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摘要：本文主要介绍西门子S7-300 PLC在高炉热风炉系统中的应用，通过人机界面和PLC实现电气设备的启停、自动控制和仪表参数监控。
关键词：可编程控制器（PLC） 过程监控 热风炉 自动控制
中图分类号：TM571文献标识码： A
1 前言
1.1目的
本自动化系统目的在于为冶金行业热风炉用户提供一方便、高效的自动化软件系统，用户使用此软件系统可以安全无误地实现所需的工艺要求，从而提高高炉的效益和效率。
1.2系统介绍
本系统是一款软硬平台相结合的自动化产品，硬件平台基于SIMATIC S7-300 PLC，上位机（工业计算机）；软件平台基于SIMATIC STEP7 V5.5，SIMATIC WINCC V6.2。通过软硬件平台的完美结合，用户可以很容易的实现热风炉的工艺表达。
2 硬件平台说明
2.1下位机
下位机是S7-300 PLC及其机架，下位机部分由三个PLC机架构成（一个主机架，两个从机架），各机架之间通过基于RS-458的PROFBUS-DP协议进行互联通讯，PROFBUS-DP有通讯距离长，抗干扰强的优点，适合于工业现场环境。主机架上有CPU模块、CP以太网通讯模块，CP以太网通讯模块用于上位机和下位机之间的互联通讯，两个从机架挂有多块开关量及模拟量模块，用于采集现场的各种过程信号。
2.2上位机
本系统上位機一般选用工业计算机，工业计算机运行稳定，抗电磁干扰性强，适合工业高干扰、高灰尘的现场，并且可长时间运行。本系统选用研华IPC-610L工业计算机。
3 软件平台说明
3.1 STEP7 V5.5
对于下位机PLC，其内部控制逻辑是由SIMATIC SETP7 V5.5软件平台来编写完成的，STEP 7集成硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断等所有功能与一体，其所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一对象，按F1可以得到该对象的相关帮助。在STEP 7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。
3.2 WINCC V6.2
对于上位工控机，其操作界面是由WINCC6.2软件平台来编辑完成的，WinCC具有强大的功能，其通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用 ；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian 系统作为IT 和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展 ；“全集成自动化” 的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。WinCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合，这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明，包括：汽车工业、化工和制药行业、印刷行业、能源供应和分配、贸易和服务行业、塑料和橡胶行业、机械和设备成套工程、金属加工业、食品、饮料和烟草行业、造纸和纸品加工、钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化。
4 上下位机通讯
上位机安装有STEP7 V5.5和WINCC V6.2，采用普通网卡，通过TCP/IP协议用网线将PLC通讯模块和PC工控机相连，标准网络电缆用于连接安装了STEP 7的计算机的网络接口和PLC的CP343网络接口。使用STEP7编程软件对PLC系统进行硬件组态，在“硬件”配置窗口插入实际的PLC硬件，双击CP343模块，在弹出的属性对话框里点击“新建”按钮，新建一个以太网网络，输入以太网模块的IP地址，通常情况下，不需要启用网关。
WINCC V6.2与PLC通讯通过SIMATIC S7 Protocol Suite协议，找到协议下的TCP/IP，右键单击，选择“新驱动程序的连接”，在弹出的“连接属性”对话框中单击“属性”按钮，弹出“连接参数-TCP/IP属性”对话框，输入在STEP7硬件组态中已经设置好的以太网模块的IP地址、机架号和以太网网卡插槽号。
5 软件操作说明
本热风炉自动控制系统分为工艺监控画面、仪表参数画面、设备控制画面、工艺曲线画面和报警记录画面：
通过工艺监控画面，可以总体的检测各主要设备的工作状态、各炉体的工作情况及各重要仪表监测点的实时参数，以便于操作人员精确掌握生产情况。
