施國平

摘 要 本文首先對(duì)PLC控制裝置設(shè)備等相設(shè)備與S7-300PLC構(gòu)成進(jìn)行簡單的介紹，然后對(duì)大錠半鑄引錠系統(tǒng)的主要外部設(shè)備及其工作原理進(jìn)行分析，最后對(duì)PLC系統(tǒng)控制作用與PLC控制系統(tǒng)的通訊模式進(jìn)行論述。通過本文分析發(fā)現(xiàn)采用PLC控制大錠半連鑄裝置設(shè)備在工業(yè)化中進(jìn)行生產(chǎn)，依據(jù)其相關(guān)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行指導(dǎo)生產(chǎn)，具有提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量以及降低制造成本的作用。

關(guān)鍵詞 PLC控制；S7通訊；PID控制；半連鑄設(shè)備

中圖分類號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）181-0055-02

1 PLC控制簡介

PLC屬于一種電子裝置，該電子裝置主要是在工業(yè)環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)形成的。其使用能夠編制程序的儲(chǔ)存器，目的是為對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)算操作指令。該運(yùn)算操作指令包括順序運(yùn)算、邏輯運(yùn)算與計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、計(jì)算等運(yùn)算程序，同時(shí)還會(huì)運(yùn)用模擬或數(shù)字的輸入與輸出對(duì)各類生過程與機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制。PLC與它相關(guān)的外部設(shè)備均應(yīng)該依照便于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，以及容易擴(kuò)展它的功能等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)的。

PLC從誕生至現(xiàn)在，發(fā)展很快，取得很大進(jìn)步，已形成了各種大型的，中型的、小型的系統(tǒng)化產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，PLC除了具備處理邏輯作用之外，還具有很多現(xiàn)代化較為健全的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，能夠應(yīng)用于各種數(shù)控范疇內(nèi)。進(jìn)入新世紀(jì)以來，特別是最近幾年，PLC的功能單元以風(fēng)吹云涌般的出現(xiàn)，使PLC的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入到CNC、溫度控制等各類工業(yè)化控制之中，又逢上PLC通訊能力越來越強(qiáng)與人機(jī)界面的技術(shù)的飛速發(fā)展，這樣一來導(dǎo)致PLC構(gòu)成的各類控制系統(tǒng)的門檻就大大降低了。本文以S7-300PLC為案例，重點(diǎn)分析其在錠半連鑄裝置設(shè)備應(yīng)用。

2 設(shè)備構(gòu)成及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

設(shè)備裝置主要由工業(yè)軟件與硬件兩部分組成，詳見圖1。

S7-300PLC系統(tǒng)構(gòu)成主要包含工業(yè)軟件與電腦硬件兩部分：1）工業(yè)軟件主要是指為了對(duì)以上設(shè)裝置設(shè)備進(jìn)行更好的管理與使用，而開發(fā)設(shè)計(jì)與之相陪配的應(yīng)用程序、相關(guān)規(guī)則與文檔等。工業(yè)軟件主要是由人機(jī)接口、正常使用的軟件、以及標(biāo)準(zhǔn)化工具等幾部分組成。2）硬件是由相關(guān)設(shè)備、護(hù)展單元、基本單元與特殊功能模塊等幾部分組成。

3 關(guān)于大錠半鑄引錠系統(tǒng)的主要外部設(shè)備及其引錠系統(tǒng)的構(gòu)成（如圖2）

1）鑄錠小車上分別裝有結(jié)晶器與鑄錠頭，鑄錠頭從保溫爐里接受倒出料水（銅水），然后通過強(qiáng)制水冷，流入結(jié)晶器進(jìn)行冷卻結(jié)晶。結(jié)晶器的形狀與銅錠斷面形狀一樣。

2）鑄錠油缸的位移速度控制正是鑄錠速度，如何讓油缸穩(wěn)速下降且能受控是關(guān)鍵，通過在油缸出油口安裝流量計(jì)、比例流量閥進(jìn)行控制，為了規(guī)避停電造成的長度丟失，以及設(shè)備制造需要保護(hù)流量計(jì)與比例閥的要求，在鑄錠完成后快速上升的時(shí)候需要旁路流量計(jì)與比例閥，那么在鑄錠平臺(tái)上懸掛鏈條并懸掛重物，通過鏈輪與軸的組合并把編碼器安裝在軸上，實(shí)現(xiàn)鑄錠油缸的升降帶動(dòng)鏈輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使編碼器旋轉(zhuǎn)，從而使PLC采到鑄錠長度與平臺(tái)位置。

