毕业设计(论文)-酸洗工艺的液压站PLC系统控制.doc
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1、酸洗工艺的液压站 PLC 系统控制 第 3 页 共 41 页 3 摘要 唐钢冷轧薄板厂酸连轧机组酸洗线液压站自动化控制系统有过 程控制系统,基础自动化系统,现场传感器仪表系统组成。其中过程 控制系统为整个酸洗生产过程提供在线监控、指导和控制并实现与连 轧机组的通讯。该级具有计算、存储、设定和执行功能。基础自动化系 统使用 PLC 监视、控制和调节生产过程,并与过程控制系统和现场传 感器仪表系统进行通讯。PLC 具有回路控制、顺序控制及其他特定功 能。现场传感器仪表系统由分散在各个现场的检测仪表和传感器、变 送器2、执行器及控制设备组成,该级仅与基础自动化系统进行通讯。 整个系统采用了基于工业以
2、太网,PROFIBUS-DP 总线和 AS-i 总线数 据通讯系统。 关键词: 酸洗线液压站 PLC 控制 软件设计 数据通讯 第 4 页 共 41 页 4 目目 录录 1 绪论绪论 5 11 课题研究背景 5 12 酸洗工艺及设备现状6 2 2 出口液压站总体方案设计出口液压站总体方案设计 8 21 液压系统特点概述8 211 油箱单元 .9 212 主泵单元 .9 216 蓄能器单元 10 217 阀台和阀路块 10 218 过滤器 11 3 3 控制系统设计控制系统设计 12 31PLC 级软件结构 12 32 自动化系统的接口 14 33 生产线 1 级基础自动化系统与 0 级系统接口
3、 15 34 生产线 1 级基础自动化系统与其它控制系统的接口15 4 4 出口液压站自动化基础系统选用出口液压站自动化基础系统选用 17 41 PLC 系统.17 411 PLC 系统主要配置和功能17 412 PLC 系统网络酸洗生产线的 PLC 控制网络 18 42 HMI 客户工作站控制系统.19 43 软件开发19 44 实时数据监测 20 5 5 酸洗出口液压站软件设计酸洗出口液压站软件设计 21 第 5 页 共 41 页 5 51 PLC 的总体结构.21 52PLC 控制软件设计 22 521 PLC 控制软件构成22 522PLC 软件的程序模块.22 5. 3 工控机与 P
4、LC 通信软件设计.25 5. 3. 1 通信的连接 .25 5. 3. 2 VB 串行通信组件.25 5.3.3PLC 通信协议26 5.3.4 工控机与 PLC 通信软件设计27 5. 4 测控系统软件设计.29 5. 4. 1 数据测控系统总体框图 .29 6 6 油箱电器系统描述油箱电器系统描述 33 6.2 液压站循环系统描述 34 621 液压站循环系统功能描述34 622 循环系统传感器和马达表36 623 传感器报警表36 63 液压站主泵系统 37 631 液压站主泵系统功能描述37 632 传感器报警表38 结论结论 40 1 绪论绪论 11 课题研究背景课题研究背景 钢铁
5、工业在我国迅猛发展,尤其是冷轧带钢在近几年发展迅速。 国内各大钢厂和部分规模较大的乡镇企业都已经或正在投入巨资建 设冷轧生产线。我公司也投入约 30 亿元建设冷轧板带项目。分三期 建设的冷轧工程是公司实施完成“三步走”发展战略和实施新的“三级 支撑”发展战略之间承上启下的最为重要的建设项目。冷轧工程一般 包括酸洗、冷轧、镀锌、彩涂、退火等工艺。而酸洗是首道工序,热轧 板带只有先酸洗才能进行其它工序的生产。现就酸洗的有关知识做一 下介绍。 60 年代以前冷轧原料的除鳞主要是用硫酸酸洗。这种方法废酸 不能完全回收,钢的损耗也较大。1959 年奥地利鲁特纳发明了盐酸酸 洗废液再生方法,盐酸可以完全回
6、收,产生的铁粉也可做高档的磁性 材料,这样盐酸酸洗法成为成本低、酸洗带钢表面质量好的工艺而得 到普遍发展。这时酸洗槽由深槽逐步发展为浅槽。1983 年原西德 MDS 公司开发出湍流式酸洗新技术。其特点是将酸洗液送入很窄的 酸洗室槽缝中,使酸洗液在带钢表面上形成湍流状态。酸的流动方向 与带钢的运行方向相反。这种酸洗技术提高了酸洗效率,改善了酸洗 质量1。 自从 80 年代推出湍流酸洗以来,浅槽湍流酸洗机组因其造价低、 酸洗事故处理时间短而很快发展起来。原西德波鸿、澳大利亚 BHP、 第 3 页 共 41 页 3 日本住友金属、日本和歌山、日本神钢加古川冷轧厂、比利时西格马 公司等于 1986-1
