浅谈日照钢铁烧结工艺自动控制系统中SIMATICS7-400的应用

浅谈日照钢铁烧结工艺自动控制系统中SIMATICS7-400的应用

韩理

韩理日照钢铁有限公司烧结厂276806

摘要日照钢铁烧结厂6*180m2及2*360m2烧结机自动控制系统中都采用了西门子S7-400的PLC。本文根据传统的烧结工艺控制要求及SIMATICS7-400可编程控制器的特点，阐述了烧结机控制系统网络结构及系统主要控制功能，系统利用西门子PROFIBUS总线通讯协议格式，实现S7-400系统PLC各站间的通讯，完成烧结机生产工艺及主体设备运行速度链各负荷分配等控制功能，在烧结机传动中取得了较高的控制精度和稳定性，充分满足烧结工艺生产需要。

关键词烧结机SIMATICS7-400PLC自动控制

引言：

日照钢铁有限公司烧结厂6*180m2与2*360m2烧结机自动控制系统为满足烧结机工艺传动系统的特殊性，及实现烧结机传动控制系统的可靠性和良好的控制精度与稳定性。选择SIMATICS7-400和工控组态软件WinCC，利用PROFIBUS协议通信格式实现PLC与上位机的通信功能，组成该机的控制系统。PLC是整个控制系统的核心。本系统控制点多且分散，控制要求高稳定性强、高指令处理速度控制优；并且使用安装简单、维护方便、扩展灵活、组网方便的工业局域网络，每个控制站各由一套控制器完成对全厂生产过程进行监控管理，生产数据通过工业以太网传送到中央控制室。控制的性能、适用性能好，可靠性强。

系统结构组成：

系统选型上采用SIMATICS7-400可编程控制器与WINCC监控组态软件相结合，完成在生产和过程自动化中进行图形显示和控制任务，实现烧结机监控控制系统的各项功能。

1、SIMATICS7-400作为中、高档性能的可编程控制器，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统，具有以下特点：

1)模块化PLC系统及功能模块，适用于中、高性能控制领域；

2)基板安装，安装简单，布置灵活：

3)简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用灵活多变；

4)功能分级的CPU以及种类齐全的模板，总能为其自动化任务找到最佳的解决方案

5)高速的指令处理、功能丰富的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务；

6)编程软件STEP7结构化程序开发思想，多种编程语言选择，编程灵活、高效，组态软件WinCC功能强大、画面丰富、使用方便，完全可以实现本系统的控制功能。

2、WINCC是西门子的组态软件，可开发出较强的组合画面

工控组态软件WinCC是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理系统，适合运行于个人计算机环境，用来在生产和过程自动化中进行图形显示和完成控制任务。其特性之一是全面开放，可以与各种自动化设备及控制软件集成。用户在其界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。另外，WinCC中的C语言脚本及提供的与数据库之间的接口更增加其应用功能，能满足用户的复杂要求。具有以下特点：

1)快速灵活的画面切换

2)灵活有效的报幕方式

3)强大的功能和简洁直观的操作方式

4)灵活实用的设置功能

5)实用的管理功能

3.S7-400与WinCC之间通信的实现

在烧结控制系统WinCC项目中，添加PLC驱动程序；通信驱动程序安装以后，在出现的几个通道中选择Profibus，在其中的“Profibus:DPmastersystem”下连接各分布式I/O，并且要设置节点名、节点地址等参数，节点地址必须与PLC中设置的相同。此时，便建立了WinCC与PLC之间的通信连接。

控制系统组成

日照钢铁烧结厂6*180m2及2*360m2烧结机自动控制系统分别是一条各自独立完整的烧结生产线，控制画面系统由原料准备系统、配料系统、混料系统、烧结系统、成品处理系统、抽风系统和除尘系统组成。从原料接收到自动配料，然后经过一次混合机，二次混合机使各种料批充分混合均匀并形成工艺要求的混合物输送到烧结矿槽，由圆辊控制矿槽下料经烧结机煅烧形成烧结矿，再将成型的烧结矿由单棍机破碎成颗粒，经环冷机充分冷却后，再经一次、二次和三次筛分后形成成品料输给炼铁系统。

整个生产过程自动化控制系统按照烧结生产工艺流程分3个控制站：即烧结控制站、配料控制站、机尾控制站；中控室设置工程师站和操作员站。系统由3套S7-400控制器组成，系统配置的主干网络为千兆冗余光纤环网，采用客户端／服务器架构，其中服务器采用冗余配置，兼具操作员站的功能，便与程序和组态修改，维护方便。设备层网络结构图如下：

图1：设备层网络结构

中央控制室另设5操作员站，供主控工实际生产操作及数据监控。整个控制系统采用两层网络：第一层网络实现基础自动化；第二层网络实现监控，上位机通过工业千兆以太网与各控制器连接，实现数据交换，即将生产过程的设定值及电气设备的起停信号传至各控制器，同时将各设备的状态和工艺、电气参数及故障信号传至上位机显示，从而实现上位机及各控制器之间的无缝连接。监控站设置在烧结室旁的主控楼内，对全厂烧结、制粒、环冷、筛分、成品运输进行监控。并对全厂车间的生产数据进行采集、储存、记录和打印。主控室实现数据收集，并可完成料温水份曲线的自动生成，注重完善报表自动打印系统和自动取样系统。

烧结生产线属于传统的工业自动化控制范畴，具有以下控制特点：

1)大系统，控制点多且分散，系统有大量的离散输入／输出以及少量的模拟输入／输出；

2)各个系统要求独立运行，但必须实现相互之间的通信，完成数据交换，从而保证连锁要求；

3)工艺相对简单，设备数量多，高、低压控制设备一应俱全；

4)控制系统有很好的兼容性，可以方便地与随机控制设备（如PLC）连接、通信；

5)西门子S7-400PLC作为控制系统可靠性高，具有自诊断和冗余功能。

结束语:

日钢烧结机工艺自动控制系统中，控制任务多，逻辑关系繁琐，在完成混合料配比、烧透点计划算等复杂工艺控制的同时，又要完成现场各数字量及开关量的检测。PLC与计算机的联网通信综合了计算机和PLC的长处，计算机作为上位机提供良好的人机界面，利用工控组态软件WinCC实现PLC与计算机通信的方法简单易行，极大地缩短了设计周期，且系统的兼容性较好，可靠性高，能适应大规模控制系统的要求。烧结生产线采用功能强、安全系统高的SIMATICS7-400可编程控制器，实现了烧结机全厂的自动控制，系统性能优良，操作使用方便可靠。通过对人机界面（HMI）的使用，使现场设备生产的状态一目了然，在各条生产线可以分别通过不同的画面看到不同设备生产的运行状况，大大地提高了生产控制效率，确保了生产的顺利进行。