高爐開鐵口機的控制系統設計

1 概述

為適應高爐出鐵場自動化和高性能運行的需求，現新建大型高爐出鐵場系統采用電液比例閥。基于安全可靠和操作方便的原則設計了“S7-300+電液比例閥+遙控器+MP277”的系統結構。開口機的操作臺主令控制器或開口機的遙控器向PLC發送指令，PLC根據操作臺、遙控器、旋轉編碼器、液壓站溫度、系統壓力等信號結合現場編碼器反饋值經分析確定開口機的位置再向控制開口機電液閥發送運動方向信號和速度給定值。在開口機操作臺上安裝觸摸屏MP277，操作人員可以通過觸摸屏MP277控制出鐵場液壓系統的油泵等液壓站內設備。此外還能實時監視系統的運行狀態，對各種故障情況進行提示和報警。

電液比例閥接受PLC的模擬量信號，根據PLC給定信號的大小控制開口機運行速度。

2 硬件組成

2.1 PLC部分硬件構成

結合實際情況本系統采用一臺西門子SIMATIC S7-300 PLC，并能通過工業以太網與西門子觸摸屏MP277構成網絡，實時監視系統運行的狀態。圖1給出系統的硬件組態，本系統設置PLC的IP地址為192.168.1.22，觸摸屏MP277的IP地址為192.168.1.23。

PLC系統的組成主要為電源模塊PS3207，CPU314，四塊32點DI模塊（DC24V），四塊32點DO模塊（DC24V）、兩塊編碼器模塊SM338，四塊8路AI模塊和四塊8路AO模塊。

2.2 編碼器

編碼器和SM338模塊是整個系統正常運行的核心部件，其作用是根據編碼傳送過來的數值確定開口機的位置和開口機實際速度。系統中采用TR公司CE100-M旋轉編碼器，安裝在開口機的轉動軸上。SM338模塊與CE100-M采用SSI協議，接線方法如圖2所示。

通過校正可以使開口機每次到達同一點為同一個編碼值。在運行中根據單位時間內編碼器反饋數值差又可以得到開口機的實際速度，本系統把周期設為50ms。計算出開口機的到實際速度和位移以后，可以對運行中一些狀態作去判斷，如過慢、超速等等。

2.3 電液比例閥

系統采用力士樂電液比例閥，開口機采用油缸驅動，電液比例閥為一體式比例閥（比例閥與電控比例板在一起），其中比例板的1#端子為24V+，2#端子為0V，3#為4-20mA輸入信號+，4#端子為信號-。3#、4#端子通過PLC的AO模塊給定。

3 S曲線速度給給定

為了提高提升機的舒適性和減少對機械部分的沖擊，本系統中借助于PLC實現開口機速度的S曲線變化。使用S曲線可以讓開口機在加、減速過程中速度變化平滑，S曲線設計如圖3所示。

4 總結

PLC控制的出鐵場系統的突出優點如下：

4.1 基于PLC結構的比例閥調速系統設計功能完善，運行安全可靠。

4.2 S曲線速度給定使用電液比例閥能夠控制開口機平滑運行，減少機械沖擊，大大提高操作人員的簡易性。觸摸屏上顯示了開口機位置，速度（給定速度、實際速度）、系統狀態等，方便操作人員操作和觀察。

參考文獻

[1]廖常初.S7-300/400PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]任占海.冶金液壓設備及其維護[M].北京：冶金工業出版社，2005.