7、990 年先后建成并投产了湍流酸洗机组。这种机组的 年产量从 60 万吨发展到最大达 250 万吨。 唐山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂 1#酸洗线线由意大利达涅利技 术总负责,于 2004 年 10 月 25 日正式投产,生产热轧酸洗产品。2005 年 12 月 20 日该酸洗机组成功地完成了与五机架冷连轧机组(由法国 奥钢联引供)的联机改造。改造后的酸洗连轧机组年设计产量 1400000 吨.主要原料品种:CQ DQ HSLA,轧制规格一般在 0.3-2.0mm。 1 12 2 酸洗工艺及设备现状酸洗工艺及设备现状 概括地说,该生产线为 3 段式连续浅槽高速紊流酸洗生产线,具 有备用漂洗槽和
8、5 段式漂洗,装备有 1 台闪光对焊机、1 台破鳞机、1 台转塔式切边剪、1 台平整机、1 台涂油机和 3 个用于连续操作的活 套。入口活套最大储量 642 米,以保证入口段焊接时工艺段正常运行。 中间活套最大储量 330 米,保持在排空状态,以保证切边剪换刀时工 艺段不停车。出口段活套最大储量 400 米,保持在充满状态(为轧机 储备带钢),以保证切边剪换刀或跑边时轧机还能正常生产。在这技 术先进的车间定员比以前的车间减少很多。冷轧带钢的生产工艺流程, 首先是把来自热轧的原料卷通过步进梁及上卷小车输送到 生 产 线 的 1 号 2 号 开卷机上,经过双切剪去除带钢的头尾,送至焊机进 行焊接,
9、以达到连续生产的目的。随后带钢经过破鳞机进入工艺段进 行酸洗,去除带钢表面的氧化铁皮,后面的切边剪对带钢边部的缺陷 进行剪切,同时达到用户对宽度的要求。最后,带钢经过五机架连轧 机组的轧制形成成品冷轧卷。经过打包后入库。 原料卷 步进梁开卷机双切剪焊机破鳞机 第 4 页 共 41 页 4 三段式酸洗五段式漂洗切边剪连轧机打包入库。 13 3 唐钢酸洗线自动化控制应用唐钢酸洗线自动化控制应用 唐钢冷轧薄板厂酸连轧机组酸洗线自动化控制系统由过程控制 系统,基础自动化系统,现场传感器仪表系统组成。其中过程控制系 统为整个酸洗生产过程提供在线监控、指导和控制并实现与连轧机组 的通讯。该级具有计算、存储
10、、设定和执行功能。基础自动化系统使 用 PLC 监视、控制和调节生产过程,并与过程控制系统和现场传感器 仪表系统进行通讯。PLC 具有回路控制、顺序控制及其他特定功能。 现场传感器仪表系统由分散在各个现场的检测仪表和传感器、变送器 2、执行器及控制设备组成,该级仅与基础自动化系统进行通讯。整个 系统采用了基于工业以太网,PROFIBUS-DP 总线和 AS-i 总线数据通 讯系统。 酸洗线基础自动化控制系统由入口 PLC 系统,工艺段 PLC 系统, 出口段 PLC 系统组成,具体包括:4 套 SIMATIC S7-400 PLC 系统; SIMATIC ET200S 分布式 I/O 系统;S
11、IEMENS 驱动系统。 入口段 PLC 系统完成入口段区域机械设备和液压单元的控制,以 使钢带在要求的速度和张力的控制下完成开卷,矫直,对中,测厚,切 头,切尾和焊接等动作;工艺段 PLC 系统主要对破磷机,2,3,4,5,7 号张力辊,入口,中间,出口活套等设备进行检测控制并提供参数设 定、故障报警、过程监视、历史趋势曲线等多种人机对话操作;酸洗段 PLC 系统主要完成酸洗区域的钢带酸洗处理功能包括酸流量控制,闭 环酸液浓度控制,再生槽液位控制和再生槽温度控制;出口段 PLC 系 统只要将钢带切成指定的宽度并对中纠偏,调整张力、速度准备进入 连轧机入口。 现场网络将计算机控制系统的各个控制
12、级和分散在现场的传感 器、执行器有机的联系起来,为实现工程大系统的综合自动化创造了 第 5 页 共 41 页 5 条件。酸洗线自动化控制系统用工业以太网将过程控制系统,基础自 动化系统联系起来,实现软件开发站(工程师站),HMI,HMI 服务器, 三凌焊机。 ,快速数据分析仪 FDA,过程控制级服务器(即 2 级服务器) 和 S7-400PLC 系统之间的数据通讯,达到生产管理和过程控制的目 的。 由于酸洗线整个自动化系统比较庞大,在实习和毕业设计中不可 能掌握整个的自动化系统,所以只摘取了酸洗线整个自动化系统中的 出口段的一个比较独立的液压站系统来介绍。 出口液压站系统是酸洗线的一个重要的辅
