S7—300 PLC和WinCC在爐前系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫廷亮 何永龍

【摘要】爐前操作對(duì)于爐前系統(tǒng)至關(guān)重要，基于當(dāng)前在操作爐前設(shè)備時(shí)所存在的問題，將S7-300 PLC和WinCC引入爐前系統(tǒng)。完成了S7-300硬件配置及程序下載調(diào)試，并對(duì)WinCC與Step7的通訊進(jìn)行設(shè)置以及對(duì)WinCC監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì);分析了S7-300 PLC與組態(tài)軟件WinCC在爐前系統(tǒng)中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了爐前系統(tǒng)中各測(cè)控點(diǎn)的監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)，為生產(chǎn)和技術(shù)維修人員提供了良好的便利條件。

【關(guān)鍵詞】爐前系統(tǒng);監(jiān)控軟件;S7-300;WinCC

1.引言

目前在煉鐵廠爐前系統(tǒng)中，爐前操作的任務(wù)主要包括[1]：1）利用開口機(jī)、泥炮、堵渣機(jī)等專用設(shè)備和各種工具，按規(guī)定的時(shí)間分別打開渣、鐵口，放出渣、鐵，并經(jīng)渣鐵溝分別流人渣、鐵罐內(nèi)，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行;2）完成渣、鐵口和各種爐前專用設(shè)備的維護(hù)工作;3）制作和修補(bǔ)撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝;4）更換風(fēng)、渣口等冷卻設(shè)備及清理渣鐵運(yùn)輸線等一系列與出渣出鐵相關(guān)的工作。而在操作爐前設(shè)備時(shí)，操作人員只能在爐前現(xiàn)場(chǎng)操作室進(jìn)行操作，不便于生產(chǎn)人員對(duì)爐前系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)作情況的了解，也不利于技術(shù)維修人員在調(diào)試和維修設(shè)備，以及對(duì)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)的分析和判斷。以往的爐前系統(tǒng)有PLC設(shè)備[2-5]，但并不包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

基于當(dāng)前爐前系統(tǒng)中存在問題，對(duì)煉鋼廠的爐前系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，即主要針對(duì)爐前設(shè)備新增微機(jī)，安裝Step7和WinCC組態(tài)軟件[6]，并設(shè)計(jì)監(jiān)控畫面對(duì)爐前各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)及數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和監(jiān)測(cè)。

2.爐前系統(tǒng)及S7-300硬件配置

2.1 爐前系統(tǒng)基本原理

煉鐵廠的爐前系統(tǒng)主要由液壓站，開口機(jī)，泥炮，揭蓋機(jī)，撇渣器等設(shè)備組成。液壓站是爐前的動(dòng)力系統(tǒng)，包含油泵、液壓閥等設(shè)備。利用開口機(jī)打開鐵口放出鐵水，高溫鐵水在流動(dòng)過程中，經(jīng)過鐵水溝、撇渣器、渣溝分別進(jìn)到（經(jīng)過擺動(dòng)流嘴）鐵水罐、粒化塔中。渣鐵出完后用泥炮封堵鐵口，以保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。

爐前系統(tǒng)的下位機(jī)編程軟件采用西門子S7-300[7]，該軟件通過通訊卡CP5611與PLC模塊的通訊接口相連接，以MPI通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的編程、調(diào)試和監(jiān)控。

2.2 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

根據(jù)實(shí)際PLC柜上面的模塊硬件配置，在Step7編程軟件中的“HWConfig”界面上分別對(duì)各個(gè)站進(jìn)行硬件組態(tài)。在本控制系統(tǒng)中，Step7有兩個(gè)300主站，其模塊主要包括：電源模塊PS307、中央處理單元CPU315-2DP（1）和1個(gè)通訊擴(kuò)展模塊IM360，4個(gè)DI32XDC24數(shù)字量模塊，每個(gè)主站有帶了3個(gè)分站通過IM361通訊，分站包含模擬量和數(shù)字量模塊等。

在系統(tǒng)硬件配置完成后，將主程序OB1，組織塊OB10、OB35、OB40、OB80、OB82、OB84、OB85、OB86、OB100、OB121、OB122，功能塊FB，數(shù)據(jù)塊DB，功能FC等全部下載到CPU模塊中，直到CPU模塊上的指示燈STOP由黃色變成熄滅狀態(tài)。當(dāng)指示燈RUN由熄滅狀態(tài)變?yōu)榫G色時(shí)，則表示$7-300CPU開始運(yùn)行，此時(shí)Step7可以用來(lái)在線調(diào)試程序，如可通過設(shè)置變量表在線修改參數(shù)和監(jiān)視變量等。