通过仪表参数画面，可以实时监测生产过程中所有仪表参数，对于异常参数显示可产生声光报警，以便生产人员及时调整检修，既保证生产效率，有避免事故的发生。热风炉燃料一般采用高炉煤气，将煤气和助燃空气分别送到燃烧器。为充分利用热风炉烟气中的废热，设置废热回收装置，预热煤气和助燃空气，来提高热风炉送风温度。主要检测、控制内容有：拱顶温度，烟道温度，烟道阀前温度，冷风、煤气总管温度，预热器前后助燃风温度，预热器前后烟气温度，热风总管混风前温度，冷风总管压力，煤气总管、支管压力、流量，助燃风预热前后总管压力、温度，助燃风支管压力，预热器前后烟气压力，热风炉烟道阀前后差压，热风炉冷风阀前后差压，冷却水压力，冷却水流量，助燃风支管流量，净煤气支管流量，冷风总管流量，煤气支管流量控制，助燃风支管流量控制，助燃风机吸风口流量控制，热风总管温度等
通过设备控制画面，可实现各炉体燃烧、焖炉及送风状态的手动及全自动转换，使操作人员准确方便的实现工艺要求。整个热风炉生产的操作画面完全模拟现场，同时加入了自动换炉等功能。操作人员可以按照操作工艺要求进行操作，也可以在发出换炉指令后由PLC自动完成整套操作。正常生产运行情况下，操作员只需发出一个燃烧、闷炉或者送风的指令，PLC自动按照工艺要求完成换炉。这种方法简单、安全、高效，实践证明，效果非常好。只有在一些机械或电气设备故障的时候才需要人工干预。并且系统融入了完善的报警功能，每一步的操作都有相关信号检测，延时检测报警等功能。开启联锁控制后操作员每一步都必须按照工艺要求执行，否则会拒绝执行并给出警告提示，从而确保操作准确无误。
通过工艺曲线画面，可查询各仪表参数1个月之内任意时刻的准确数值，以便于操作及管理人员查询设备的运行状况。
通过报警记录画面，可查询1个月内根据工艺生产需要所设定各设备及仪表报警情况，以便于生产管理人员对生产过程进行查询。
6结束语
本系统于2010年在沾化庆祥钢铁有限公司450立方米高炉中投产使用，经过几年的生产实践，从生产安全及稳定性上，客户对该系统依旧给予很高的评价。
参考文献
[1]殷华文,朱清慧.可编程序控制器及工业控制网络[M]. 西安:西安地图出版社,2001
[2]李友善主编.自动控制原理[M].国防工业出版社,2001.
[3]廖常初.PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2004.
[4]向婉成编著.控制仪表与装置[M].机械工业出版社,1999.
[5]秦绪平,张万忠.西门子S7系列可编程控制器应用技术.北京:化学工业出版社,2011
关键词：可编程控制器（PLC） 过程监控 热风炉 自动控制
中图分类号：TM571文献标识码： A
1 前言
1.1目的
本自动化系统目的在于为冶金行业热风炉用户提供一方便、高效的自动化软件系统，用户使用此软件系统可以安全无误地实现所需的工艺要求，从而提高高炉的效益和效率。
1.2系统介绍
本系统是一款软硬平台相结合的自动化产品，硬件平台基于SIMATIC S7-300 PLC，上位机（工业计算机）；软件平台基于SIMATIC STEP7 V5.5，SIMATIC WINCC V6.2。通过软硬件平台的完美结合，用户可以很容易的实现热风炉的工艺表达。
2 硬件平台说明
2.1下位机
下位机是S7-300 PLC及其机架，下位机部分由三个PLC机架构成（一个主机架，两个从机架），各机架之间通过基于RS-458的PROFBUS-DP协议进行互联通讯，PROFBUS-DP有通讯距离长，抗干扰强的优点，适合于工业现场环境。主机架上有CPU模块、CP以太网通讯模块，CP以太网通讯模块用于上位机和下位机之间的互联通讯，两个从机架挂有多块开关量及模拟量模块，用于采集现场的各种过程信号。
2.2上位机
本系统上位機一般选用工业计算机，工业计算机运行稳定，抗电磁干扰性强，适合工业高干扰、高灰尘的现场，并且可长时间运行。本系统选用研华IPC-610L工业计算机。
3 软件平台说明
3.1 STEP7 V5.5
对于下位机PLC，其内部控制逻辑是由SIMATIC SETP7 V5.5软件平台来编写完成的，STEP 7集成硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断等所有功能与一体，其所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一对象，按F1可以得到该对象的相关帮助。在STEP 7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。
3.2 WINCC V6.2
