孫廷亮 何永龍

【摘要】爐前操作對于爐前系統(tǒng)至關重要，基于當前在操作爐前設備時所存在的問題，將S7-300 PLC和WinCC引入爐前系統(tǒng)。完成了S7-300硬件配置及程序下載調試，并對WinCC與Step7的通訊進行設置以及對WinCC監(jiān)控系統(tǒng)進行設計;分析了S7-300 PLC與組態(tài)軟件WinCC在爐前系統(tǒng)中應用，實現(xiàn)了爐前系統(tǒng)中各測控點的監(jiān)控和統(tǒng)計，為生產和技術維修人員提供了良好的便利條件。

【關鍵詞】爐前系統(tǒng);監(jiān)控軟件;S7-300;WinCC

1.引言

目前在煉鐵廠爐前系統(tǒng)中，爐前操作的任務主要包括[1]：1）利用開口機、泥炮、堵渣機等專用設備和各種工具，按規(guī)定的時間分別打開渣、鐵口，放出渣、鐵，并經渣鐵溝分別流人渣、鐵罐內，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產的連續(xù)進行;2）完成渣、鐵口和各種爐前專用設備的維護工作;3）制作和修補撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝;4）更換風、渣口等冷卻設備及清理渣鐵運輸線等一系列與出渣出鐵相關的工作。而在操作爐前設備時，操作人員只能在爐前現(xiàn)場操作室進行操作，不便于生產人員對爐前系統(tǒng)各項設備運作情況的了解，也不利于技術維修人員在調試和維修設備，以及對設備出現(xiàn)故障時的分析和判斷。以往的爐前系統(tǒng)有PLC設備[2-5]，但并不包含計算機系統(tǒng)。

基于當前爐前系統(tǒng)中存在問題，對煉鋼廠的爐前系統(tǒng)進行技術開發(fā)，即主要針對爐前設備新增微機，安裝Step7和WinCC組態(tài)軟件[6]，并設計監(jiān)控畫面對爐前各項設備參數(shù)及數(shù)據(jù)進行修改和監(jiān)測。

2.爐前系統(tǒng)及S7-300硬件配置

2.1 爐前系統(tǒng)基本原理

煉鐵廠的爐前系統(tǒng)主要由液壓站，開口機，泥炮，揭蓋機，撇渣器等設備組成。液壓站是爐前的動力系統(tǒng)，包含油泵、液壓閥等設備。利用開口機打開鐵口放出鐵水，高溫鐵水在流動過程中，經過鐵水溝、撇渣器、渣溝分別進到（經過擺動流嘴）鐵水罐、粒化塔中。渣鐵出完后用泥炮封堵鐵口，以保證高爐生產的連續(xù)進行。

爐前系統(tǒng)的下位機編程軟件采用西門子S7-300[7]，該軟件通過通訊卡CP5611與PLC模塊的通訊接口相連接，以MPI通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的編程、調試和監(jiān)控。

2.2 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

根據(jù)實際PLC柜上面的模塊硬件配置，在Step7編程軟件中的“HWConfig”界面上分別對各個站進行硬件組態(tài)。在本控制系統(tǒng)中，Step7有兩個300主站，其模塊主要包括：電源模塊PS307、中央處理單元CPU315-2DP（1）和1個通訊擴展模塊IM360，4個DI32XDC24數(shù)字量模塊，每個主站有帶了3個分站通過IM361通訊，分站包含模擬量和數(shù)字量模塊等。

在系統(tǒng)硬件配置完成后，將主程序OB1，組織塊OB10、OB35、OB40、OB80、OB82、OB84、OB85、OB86、OB100、OB121、OB122，功能塊FB，數(shù)據(jù)塊DB，功能FC等全部下載到CPU模塊中，直到CPU模塊上的指示燈STOP由黃色變成熄滅狀態(tài)。當指示燈RUN由熄滅狀態(tài)變?yōu)榫G色時，則表示$7-300CPU開始運行，此時Step7可以用來在線調試程序，如可通過設置變量表在線修改參數(shù)和監(jiān)視變量等。

3.WinCC系統(tǒng)開發(fā)