3.WinCC系統(tǒng)開發(fā)

3.1 WinCC與Step7通訊設(shè)置

WinCC與S7-300系列PLC通過MPI協(xié)議進(jìn)行通信。其通訊方法為：將MPI網(wǎng)卡CP5611插入PC機(jī)并固定，啟動(dòng)WinCC，建立一個(gè)新的項(xiàng)目，選擇“變量管理”單擊右鍵選擇“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”，在彈出窗口中選擇“SIAMTICS7prOlocoI suite”連接驅(qū)動(dòng)，將其添加到變量管理中。選擇MPI通訊驅(qū)動(dòng)并按右鍵，選擇“新驅(qū)動(dòng)程序的連接”，進(jìn)行PLC連接，連接時(shí)須設(shè)置MPI地址與PLC硬件配置中CPU的MPI地址相同。最后在建立的S7-300PLC連接下面新建變量接收PLC發(fā)送的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，變量的標(biāo)簽名、數(shù)據(jù)類型和地址，與PLC變量保持對(duì)應(yīng)關(guān)系。在設(shè)置完成后，通過“Channel Diagnosis”工具觀察是否通訊成功。MPI設(shè)置界面如圖1所示。

圖1 MPI設(shè)置界面

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)界面

3.2 WinCC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子公司的組態(tài)軟件WinCC 7.0，該監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)爐前系統(tǒng)中的各信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)記錄、打印和報(bào)警及操作人員權(quán)限設(shè)定等功能。監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖2所示。

由圖2可以看出，該監(jiān)控畫面能夠形象地顯示爐前系統(tǒng)中所有泥炮、開口機(jī)等設(shè)備的操作模式及當(dāng)前工作狀態(tài)、故障顯示、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作顯示等。當(dāng)有某一個(gè)出鐵場(chǎng)有設(shè)備動(dòng)作，畫面中出鐵場(chǎng)標(biāo)號(hào)會(huì)變色，如圖中會(huì)變?yōu)椤２⑴溆性O(shè)備手自動(dòng)狀態(tài)的顯示，還含有報(bào)警指示畫面，包含泵吸油口、冷卻水、液位、油溫、油壓、蓄能器油壓、循環(huán)過濾阻塞和3個(gè)主泵2個(gè)循環(huán)泵等的運(yùn)行狀況的顯示。泥炮和開口機(jī)旋轉(zhuǎn)可由動(dòng)畫模擬顯示，并顯示設(shè)備的旋轉(zhuǎn)角度、油壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等，當(dāng)設(shè)備動(dòng)作時(shí)配有動(dòng)作提示，如開口機(jī)和泥炮的前進(jìn)、后退，小車的向前、退回，以及旋轉(zhuǎn)、沖擊、水霧等動(dòng)作提示。采集主泵和循環(huán)泵等電機(jī)電流、溫度等參數(shù)，并對(duì)4個(gè)出鐵場(chǎng)設(shè)備的主要數(shù)據(jù)做出歷史趨勢(shì)圖，報(bào)警記錄和操作記錄以方便技術(shù)人員觀察分析。有了這些數(shù)據(jù)記錄，和以往相比，技術(shù)人員對(duì)設(shè)備故障的處理分析有了明顯的改觀，可以從這些數(shù)據(jù)記錄中直接明了的發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)并及時(shí)處理，為保證正常生產(chǎn)打下良好基礎(chǔ)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文將S7-300 PLC和WinCC技術(shù)成功應(yīng)用在爐前操作系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)爐前各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)及數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和監(jiān)測(cè)，使設(shè)備故障的處理、分析等得到了明顯的改觀。同時(shí)該技術(shù)的應(yīng)用極大的方便了技術(shù)人員對(duì)設(shè)備調(diào)試和維修時(shí)的操作，減少了對(duì)設(shè)備故障的誤判，提高工作效率，目前該系統(tǒng)已在北營(yíng)1#高爐投入使用，并反饋良好。

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作者簡(jiǎn)介：孫廷亮（1985—），黑龍江寶清人，助理工程師，現(xiàn)供職于本溪本鋼北營(yíng)鋼鐵公司煉鐵廠，研究方向：電氣自動(dòng)化控制。