SIMATIC400在转炉煤气回收PLC控制系统的应用设计方案

　淄博张店钢厂50吨转炉自动化控制系统包括氧枪、转炉本体、汽化冷却、煤气回收(OG)、料仓、煤气站等子系统。其中烟气回收(OG)子系统用一个西门子SIMATIC 400站进行控制，这个站通过西门子通讯模块CP443－1挂在一个工业以太网——SIMATIC H1网上与其他站及上位机通讯。同时还各有一套工控机通过西门子网卡CP1613也挂在同一个SIMATIC H1网上，作为人机界面完成转炉自动化控制系统中烟气回收系统和其他系统的监视和控制。二级管理系统并入原来的工厂管控网，完成对转炉系统的管理任务。

1、 硬件组成：

　　烟气回收自动化控制系统的硬件包括：1个西门子SIMATIC 400主站（包括1个电源模块、1个CPU、1个CP443通讯接口模块和数量不等的模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块）;1套研华工业微机;1个西门子CP1613网卡;两个西门子ET200M从站（包括2个电源模块、2个IM153-2FO通讯接口模块和数量不等的模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块）。

2、 软件组成：

　　烟气回收自动化控制系统的软件包括：Windows NT 4.0中文版操作系统、WinCC5.0监控软件、STEP 7V5.1西门子编程软件。

3、 系统配置（见附图）：

　　烟气回收自动化控制系统中的SIMATIC 400站通过西门子CP443接口模块挂在一个SIMATIC H1工业以太网上完成控制功能，同时研华工业微机也通过西门子CP1613网卡挂在同一个SIMATIC H1工业以太网上完成监视和操作功能。其中烟气回收（OG）控制系统的SIMATIC 400站通过现场总线Profibus DP网挂了两个西门子ET200M从站对OG的现场设备操作。

4、 硬件描述：

　　SIMATIC H1网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP协议的标准以太网，它的优点是连接简单、便于扩展、速度快、兼容性好。烟气回收自动化控制系统采用粗的同轴电缆作为SIMATIC H1网的连接介质，有效地实现了工业以太网数据传输过程中的抗干扰功能，保证了系统运行的可靠性；SIMATIC Profibus DP网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网，它的特点是可以在PLC（可编程序控制器）与现场设备（如变频器、工业键盘、智能仪表、分布式I/O站等）之间交换数据。烟气回收自动化控制系统采用屏蔽双绞线作为Profibus DP网的连接介质。SIMATIC 400站无论在控制速度、控制精度还是抗干扰性、灵活性等方面都属于较为优秀的PLC产品，研华（ADVANTECH）工业微机是最早得到推广使用的工业微机，因此煤气回收自动化控制系统选用了这两种产品。

5、 软件描述：

　　Windows NT是美国Microsoft微软公司在世界上应用最为广泛最可信赖的软件平台，因此煤气回收自动化控制系统选用Windows NT 4.0中文版操作系统。WinCC的数据库、画图、显示、历史趋势、报警等功能紧密结合，不但可以模拟出现场的实际工艺流程，还能将现场工艺状态数据快速显示在屏幕上；由操作员在屏幕上完成对现场设备的操作和监视；它能将数据库的数据按时间存放在数据文件里供历史趋势文件调用显示，以便分析事故和改进工艺；它可以把数据传送到Office Excel文件和Office Access文件，从而实现报表打印和数据查询功能。STEP7是西门子公司为S7-400和S7-300系列PLC设计的编程软件，它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制；它的组织块、功能块、数据块相结合的编程思想可以随心所欲地实现各种控制要求；它的时间中断组织块可以实现短到10ms长到5s的快速中断请求；它的符号表（Symbol）可以输入中文方便进行程序注释。因此，Windows NT 4.0、WinCC5.0和STEP7 V5.1`可以说是煤气回收自动化控制系统中的三要素，共同完成了对转炉煤气回收系统的监视控制任务。

　6、 数据通讯：

    这里的数据通讯包括煤气回收自动化控制系统中的SIMATIC 400 PLC与其他系统的SIMATIC 400或300以及其他种类的 PLC之间，SIMATIC 400 PLC与SIMATIC ET200M之间，SIMATIC 400 PLC与WinCC之间的数据通讯。其中，SIMATIC 400 PLC与转炉等其他系统的PLC之间是通过SIMATIC H1工业以太网通讯，编程使用FC5（发送数据功能块）和FC6（接收数据功能块）；SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC ET200M之间是通过现场总线Profibus DP网通讯，编程使用SFC14（DP读功能块）和SFC15（DP写功能块）；SIMATIC 400 PLC与WinCC之间的数据通讯通过SIMATIC H1工业以太网通讯，使用SIMATIC NET软件完成CP1613网卡的设置　　