3.1 WinCC與Step7通訊設置

WinCC與S7-300系列PLC通過MPI協(xié)議進行通信。其通訊方法為：將MPI網(wǎng)卡CP5611插入PC機并固定，啟動WinCC，建立一個新的項目，選擇“變量管理”單擊右鍵選擇“添加新的驅動程序”，在彈出窗口中選擇“SIAMTICS7prOlocoI suite”連接驅動，將其添加到變量管理中。選擇MPI通訊驅動并按右鍵，選擇“新驅動程序的連接”，進行PLC連接，連接時須設置MPI地址與PLC硬件配置中CPU的MPI地址相同。最后在建立的S7-300PLC連接下面新建變量接收PLC發(fā)送的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，變量的標簽名、數(shù)據(jù)類型和地址，與PLC變量保持對應關系。在設置完成后，通過“Channel Diagnosis”工具觀察是否通訊成功。MPI設置界面如圖1所示。

圖1 MPI設置界面

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)界面

3.2 WinCC監(jiān)控系統(tǒng)設計

監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子公司的組態(tài)軟件WinCC 7.0，該監(jiān)控系統(tǒng)通過對爐前系統(tǒng)中的各信號進行檢測，可實現(xiàn)參數(shù)設定、實時數(shù)據(jù)動態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)記錄、打印和報警及操作人員權限設定等功能。監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖2所示。

由圖2可以看出，該監(jiān)控畫面能夠形象地顯示爐前系統(tǒng)中所有泥炮、開口機等設備的操作模式及當前工作狀態(tài)、故障顯示、旋轉動作顯示等。當有某一個出鐵場有設備動作，畫面中出鐵場標號會變色，如圖中會變?yōu)?。并配有設備手自動狀態(tài)的顯示，還含有報警指示畫面，包含泵吸油口、冷卻水、液位、油溫、油壓、蓄能器油壓、循環(huán)過濾阻塞和3個主泵2個循環(huán)泵等的運行狀況的顯示。泥炮和開口機旋轉可由動畫模擬顯示，并顯示設備的旋轉角度、油壓的實時數(shù)據(jù)等，當設備動作時配有動作提示，如開口機和泥炮的前進、后退，小車的向前、退回，以及旋轉、沖擊、水霧等動作提示。采集主泵和循環(huán)泵等電機電流、溫度等參數(shù)，并對4個出鐵場設備的主要數(shù)據(jù)做出歷史趨勢圖，報警記錄和操作記錄以方便技術人員觀察分析。有了這些數(shù)據(jù)記錄，和以往相比，技術人員對設備故障的處理分析有了明顯的改觀，可以從這些數(shù)據(jù)記錄中直接明了的發(fā)現(xiàn)故障點并及時處理，為保證正常生產打下良好基礎。

4.結束語

本文將S7-300 PLC和WinCC技術成功應用在爐前操作系統(tǒng)中，能夠實現(xiàn)對爐前各項設備參數(shù)及數(shù)據(jù)進行修改和監(jiān)測，使設備故障的處理、分析等得到了明顯的改觀。同時該技術的應用極大的方便了技術人員對設備調試和維修時的操作，減少了對設備故障的誤判，提高工作效率，目前該系統(tǒng)已在北營1#高爐投入使用，并反饋良好。

參考文獻

[1]胡先.高爐爐前操作技術[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2]武冬梅.基于PLC的采暖爐系統(tǒng)的自動控制[J].制造業(yè)自動化，2012，34（19）：148-150.

[3]范恩魁，牛建奎.基于PLC的控制系統(tǒng)在聚酯熱媒爐系統(tǒng)上的應用[J].工業(yè)控制計算機，2012，25（9）：50-51.

[4]高澤飛，董偉，譚毅，等.PLC在真空熔爐系統(tǒng)中的應用[J].工業(yè)控制計算機，2012，25（8）：126-127.

[5]王福新.西門子PLC在熱風爐系統(tǒng)中的應用[J].天津冶金，2011（5）：24-26.

[6]王實，劉曉明.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[7]劉鍇，周海.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：北京航天航空大學出版社，2004.

作者簡介：孫廷亮（1985—），黑龍江寶清人，助理工程師，現(xiàn)供職于本溪本鋼北營鋼鐵公司煉鐵廠，研究方向：電氣自動化控制。