應(yīng)用S7-300 PLC進(jìn)行罩式爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

摘要 針對(duì)罩式退火爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及退火工藝要求，以西門子s7-300 PLC為核心控制設(shè)備，采用Pariahs總線實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的主從站分布式I/O控制，利用西門子Step7軟件實(shí)現(xiàn)控溫系統(tǒng)的PID限幅控制和脈沖燃燒控制。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)溫度控制精度高，硬件成本低，很好地滿足了工藝上的要求。

關(guān)鍵詞 罩式退火爐；PLC;脈沖燃燒控制

0 引言

罩式退火爐是目前應(yīng)用較多的一種高效退火設(shè)備，主要用于冷軋卷板產(chǎn)品最后工序的光亮退火處理，由。于其退火質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率高，而且燃料消耗低，被廣泛應(yīng)用于各大冷軋產(chǎn)品生產(chǎn)廠。大連萬(wàn)通工業(yè)裝備有限公司在引進(jìn)消化大連大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所開發(fā)的先進(jìn)控制技術(shù)基礎(chǔ)上，于2004年8月承建張家港中原制管廠罩式爐控制系統(tǒng)。針對(duì)三爐罩六爐座的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制性能要求，設(shè)計(jì)過(guò)程中著重考慮了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：為方便現(xiàn)場(chǎng)操作，采用分布式I/O控制模式；為防止系統(tǒng)產(chǎn)生較大超調(diào)，進(jìn)行PID限幅控制；為保證爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性，采用脈沖燃燒控制方式；同時(shí)，在對(duì)脈沖燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，利用西門子公司提供的Step7 V5.2軟件設(shè)計(jì)程控脈沖分頻器，即通過(guò)PLC的程序運(yùn)算控制各爐罩燒嘴的啟動(dòng)、停止及間隔時(shí)序，取代以往采用的硬件MPr脈沖分頻設(shè)備，在很大程度上節(jié)約了成本，提高了系統(tǒng)燃燒效率。

l 控制系統(tǒng)硬件配置

針對(duì)系統(tǒng)三爐罩六爐座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用西門子S7-300 PLC為核心控制設(shè)備，設(shè)1個(gè)PLC主控制站，3個(gè)ET200M從站，主從站通Profibus總線實(shí)現(xiàn)信息的上下傳輸。由于每個(gè)爐罩可根據(jù)實(shí)際需要放置到任何一個(gè)爐座上，采用分布式控制模式，將每個(gè)I/O子站設(shè)在每個(gè)爐罩上，爐罩上相應(yīng)的控制信號(hào)直接送入子站，子站只需一根Profibus通信總線和一根電源線與PIE總站連接即可，給現(xiàn)場(chǎng)操作帶來(lái)很大方便。同時(shí)，由于控制室與退火爐間有一定距離，因此采用該控制方式可為廠家節(jié)省很多電纜投資，鋪設(shè)電纜所需的設(shè)備材料和人力資源也可相應(yīng)減少。另外，該系統(tǒng)配置方式具有很好的可擴(kuò)展性，如果現(xiàn)場(chǎng)工況改變，增加工藝信號(hào)或增設(shè)爐罩，可直接將信號(hào)就近接入一個(gè)I/O子站或再配置其它的I/O子站，施工非常方便。系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)視和管理，配置研華工控機(jī)一臺(tái)，它通過(guò)MPI總線實(shí)現(xiàn)與s7.300 PIE總站的通信，并設(shè)置上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)退火爐流程畫面顯示、參數(shù)調(diào)節(jié)、曲線記錄及報(bào)警等功能。

2 系統(tǒng)主要功能

各控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：

（1）燃?xì)庹{(diào)壓保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)過(guò)濾器、安全切斷閥、調(diào)壓閥、安全放散閥實(shí)現(xiàn)燃?xì)膺^(guò)濾、高低壓安全切斷、兩次燃?xì)庾詣?dòng)放散、燃?xì)鈮毫l件自動(dòng)控制等功能。

（2）燃?xì)鈮毫y(cè)試及保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)管線電磁閥、放散電磁閥、壓力開關(guān)組實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈮毫z測(cè)、安全測(cè)漏，分析確認(rèn)爐子安全點(diǎn)火條件，完成燃?xì)飧叩蛪罕Ｗo(hù)，安全自鎖切斷，安全連鎖功能，以確保爐子安全點(diǎn)火，防止電磁閥燃?xì)庑孤┊a(chǎn)生爆炸，并對(duì)快速接頭連接時(shí)的燃?xì)庑孤?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/進(jìn)行">進(jìn)行確認(rèn)。

（3）燃燒系統(tǒng)。由各罩9個(gè)燒嘴、相應(yīng)的燃?xì)怆姶砰y、空氣電動(dòng)蝶閥、燒嘴控制器、點(diǎn)火變壓器組成，通過(guò)PIE進(jìn)行脈沖燃燒控制，完成自動(dòng)點(diǎn)火，火焰檢測(cè)，連續(xù)燃燒自動(dòng)通、斷及冷卻時(shí)脈沖供風(fēng)冷卻，加熱及冷卻過(guò)程溫度自動(dòng)控制，并具有故障熄火保護(hù)功能，以確保安全燃燒。

（4）PIE自動(dòng)控制系統(tǒng)。由顯示器、工控機(jī)、打印機(jī)及PIE系統(tǒng)組成，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝曲線設(shè)置輸入，并按工藝曲線自動(dòng)控溫完成脈沖燃燒的加熱、冷卻控制；通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)記錄及工藝報(bào)表曲線等原始數(shù)據(jù)的處理及打印，并對(duì)設(shè)備的斷水保護(hù)及爐臺(tái)風(fēng)機(jī)高低速的切換實(shí)行自動(dòng)控制；同時(shí)，由PLC系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行安全連鎖檢查，確認(rèn)設(shè)備啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程的安全條件，并自動(dòng)進(jìn)行安全自鎖并切斷。

（5）風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。由電控元件、變頻器及壓力開關(guān)組成，完成風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、壓力確認(rèn)及保證低負(fù)荷工況風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

針對(duì)各系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的控制功能以及硬件上的系統(tǒng)配置，設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的控制流程如圖2所示。圖2主要是根據(jù)2 加熱罩繪制的。