3）鑄定小車上還安裝著振動(dòng)器，其作用是銅在結(jié)晶之前使之性能均勻。其由一臺(tái)交流變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)而形成振動(dòng)，而對(duì)變頻電機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整，就能把振動(dòng)器的振動(dòng)頻率調(diào)好。

4 PLC系統(tǒng)控制作用

PLC控制的大錠半鑄引錠裝置控制系統(tǒng)主要通過以下作用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起鑄、拉坯速度閉環(huán)控與位置檢測(cè)實(shí)時(shí)校對(duì)、過程參數(shù)收集與趨勢(shì)記錄、工藝參數(shù)在線設(shè)定與修改、報(bào)警參數(shù)在線設(shè)定與修改、過程參數(shù)報(bào)警與報(bào)表自動(dòng)打印。還有設(shè)置速度、長度、重量與振動(dòng)頻率，冷卻溫度、流量，以及故障顯示等功能。

該控制系統(tǒng)主要使用上下位機(jī)模式，下位機(jī)主要使用性能較好的PLC控制系統(tǒng)，上位機(jī)主要使用工業(yè)計(jì)算機(jī)。而前文所介紹的S7-300PLC所控制的大錠半連鑄引錠裝置主要是使用人與機(jī)器設(shè)備對(duì)話，全圖形參數(shù)畫面形式顯示的方式進(jìn)行運(yùn)作，具有參數(shù)在線更改與自動(dòng)起鑄等作用。

鑄錠油缸是由比例流量閥經(jīng)過PLC運(yùn)算的PID調(diào)節(jié)器控制它下引速度，通過調(diào)用計(jì)數(shù)功能塊FC2采集流量計(jì)脈沖頻率及編碼器脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，脈沖頻率的變化就是速度通過PLC運(yùn)算進(jìn)行顯示與控制，而脈沖頻率的個(gè)數(shù)則是長度，PLC采到的編碼器的脈沖個(gè)數(shù)的長度一方面與脈沖頻率計(jì)算的長度進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)修正，并可檢驗(yàn)流量計(jì)因堵塞造成的脈沖丟失，另一方面因鑄錠平臺(tái)上升時(shí)，液壓旁路比例閥與流量計(jì)造成平臺(tái)上升位置失真，這樣上升時(shí)需要有人照看，而通過編碼器得到的平臺(tái)位置可實(shí)現(xiàn)無需操作人員值守，通過位置設(shè)定實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)點(diǎn)位置停止。

調(diào)用FB41的PID功能塊，輸入速度給定、流量計(jì)速度反饋的規(guī)格化參數(shù)，調(diào)整比例、積分時(shí)間常數(shù)實(shí)現(xiàn)流量閥的速度閉環(huán)控制，而編碼器采到的脈沖個(gè)數(shù)通過量化轉(zhuǎn)化成實(shí)際長度。則實(shí)現(xiàn)了長度實(shí)時(shí)比對(duì)，通過計(jì)數(shù)模塊采集編碼器脈沖數(shù)最后轉(zhuǎn)變成引錠長度。

5 PLC控制系統(tǒng)的通訊模式

S7-300PLC具有兩個(gè)485通信口、兩個(gè)以太網(wǎng)口，用于設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接，以太網(wǎng)口內(nèi)網(wǎng)連接計(jì)算機(jī)用于編程調(diào)試及數(shù)據(jù)庫記錄，外網(wǎng)通過路由器連接可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，而工業(yè)觸摸屏的應(yīng)用則是工藝參數(shù)的輸入輸出、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可視化、故障顯示及診斷。S7-300與S7-200利用MPI接口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備對(duì)象的控制，而變頻器的運(yùn)行則利用S7-200的另一個(gè)485通訊口與變頻器進(jìn)行ModbusRTU通訊，控制振動(dòng)器的振動(dòng)頻率。

大錠半連鑄裝置設(shè)備整個(gè)控制系統(tǒng)均是采用Step7與S7-200控制系統(tǒng)的編程軟件STEP7-Micro/WIN32。此編程軟件屬于Windows應(yīng)用軟件之一，其具有編輯、創(chuàng)建與調(diào)試客戶程序與系統(tǒng)組態(tài)等方面的作用。

6 結(jié)論

大錠半連鑄引錠裝置中使用S7-300PLC、S7-200PLC控制系統(tǒng)具有構(gòu)造不復(fù)雜、維修保養(yǎng)簡單、生產(chǎn)出銅錠斷面較為整齊、表面不粗糙，無裂縫，極強(qiáng)抗干擾能力等特點(diǎn)。最重要的是生產(chǎn)時(shí)能提高產(chǎn)品質(zhì)量與明顯提高工作效率，值得工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[2]師玲萍.基于自動(dòng)化生產(chǎn)過程中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016，24（19）：113-116.