鼠标右键点击某一程序块，在弹出的菜单中执行“导出”命令，在出现的对话框中输入文件名“高炉上料”，生成并保存ASCII码文件。4.2仿仿真真软软件件配配置置设设置置执行菜单命令“配置”选择“CPU”型号，在对话框的下拉列表中选择CPU224型号。用户还可以修改CPU的网络地址，本文取为默认的地址。CPU模块右边空的方框是扩展模块的位置，双击仅靠已配置的模块右侧的方框，在出现的“配置扩展模块”对话框中选择扩展模块。双击已存在的扩展模块，在“配置扩展模块”对话框中选择“无”，可以取消模块。本文取EM223（8I8Q）扩展模块。图4-3CPU型号选择连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩244.3下下载载程程序序并并仿仿真真设置好仿真软件后，点击仿真软件工具条中左边的第2个按钮可以下载程序，一般选择下载全部块，按“确定”按钮后，在“打开”对话框中选择下载的“高炉上料.awl”文件，下载成功后，同时出现下载的程序代码文本框。如果用户程序中有仿真软件不支持的指令或功能，点击工具条内三角形的“运行”按钮后，不能切换到RUN模式，CPU模块左侧的“RUN”LED的状态不会变化。如果仿真软件支持用户程序中的全部指令和功能，点击工具条内的“运行”按钮和正方形的“停止”按钮，从“STOP”模式切换到“RUN”模式CPU模块左侧“RUN”和“STOP”LED的状态随之变化。图4-5下载程序并打开程序状态监视图图4-4扩展模块选择连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩25按照系统的操作和控制要求操作仿真软件的输入按钮，观察程序是否按照所期望的状态运行。观察输出状态，查找错误并修改程序到达期望值。图4-6全自动方式运行程序状态监视图（部分）连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩26根据图4-7、图4-8，由IO点分配表可知，炉内缺料时Q0.1（表示布料器），Q0.2（表示均压阀），（Q0.4和Q2.2表示大钟和大钟开启指示），Q0.6和图4-7全自动方式运行的IO点状态图（缺料）图4-8全自动方式运行的IO点状态图（不缺料）连云港职业技术学院大专毕业生毕业答辩27Q1.0（表示小车上行和小车上行指示），Q2.7（表示缺料指示）均按照控制要求运行。结论本文通过对高炉的介绍及控制要求的说明及分析，采用西门子S7-200系列PLC软件进行编程实现高炉上料的自动控制。高炉生产是一种规模大、要素多、要求严格的冶炼过程。上料必须准确，设备之间要有严密的连锁控制关系，如果出现控制失调出现槽下跑料，轻者浪费原料种着将导致料车不能正常装料，迫使高炉停产。本文首先介绍高炉的构造，炼铁工艺然后就高炉上料的控制进行详细剖析，然后针对西门子S7-200系列PLC的特点结合高炉上料系统的控制要求进行程序编辑，用以实现高炉上料的PLC自动控制。PLC技术可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数