西门子PLC在回转窑控制系统中的应用

西门子PLC在回转窑控制系统中的应用

李庆功

(攀钢冶金材料有限责任公司,四川攀枝花617023)

[摘要]攀钢冶材公司#2回转窑控制系统采用的是西门子PLCS7-300系列。本文介绍了PLCS7-300在回转窑控制系统中的应用,详细

说明了控制系统的硬件构成及软件设计,并介绍了PLC控制系统网络的构成。[关键词]回转窑;S7-300PLC;WinCCV6.0

PLC控制系统是过程控制系统采用较多的一种控制方式,可以实现逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序控制、PID控制、数据计算、通讯和联网等各种控制功能,而且其开发周期短,功能强大,费用较低,所以在工业自动化领域应用更为广泛。针对回转窑控制系统环境特殊性,以及现场模拟量和数字量的要求,攀钢冶材公司#2回转窑基础自动化系统采用的是西门子S7-300系列PLC控制系统。S7-300具有丰富的I/O接口模块、强大的PID运算和控制功能、运行速度快、数据通讯功能完善、可靠性高、安装方便、配置灵活,价格合理的同时能满足工艺要求,方便功能扩展和升级。

1基础自动化系统的构成

攀钢冶材公司#2回转窑控制系统主要包括上料系统、回转窑系统、出料系统和地面除尘系统几个部分,PLC采用的是分布式I/O系统,控制网络采用的是PROFIBUSDP现场总线控制。中控室人机界面有两台操作站,用于监督控制系统的人机操作。另外还有一台为工程师站,用与整个PLC系统的组态与编程。

1.1PLC硬件系统构成

电源模块(PS):与CPU或接口模块连接,为其提供直流24V电源,CPU和扩展接口模块将24V电源转换为DC5V电源,向其背板总线供电。PS除了向CPU供电以外,还可以给DC24V控制回路供电,可以为信号模块提供24V电源。

中央处理单元(CPU):CPU主要是用来执行用户程序的,CPU监控所有与背板总线连接的I/O模块,是整个PLC控制系统的核心。本系统选用的CPU型号是CPU315-2DP,带有DP通讯口。

CPU315-2DP面板指示:

SF指示灯:用作系统出错/故障显示,为红色,CPU的硬件出现故障或软件有错,带诊断功能模块出错时点亮。

DC5V电源指示:绿色,CPU和S7300总线的5V电源正常时点亮。

FRCE强制指示:黄色,至少有一个I/O被强制时点亮。RUN运行方式指示:绿色,CPU处于RUN状态时点亮,重新启动时以2Hz的频率闪亮,保持HOLD状态时以0.5Hz的频率闪亮。

STOP停止方式指示:黄色,CPU处于STOP、HOLD状态时或重新启动时常亮,请求存储器复位时以0.5Hz的频率闪亮,正在执行存储器复位时以2Hz的频率闪亮,由于存储器卡插入需要存储器复位时以0.5Hz的频率闪亮。

BUSF总线错误指示:红色,PROFIBUS-DP接口硬件或软件故障时点亮,集成有DP口的CPU才有此LED。

通讯模块(IM153-1):本系统选用的IM153-1是作为分布式I/O系统DP分站的通讯控制器,PLCCPU和IM153-1连接,IM153-1带ET200模块。

信号模块(SM):信号模块是数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块的总称,它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。

SM321将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。它有两种基本的信号类型:直流信号输入和交流信号输入。

SM322把S7-300的内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平,同时有着隔离和功率放大的作用,可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机等等。

SM331将现场各种模拟量传感器输出的直流电压或电流信号转换为PLC内部处理用的数字信号,其主要组成部分是A/D转换器。

SM332将CPU送给它的数字信号转换为成比例的电流信号或电压信号,对执行机构进行调节或控制。

通讯接口:西门子工业网络包括多种通信协议,比如PPI通信协议、MPI通信协议、PROFIBUS通信协议等等。PPI是点到点通信,是S7-200的基本通信方式;MPI是多点通信,它主要是被设计成连接PG/PC和OP/PLC的CPU,也就是我们所说的编程设备与控制设备或操作设备之间的通信。而且MPI网络只能用于连接少量的CPU;PROFIBUSDP通常用于分布式I/O的通信,一般有一个主站和若干个I/O从站。本系统有一个DP主站,6个DP从站,属于纯主-从结构。

1.2软件实施1.2.1STEP7组态软件

STEP7是一种用于对西门子PLC进行组态和编程的专用集成软件包。西门子PLC用户程序提供三种编程方式:线性化编程、模块化编程和结构化编程。

线性化编程:将整个用户程序放置在主循环组织块OB1中,CPU线性地或者说顺序地扫描程序的每条指令。事实上,所有的程序都可以用线性结构实现,不过,线性结构一般适用于相对简单的程序编写。

模块化编程:将整个用户程序按照任务分成若干个部分,并分别放置在不同的FC或FB中,然后主循环组织块OB1按照顺序调用这些FC或FB。在模块化程序中,既无数据交换,也不存在重复利用的程序代码。对不太复杂的控制程序可以考虑采用这种程序结构。

结构化编程:将复杂的自动化任务分解成控制过程相同,但控制参数不一致的程序段,将这些程序段写在可分配参数的FC或FB中,然后在主循环组织块OB1中可重复调用这些程序块,且调用时可赋予不同的控制参数。

本系统采用的是结构化编程,将回转窑各种复杂的控制任务分解成控制过程相同,但控制参数不一致的程序段,将这些程序段写在可分配参数的FC或FB中,然后在主循环组织块中重复调用这些程序块,且调用时可赋予不同的控制参数。

本系统中功能函数主要用在以下几个方面:

FC1:变频器模拟量处理。所有由变频器驱动的设备模拟量处理程序都集于此块;

FC3/FC4:独立电机马达控制子程序;

FC10:回转窑。主要用于回转窑的主机、辅机、风机及挡轮油泵等设备的控制过程;

FC13:上料出料系统。原料及成品的输送工艺在此实现;FC16:地面站。包含回转窑除尘系统设备控制程序;FC17:该功能主要实现主排烟机的高压变频器控制。

系统中使用到的数据块DB为共享数据块,它也是用来实现各逻辑块之间的数据交换、数据传递和共享数据的重要途径。

1.2.2操作站组态软件

本系统中两台上位机操作站使用的监控软件是西门子SIMATICWinCCV6.0SP2版本,具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项,使用方式灵活,功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理,可形成系统中所需的回转窑工艺流程图、地面除尘系统、上料出料系统、温度趋势图、压力趋势图、风量趋势图和(下转第104页)

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