SIMATIC S7-300在测温取样系统中的应用

提高炼钢自动化水平，对保障炼钢钢水质量、提高炼钢的劳动生产率起着至关重要的作用。我所于2004年2月承建上海宝钢集团一钢公司炼钢区及不锈钢炼钢区测温取样装置。该测温取样装置是为配合不锈钢及碳钢热轧板卷技术改造项目炼钢工程配套而建，一期总共设计有十一套测温取样自动控制系统，其中两套采用德国西门子SIMATIC S7-300可编程控制器和6ES70变频器集成控制系统，其余采用日本富士PLC和变频器控制，仪表部分全部采用贺利氏电测骑士的测温取样仪表。由于新厂区结构紧凑，生产场地设计局促，生产流程如果完全由人工手动控制完成容易造成钢水输送紧张以致不畅;另外操作环境恶劣对人工操作也具有一定的难度和危险度。因此，在炼钢过程中实现全自动测温取样控制非常重要，使得整个设备操作更加安全、可靠，大大的提高了整个炼钢工艺的连续性，减少了故障率，同时也提高了炼钢的劳力生产率。
电气控制主要功能针对炼钢区每套测温取样装置的结构特点，电气控制系统采用德国西门子S7-300系列PLC为核心控制设备，该系统主要的控制对象包括测温取样枪体传动电机和测温取样仪表装置。其中，测温取样枪体的控制主要包括:一台交流变频电机启/停控制、速度给定控制、变速控制、方向控制，一台编码器的行程控制及校零控制。测温取样仪表的控制主要包括准备测温、测温取样中、测温取样完成信号的采集、温度的采集、故障信号的采集及传输到上一级PLC系统信号的处理。
电气控制基本结构及配置控制系统采用德国西门子SIMATIC S7-300系列PLC一钢不锈钢炼钢区测温取样电气控制系统采用西门子SIMATIC S7-300 PLC作为基础控制装置，根据枪体设备的实际需要现场安装有现场操作箱，采用分布式模式，将每个I/O子站设在枪体框架上，枪体上相应的控制信号直接送入子站，子站只需要一根PROFIBUS-DP现场通讯总线和一根电源线与PLC总站相连实现信息的上下传输，给现场操作带来很大的方便，同时，由于电气室和测温取样装置之间有一定间距，因此采用该控制方式减少了用户在电缆上的投资，也减少了铺设电缆所需的设备材料和人力资源，同时还减少了从现场到电气室的硬线连接，从而增加了信号的可靠性，为以后的检修和维护都带来了方便。另外该系统这样的配置方式具有很好的可扩展性，如果现场需求有所变化，增加控制信号或改进控制自动化程度，都可直接将信号就近接入到I/O子站，方便设计及施工。
仪表系统采用贺利氏电测骑士产品.本系统采用贺利氏电测骑士数字测温取样仪表，该仪表具有先进的的模式、可靠的性能和超强的数据处理功能，以及可靠的部件和面向系统的操作软件确保测量数据的精确可靠。仪表主要用于浸入式测温，通过测枪端部的热电偶来测量温度，可连续测温，具有完善的数据输出功能。
电气控制系统主要设计思想系统控制主要是在装钢水的钢包抵达指定工作位后，由上一级系统发出指令控制测温取样装置工作。装置由上、下限位开关对枪体上、下运行做极限保护，由编码器计数测量枪体行走行程进行调速停位、测量进入钢水液面行程，保证测温取样的准确性，测温取样仪表发出信号实现迅速回位、准确停车及温度信号采集，完成一次动作循环。在此同时通过悬挂式补偿导线将测温的温度信号传输到相关控制单元及仪表上反映。 工艺要求根据装置动作要求，在PLC软件控制中，测温取样装置分为手动、半自动和自动三种工作方式，三种方式的切换在现场操作装置上完成。装置可一次性完成测温及取样功能，也能分别完成测温和取样功能。 手动控制手动控制主要用于现场设备维护和检修，不受任何外部联锁条件限制，操作工由此检测设备运行的可靠性及系统运行的可靠性。除此，也可在实际的生产中使用，只是要求操作工的熟练程度要高。 半自动控制主要用于在已知钢水液面深度的情况下，人工选择枪体行走行程，进行测温取样操作，同时实现单独的取样功能。在现场设备维护和检修时，是检测设备准确定位停车精度的主要方式，这要求编码器信号读入及处理的可靠性高。自动控制主要应用于生产实践中，无需人工干涉,独立完成设备所要达到的工艺要求，这要求测温取样仪表发出信号的可靠性高，控制系统响应快，变频控制可靠。操作开始应保证测温枪在初始位也即在编码器的校零位，钢水罐车到达测温取样位，测温取样探头安装完毕，根据上一工序提供的钢水液面参数设定行程档位(半自动方式下)或不设定行程档位(自动方式下)，准备开始工作。测温取样功能执行完毕，使得测温枪回到初始位也即在编码器的校零位，编码器计数清零。根据系统所要实现的控制功能和以及系统上的硬件配置，设计整个系统的控制流程。 S7-300和6ES70变频器通讯参数设置枪体的行走完全由6ES70变频器控制，控制指令由S7-300向变频器发出。在此系统中，我们需要在变频器中增加一块CBP Profibus通讯板完成S7-300与变频器中CUVC板的通讯。PLC和变频器通过通讯传送控制状态
结束语
整套控制系统经过现场调试后，经过近两年的运行，系统良好稳定，测温取样成功率高，控制精度高，满足了现场的工艺要求，达到了预期的效果。由于系统运行效果好，又节约劳力，该厂在二期建设中也上了该系统，至今设备已调试完毕且投入使用，控制效果均良好。