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棒材連續退火爐過(guò)程控制系統的應用開(kāi)發(fā)

訪(fǎng)問(wèn)量:

胡國清
(武漢中控南方科技有限公司,武漢430070)
 

內容提要:文章以棒材連續退火爐為例,敘述了同類(lèi)產(chǎn)品過(guò)程控制系統的應用開(kāi)發(fā)技術(shù),包括系統配置與連接、數據通訊、自動(dòng)打印、過(guò)程數據采集與監控等。
關(guān)鍵詞: 退火爐 過(guò)程控制系統 數據通訊 自動(dòng)打印 數據采集與監控
 

Application & development in process control system

·         of bar material continuous annealing furnace
 
HU Guoqing
(Wuhan ZoControl South Science & Technology Co., Ltd.,Wuhan 430070,CHN)
AbstractThis text is from an example of one bar material continuous annealing furnace,normal function devolopment and application in process control system on the congener machine are described. Such as system configuration & connection,data communication,autoprinting,Supervisory Control and Data Acquisition,etc..
Keywordsannealing furnace;process control system;data communication;autoprinting;Supervisory Control and Data Acquisition.
 
連續退火爐廣泛用于鋼材深加工行業(yè),可對型材、棒材、線(xiàn)材、板材以及其它類(lèi)型鋼材進(jìn)行熱處理加工,提高鋼材性能,滿(mǎn)足個(gè)性化的應用需求。
筆者以一臺棒材連續退火爐為例,闡述同類(lèi)產(chǎn)品過(guò)程控制的應用開(kāi)發(fā)技術(shù),包括電氣控制系統的配置與連接、溫度過(guò)程控制、設備整體邏輯控制、過(guò)程數據采集與監控等,供同行參考。
1.      設備概況
該設備全長(cháng)130米,主要包括3個(gè)加熱區、2個(gè)保溫區、1個(gè)快冷區、4個(gè)等溫區、2個(gè)緩冷區、2個(gè)交換區共14個(gè)區段,其中12個(gè)區段溫度可控,帶有兩個(gè)真空室、4個(gè)自動(dòng)門(mén)、上下料裝置以及輔助設備等,整個(gè)設備裝機功率約1100kW,采用電加熱智能溫控方式,節能環(huán)保,全程變速輥道自動(dòng)輸送,全自動(dòng)生產(chǎn)流程控制,生產(chǎn)效率高,整個(gè)設備生產(chǎn)過(guò)程的數據采集與監視控制實(shí)現實(shí)時(shí)記錄與歸檔,歷史數據可追溯,設備操作傻瓜式和智能化。
 
2.      系統配置
控制系統采用永宏FBS系列PLC、昆侖通態(tài)15”TFT觸摸屏、人中工控功率控制器、廈門(mén)宇電溫度控制器、丹佛斯變頻器等作為主要控制器件,采用封閉式熱電偶和防塵光電開(kāi)關(guān)、大功率接近開(kāi)關(guān)等進(jìn)行溫度采集和物料跟蹤,PLC和溫度控制器(共12個(gè))、變頻器(2臺)、電力綜合儀表之間采用RS485串行總線(xiàn)通訊,觸摸屏與PLC、編程器之間通過(guò)以太網(wǎng)通訊。
設備具有溫度曲線(xiàn)實(shí)時(shí)打印和定時(shí)打印功能,以便將數據記錄與產(chǎn)品配套交付。
工藝設計的12個(gè)區段的加熱功率分別為192kW、144kW、120kW、97.5kW、97.5kW、30kW、60kW、90kW、75kW、45kW、30kW、30kW,選型配置各區段的功率控制器為KTH3/3*380V型,容量分別為230kVA、164kVA、131kVA、105kVA、105kVA、39kVA、72kVA、105kVA、85kVA、52kVA、39kVA、39kVA,通過(guò)各區段的AI526系列溫控器輸出4~20mA直流電流作為給定控制信號,其中快冷區溫控器選用雙向輸出型,其中一個(gè)反向輸出作為快冷變頻器的速度給定。設置溫控器有關(guān)作用方向、熱電偶類(lèi)型、輸出信號類(lèi)型等主要參數,調試時(shí)需對每個(gè)區段的溫控器和功率控制器進(jìn)行在線(xiàn)自整定,以達到最佳響應周期。另有兩塊僅顯示與傳輸溫度值的溫控器配置到兩個(gè)交換區(不帶加熱電阻絲),各區段的實(shí)時(shí)溫度、三相加熱電流均在控制柜門(mén)上實(shí)時(shí)顯示,實(shí)時(shí)溫度及曲線(xiàn)在HMI界面上記錄并歸檔。
系統配置兩臺變頻器,其中一臺一拖二作為主傳動(dòng)輥道兩臺電機的調速裝置,另一臺作為快冷風(fēng)機的調速裝置,控制風(fēng)量,兩臺變頻器的實(shí)際速度和實(shí)際電流值通過(guò)RS485傳輸給PLC,以便在HMI界面上直接顯示輥道的實(shí)際運行速度(單位m/min)和風(fēng)量換算值。電力綜合表也通過(guò)RS485連接至PLC,以使整個(gè)設備的有功功率、無(wú)功功率、功率因素、電壓、電流等實(shí)時(shí)數據和累計數據可直接在觸摸屏HMI界面上顯示,便于生產(chǎn)管理。
整個(gè)設備邏輯控制的I/O點(diǎn)數量共132個(gè),選擇永宏FBS-60MAR2-AC型CPU,另增加數字量I/O擴展模塊FBS-60EXYR和FBS-20X,。
控制系統配置與連接如圖1所示:

圖1 棒材連續退火爐過(guò)程控制系統配置圖

HMI界面用觸摸屏選用昆侖通態(tài)TPC1561Hi型,帶以太網(wǎng)通訊接口,HMI界面功能主要有設備狀態(tài)監控(總圖式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示)、歷史數據查詢(xún)與打?。ㄗ铋L(cháng)1年的歷史數據查詢(xún)、即時(shí)/定時(shí)打?。?、溫度實(shí)時(shí)跟蹤曲線(xiàn)、溫度設定(溫度工藝數據設定)、報警與故障診斷、生產(chǎn)管理及運行記錄(進(jìn)/出料時(shí)間記錄、各區段停留時(shí)間與延時(shí)時(shí)間設定)、系統管理(操作安全管理)、用戶(hù)登錄管理(多用戶(hù)多權限等級管理)等,圖2是歷史數據查詢(xún)與打印界面。


圖2 歷史數據查詢(xún)與打印界面

3.      功能實(shí)現
3.1  數據通訊
RS485通訊是非常通用的通訊方式,很多控制器件都具有這個(gè)功能,硬件連接方式都相同,但各廠(chǎng)商的通訊協(xié)議都不同,需要對各種產(chǎn)品的通訊協(xié)議編制相應的解碼程序。本項目中廈門(mén)宇電的AI526溫控器的通訊協(xié)議為AIBUS(Ver7.0),它基于RS485硬件接口,最多允許串聯(lián)81個(gè)站點(diǎn)。設置每個(gè)溫控器Addr參數從1~14作為通訊地址,并設置通訊波特率9600bps。
AI526溫控器采用16進(jìn)制數據格式來(lái)表示各種指令代碼及數據,標準的通訊指令只有兩條,一條為讀指令,一條為寫(xiě)指令,兩條指令即可使上位機軟件能100%完整地對儀表進(jìn)行操作,標準讀和寫(xiě)指令分別如下:
讀:地址代號+52H(82)+要讀的參數代號+0+0+校驗碼
寫(xiě):地址代號+43H(67)+要寫(xiě)的參數代號+寫(xiě)入數低字節+寫(xiě)入數高字節+校驗碼
地址代號為兩個(gè)相同的字節,數值為(儀表地址+80H)。例如:儀表參數Addr=12(16進(jìn)制數為0CH,0C+80H=8CH),則該儀表的地址代號為:8CH 8CH。
無(wú)論是讀還是寫(xiě)指令,儀表都返回以下10個(gè)字節的數據:
測量值PV+給定值SV+輸出值MV及報警狀態(tài)+所讀/寫(xiě)參數值+校驗碼
其中PV、SV及所讀參數值均各占2個(gè)字節,代表一個(gè)16位二進(jìn)制有符號補碼整數,低位字節在前,高位字節在后,整數無(wú)法表示小數點(diǎn),要求用戶(hù)在上位機處理;MV占一個(gè)字節,按8位有符號二進(jìn)制數格式,數值范圍-110~+110,狀態(tài)位占一個(gè)字節,校驗碼占2個(gè)字節,共10個(gè)字節。
FBS PLC通訊程序編制:
通訊口Port2初始化:賦值5651H(9600bps波特率、8bit數據位、2bit停止位)→R4158(Port2的設定緩存器),利用Port2就緒的內部繼電器M1962來(lái)觸發(fā)FUN151(CLINK)指令,設置MD1讀方式,并對不同的站點(diǎn)分別設置不同的R地址,以便從指令返回數據里取出PV、SV等數據,再利用FUN151的完成信號觸發(fā)采集對相應的數據進(jìn)行算術(shù)計算處理,作為HMI界面系統將要讀取的數據。
3.2  自動(dòng)打印
自動(dòng)打印用于定時(shí)打印歷史趨勢曲線(xiàn),記錄每個(gè)班或特定時(shí)間的設備狀態(tài),以作為產(chǎn)品交付的隨機資料??筛鶕枨笤O置打印間隔時(shí)間,例如8小時(shí)、24小時(shí)等,打印的時(shí)間長(cháng)度也可以設置,如圖2所示直接在相應的數據域內輸入即可。
要實(shí)現這個(gè)功能,需在HMI軟件MCGSE Ver7.6中添加一個(gè)循環(huán)策略,設置策略條件屬性:變量“打印條件_C”——表達式的值非0時(shí)條件成立。然后添加一個(gè)定時(shí)器,設置定時(shí)器參數如下:
設定值——打印條件_設定值(變量名)
計時(shí)條件——打印條件_C(變量名)
計時(shí)狀態(tài)——打印條件_狀態(tài)(變量名)
復位條件——打印條件_復位(變量名)
新建一個(gè)名為“打印策略”的事件策略,設置打印策略的觸發(fā)條件:“打印條件_狀態(tài)”變量上升沿,即定時(shí)器計時(shí)完成瞬間觸發(fā)一次打印任務(wù)。
添加策略腳本程序:
用戶(hù)窗口.溫度曲線(xiàn).print( )  ;溫度曲線(xiàn)窗口的屏幕打印
打印條件_復位=1
Isleep(1000)                  ;暫停1000ms
打印條件_復位=0
最后設定“自動(dòng)打印”按鈕的操作屬性:取反——打印條件_C,即每按一次對變量“打印條件_C”的值進(jìn)行取反一次。
 
4.      結語(yǔ)
同類(lèi)設備的過(guò)程控制技術(shù)有許多,如溫度慣性控制、邏輯控制等,本文僅以一例說(shuō)明了系統配置及一些通用技術(shù)的實(shí)現,并就經(jīng)常不好解決的數據通訊等問(wèn)題作較詳細的闡述,希望能起到拋磚引玉的作用。

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