  7、炉口微差压控制的PID调节：

　　转炉炼钢过程中有很多控制对象，诸如氧气流量、压力，炉口微差压等都需要稳定的值。以前这些模拟量的调节采用智能仪表，现在用西门子SIMATIC 400 PLC就可以取代这些智能仪表，PID调节在STEP7中使用FB41（连续PID调节控制）；在WinCC6.0中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。

8、风机的变频调速控制

转炉煤气回收系统的炉口负压控制，以及收尘和冷凝效果，系统内一氧化碳和氧气的含量是否合适均与系统出口的引风机的转速调节密切相关，因此也采用一个PID调节器实现手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。(无相关资料)

9、烟气分析仪的监测以及相关设备（三通阀，旁通阀，点火器，高压蒸汽）的控制 。(无相关资料)

10、标准化编程

　　标准化编程就是要使软程序的通用性和可读性强，除了开发人员外使用者也能轻而易举地理解编程思想和工艺要求。这样不但可以使编程人员缩短编制程序的时间，集中精力解决工艺上的问题；而且有利于维护人员对程序的理解，为生产保驾护航提供了更加宝贵的经验。

编程的工作顺序：
a.首先根据设计图纸编制各系统的点号表（用EXCEL表格）；
b.再根据点号表填写WinCC数据库；再根据点号表编制STEP7符号表（SYMBOL）；
c.再根据点号表找出各控制设备的输入/输出点号，据此定义下列STEP7使用的中间线圈点号：模拟手/自动转换选择开关；启动按钮、停止按钮（对单线圈的泵或电磁阀）；开启按钮、关闭按钮、停止按钮（对双线圈的电动阀）；手动输出值、给定值、比例系数、积分时间（对PID调节阀）；
d.再根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序；
e.最后根据设计说明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序，即自动程序。

11、上位机设计说明：

系统概述：

淄博张店钢厂50吨转炉自动化控制系统的下位采用德国西门子公司的Step7，其上位操作站画面采用WinCC制作。该控制系统充分利用其特有功能，以工艺人员操作方便为原则，工艺画面力求清晰、简洁、实用，操作方式上追求直观、安全、可靠。画面中做到与工艺有关的信息尽显其中，使工艺人员很容易的掌握。

本系统设有二个子控制站，它们分别是一文二文控制子系统、煤气回收及排放子系统、。这二个子系统共同由一个工业控制计算机监控。

设计方案：

一、初始化画面：

该系统启动后进入第一个画面即为初始化画面。该画面介绍有整个转炉煤气回收系统工艺流程的操作说明的标题栏，以及自动化系统配置的标题栏、进入操作系统的标题栏。如果想了解其详细内容只需用鼠标点击相应的标题栏即可。点击“进入操作系统”的标题栏便进入系统概貌画面.÷。

二、系统概貌：

在系统概貌操作画面中总的概括了整个转炉煤气回收系统，该画面中有主要设备的参数显示和状态显示。在画面的最上面有几个小的窗口，它门分别是：当前用户登录的显示窗口、当前报警显示窗口、当前时间窗口。在画面的最下面有一排控制按钮。它们分别是：登录、退出登录、修改密码、停止项目、退出系统、系统概貌（此时该文字为粉红色，这是因为当前处在该画面，其余控制画面均如此。）；一文二文子系统、煤气回收及排放子系统；炉口微差压控制系统、风机调速控制系统，气体分析仪监视系统；以及历史趋势、报警记录、静音、生产报表、返回、紧急停车等按钮。

登   录：当点击登录会出现登录对话框，上边是用户名称，下边是用户密码，输入完毕后点击确定系统便把用户登录到系统。用户可以利用自有的权限访问相应的画面，并修改相应的参数。
退出登录：如果点击退出登录则您所登录的用户在系统中取消，即丧失自有的权限。
修改密码：点击修改密码可以修改当前用户的登录密码。
停止项目：点击停止项目可以终止当前控制并退出到RSVIEW32的控制画面。
退出系统：点击退出系统可以结束当前任务并返回WINDOWS操作画面。当然停止项目、退出系统只有有权限的用户才能用。
系统概貌： 字体为粉红色说明当前处在系统概貌控制画面。
一文二文系统：点击一文二文系统进入一文二文系统控制总画面。
煤气回收及排放系统：点击煤气回收及排放系统进入煤气回收及排放系统画面。
炉口微差压控制：点击炉口微差压控制系统进入炉口微差压控制系统控制画面。
风机调速控制系统：点击风机调速控制系统进入风机调速控制系统控制画面。
  气体分析仪系统：点击气体分析仪系统进入气体分析仪系统监视画面。
历史趋势：点击历史趋势弹出历史趋势选择画面。
报警记录：点击报警记录进入报警记录控制画面。
静  音：点击静音可以在产生报警时取消声音。
生产报表：点击生产报表可以察看相应的生产记录。
返回：点击返回可以返回到初始化画面。
紧急停车：点击紧急停车弹出紧急停车控制画面，按“确定”全线停车（每个系统有不同的急停，要特别注意）。