13、助系统,为出口段设备 提供液压动力,出口段如果没有液压动力,就不能保证正常生产。所 以选择了出口液压站来介绍, 2 2 出口液压站总体方案设计出口液压站总体方案设计 为实现出口液压站的稳定运行,了解液压站系统,现对出口液压站进 行了总体方案的设计 2 21 1 液压系统特点概液压系统特点概述述 安装、运行和都是完整的,包括所有要的附件。维修所需所有的 系统每个系统包括:液压动力单元、阀台和阀路块 每个动力单元包括:油箱单元、主泵单元、循环单元、蓄能器单元、回 油过滤单元。规划液压站的基本设备布置如下图 第 6 页 共 41 页 6 图 1 为出口液压站的基本设备布置图 2 1 1 油箱油箱单单
14、元元 油箱,圆柱型或方型,带可视的液位指示器、液位传感器和高低 液位开关、温度传感器和温度开关、排泄阀、空气滤清器、备用接头、 带限位开关的截止阀、接线盒、需用的法兰和内部管线。油箱的 HLP 容量不小于主泵公称流量的 5 倍4。由冷板厂制造的所有油箱用不 锈钢板焊接而成,或用碳钢板,内表面涂漆对 HLP 介质,吸油管允许 的油速是100, 伺服阀控制油路的过滤精度 5 微米,比例阀控制油路的过滤精度 10 微米。 第 9 页 共 41 页 9 3 3 控制系统设计控制系统设计 一期酸洗线自动控制系统采用了二级配置,设置有L1级(基础自 动化系统)、 L1.5级(过程控制系统)。L1级为生产提
15、供在线监控、管理 和控制,并具有计算、存储、设定和执行功能。基础自动化系统通过 ProfibusDP现场总线与仪表系统和现场设备进行通信、采集数据、控 制现场设备。过程服务器将指令通过以太网传送到基础自动化系统, 实现酸洗线生产过程的自动控制。过程控制系统,即L1 级计算机系 统,配备有 1级过程控制服务器和设备控制服务器,即HMI服务器。 HMI服务器与L1级过程服务器互为热备。LI 级主要用于控制和管理 酸洗线上的产品,存储钢卷的原始数据和产品表;精确计算生产线上 所有预设值,如张力、速度、辊的压力等。它还是操作员与工艺过程的 接口,用于在线监控、报表处理、产品管理、区域过程控制和质量控制
16、。 LI级采用工业以太网通过网络交换机,进行控制系统之间的数据通信 5。 。 3.13.1 PLCPLC 软件软件结构结构 L1 自动化系统 SW 由以下组成: - 基础软件, 包括用于应用程序编写,下载和维护的 SW 工具。 - 应用软件, 包括由 Danieli 自动化公司遵循安全方便用 户、满足功能要求而编写的应用程序。 应用程序是由完全执行指定功能的 sw 块组织的。这些 块由设定的结构或按简单的软件开发和相关的维护的 第 10 页 共 41 页 10 程序组织的。: 主软件块是: PDI (原始数据输入) 数据管理: 从 L1.5 级接收数据并且结合进 入的带卷,操作员通过界面 HM
17、I 修改带卷属性。数据设置管理: 从 L1.5 级接收设置信息和将相关的数据发射到生产线设备和其 他按照带卷头尾的位置和跟踪信息构成的软件块。-报表:采集 生产过程中的带卷数据,为 L1.5 准备报表。跟踪:此功能跟踪生产 线上每个带卷从入口到出口的边缘, 发送设置数据和采集报表数 据。使用焊缝检测器和辊子编码器计算出带卷头尾位置。在带卷 准备和交换区域跟踪带卷位置。带卷在生产线移动时管理带卷数 据和产品属性。跟踪软件使用程序结构进行数据管理和控制带卷 数据。 生产线控制: 执行顺控管理带卷移动和位置,速度和张力控制。 利用从 L1.5 设置的数据来分配张力和速度,包括区域速度和位 置累计控制
18、。顺序按结构设置,每个主要的顺序利用次顺序管理 特定的任务。这种管理软件易于开发维护。 马达控制:介于生产线控制功能和变速驱动间的界面。速度和失 量控制环由组合微控驱动执行。 机械控制和顺控: 允许从本地控制箱,全自动或半自动进行机械 和设备操作达到产品运行速度。包括液压单元和循环处理的管理 和控制。 界面管理包: 可以在任何软件包和自动化系统间交换数据,如许 可和联锁,紧急或安全事件, 采集的检测值,张力设定值等。 第 11 页 共 41 页 11 操作界面数据交换:至 HMI 现场设备的数据表允许操作员监督 机械设备状态和变量,从其他功能软件至 HMI 的控制数据表允 许操作员监督自动化系