对于上位工控机，其操作界面是由WINCC6.2软件平台来编辑完成的，WinCC具有强大的功能，其通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用 ；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian 系统作为IT 和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展 ；“全集成自动化” 的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。WinCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合，这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明，包括：汽车工业、化工和制药行业、印刷行业、能源供应和分配、贸易和服务行业、塑料和橡胶行业、机械和设备成套工程、金属加工业、食品、饮料和烟草行业、造纸和纸品加工、钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化。
4 上下位机通讯
上位机安装有STEP7 V5.5和WINCC V6.2，采用普通网卡，通过TCP/IP协议用网线将PLC通讯模块和PC工控机相连，标准网络电缆用于连接安装了STEP 7的计算机的网络接口和PLC的CP343网络接口。使用STEP7编程软件对PLC系统进行硬件组态，在“硬件”配置窗口插入实际的PLC硬件，双击CP343模块，在弹出的属性对话框里点击“新建”按钮，新建一个以太网网络，输入以太网模块的IP地址，通常情况下，不需要启用网关。
WINCC V6.2与PLC通讯通过SIMATIC S7 Protocol Suite协议，找到协议下的TCP/IP，右键单击，选择“新驱动程序的连接”，在弹出的“连接属性”对话框中单击“属性”按钮，弹出“连接参数-TCP/IP属性”对话框，输入在STEP7硬件组态中已经设置好的以太网模块的IP地址、机架号和以太网网卡插槽号。
5 软件操作说明
本热风炉自动控制系统分为工艺监控画面、仪表参数画面、设备控制画面、工艺曲线画面和报警记录画面：
通过工艺监控画面，可以总体的检测各主要设备的工作状态、各炉体的工作情况及各重要仪表监测点的实时参数，以便于操作人员精确掌握生产情况。
通过仪表参数画面，可以实时监测生产过程中所有仪表参数，对于异常参数显示可产生声光报警，以便生产人员及时调整检修，既保证生产效率，有避免事故的发生。热风炉燃料一般采用高炉煤气，将煤气和助燃空气分别送到燃烧器。为充分利用热风炉烟气中的废热，设置废热回收装置，预热煤气和助燃空气，来提高热风炉送风温度。主要检测、控制内容有：拱顶温度，烟道温度，烟道阀前温度，冷风、煤气总管温度，预热器前后助燃风温度，预热器前后烟气温度，热风总管混风前温度，冷风总管压力，煤气总管、支管压力、流量，助燃风预热前后总管压力、温度，助燃风支管压力，预热器前后烟气压力，热风炉烟道阀前后差压，热风炉冷风阀前后差压，冷却水压力，冷却水流量，助燃风支管流量，净煤气支管流量，冷风总管流量，煤气支管流量控制，助燃风支管流量控制，助燃风机吸风口流量控制，热风总管温度等
通过设备控制画面，可实现各炉体燃烧、焖炉及送风状态的手动及全自动转换，使操作人员准确方便的实现工艺要求。整个热风炉生产的操作画面完全模拟现场，同时加入了自动换炉等功能。操作人员可以按照操作工艺要求进行操作，也可以在发出换炉指令后由PLC自动完成整套操作。正常生产运行情况下，操作员只需发出一个燃烧、闷炉或者送风的指令，PLC自动按照工艺要求完成换炉。这种方法简单、安全、高效，实践证明，效果非常好。只有在一些机械或电气设备故障的时候才需要人工干预。并且系统融入了完善的报警功能，每一步的操作都有相关信号检测，延时检测报警等功能。开启联锁控制后操作员每一步都必须按照工艺要求执行，否则会拒绝执行并给出警告提示，从而确保操作准确无误。
通过工艺曲线画面，可查询各仪表参数1个月之内任意时刻的准确数值，以便于操作及管理人员查询设备的运行状况。
通过报警记录画面，可查询1个月内根据工艺生产需要所设定各设备及仪表报警情况，以便于生产管理人员对生产过程进行查询。
6结束语
本系统于2010年在沾化庆祥钢铁有限公司450立方米高炉中投产使用，经过几年的生产实践，从生产安全及稳定性上，客户对该系统依旧给予很高的评价。
参考文献
[1]殷华文,朱清慧.可编程序控制器及工业控制网络[M]. 西安:西安地图出版社,2001
[2]李友善主编.自动控制原理[M].国防工业出版社,2001.
[3]廖常初.PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2004.
[4]向婉成编著.控制仪表与装置[M].机械工业出版社,1999.
[5]秦绪平,张万忠.西门子S7系列可编程控制器应用技术.北京:化学工业出版社,2011