19、统状态,图表数据 从 HMI 到自动化系 统的数据表允许操作员设置产品参数和控制机械设备复位。 报警和故障管理:监督机械设备状态和其他软件功能以检测并发 送反常条件到 HMI 。 HMI 功能: 与工业网交换信息并组织画面,趋势等。允许操作员 随意切换。 急停管理: 执行急停程序将系统强制到安全条件且复位正常条 件后重新起动生产。按照急停程序要求,此操作可通过逻辑硬线 执行。 3 32 2 自动化系统的接口自动化系统的接口 为正确操作本系统所支持的顺序、控制回路及联锁,需要提供 一种或多种下列与外部机电一体化成套设备接口信号类型: 串行连接 RS485 接口, 带标准协议 3964(R) (S
20、iemens 协议) 现场总线本地局域网: Profibus 以太网本地局域网 模拟量输入, 4-20 mA 信号 模拟量输出, 4-20 mA 信号 数字量输入, 0-24 V DC 信号 数字量输出, 0-24 V DC up to 2 A 信号 第 12 页 共 41 页 12 3 33 3 生产线生产线 1 1 级基础自动化系统与级基础自动化系统与 0 0 级系统接口级系统接口 串行连接 RS485 接口, 带标准协议 3964(R) 现场总线本地局域网: Profibus 模拟量输入, 4-20 mA 信号 模拟量输出, 4-20 mA 信号 数字量输入, 0-24 V DC 信号
21、数字量输出, 0-24 V DC up to 2 A 信号 3 34 4 生产线生产线 1 1 级基础自动化系统与其它控制系统的接口级基础自动化系统与其它控制系统的接口 退火炉控制系统的接口:快速工业以太网 焊机控制系统、气刀、锌锅、测厚仪的接口:Profibus 静电涂油机控制系统的接口:Profibus 1 级基础自动化系统内部接口:Profibus 秤重控制系统的接口:串行连接 RS485 接口, 带标准协议 3964(R) (Siemens 协议) 1.5 级计算机: 100M 快速以太网 HMI 人机界面的接口:100M 快速以太网 此系统包括一套西门子 PLC(S7-400CPU)
22、和 PC 操作员终端,编 程终端,1.5 级计算机。人机接口使用完美的 InTouch。系统框图如下: 黑白打印机、彩色打印机、HMI/InTouch 7.11 的操作员终端 2、1.5 级数学传送模型(使用)、1.5 级数学传送模型(备用)、HMI/InTouch 7.11 的操作员终端 1、编程终端。 第 13 页 共 41 页 13 系统图如下: 100M Ethernet Hub HMI/Wondeware 7.11 R I E / M O O T ER I E / M O O T E S P I L E C M E N S . Color Printer Black 调整程序模块实现
23、工件调整的功能及各种动作的手动单步 功能;工作程序模块实现数据通讯的整个自动保护过程,热模拟程序 模块实现热模拟功能;公共程序块主要实现各种公共数据的 PID 运算 A/D 转换、D/A 转换等功能。用 CALL 指令作为程序调用子程序指令, 跳到相应的程序模块,并用 SRET 返主。因为整个系统的信号滤波电 压 PID 控制等算法由硬件电路完成,所以扫描时间小于 lOms。 5 2 2PLC 软软件的程序模件的程序模块块 ( 1)初始化程序模块 初始化程序模块主要实现系统的开 EI 中断位,把状态寄存器 S 和辅助继电器 M 复位,并设置初始状态位及数据等,这部分程序如 图 5-2 所示。
24、图 5-2 初始化程序模块 第 20 页 共 41 页 20 ( 2)调整程序模块 通过程序跳转到这一部分,实现出口液压站的各种调整操作,包 括停泵、起泵、过载保护开、泵工作时间管理等。并且在调整开启出口 液压站时,可以通过本程序模块,单步操作。通过 CALL 命令和 PO 标志实现这部分的跳转。 #1 泵工作时间管理 A “ENHYD_DB“.MCC.IN.MP1_CONFIRM A “COM_FG_ONS_60S“ = L 1.0 BLD 103 A “ENHYD_DB“.HMI.CMD.MP1_HRST = L 1.1 BLD 103 A “TRUE“ = L 1.2 BLD 103 A
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