1RH皮带系统改造.doc

1#真空皮带上料系统改造 论文摘要单位：武钢设备维修中心炼钢工区维护车间转炉工段姓名：杨忠胜申报专业及级别：电气技师论文标题：1#真空皮带上料系统改造关键词：皮带上料 S7-400PLC Wincc 7.0 wincc flexible 网络通讯摘要：真空皮带上料系统是二炼钢厂品种钢生产的关键环节，但原电气控制系统采用为西门子S5-100U系列PLC系统设备，已严重老化，高位、低位采用模拟屏操作故障率高，严重影响了钢水的正常生产。本文对缺陷进行了剖析，并研究制定了相关措施，自改造投产以来取得了良好效果，从而使真空生产稳定运行。1 引言二炼钢厂真空皮带上料系统是品种钢生产的必需环节。根据生产品种的需要，工艺人员进行配比加料。1#RH皮带上料系统由1条运转皮带和1条可逆行走皮带及18个料仓组成，将2#RH送来的料分配到1#RH的1#-18#料仓；1#RH 所需的料经2#RH送到运转皮带（1#RH作为2#RH的19#料仓），由运转皮带送到可逆行走皮带，可逆行走皮带行走到需加料的料仓位后，将料加到对应的料仓。目前由于控制系统为西门子S5-100U系列PLC系统设备，已严重老化，备件紧缺。维护人员处理故障时，由于监控机系统更新，S5 PLC与监控机无法联机，进而造成他们无法用软件快速判断问题。同时，现场高位、低位采用模拟屏操作现场粉尘大故障率高，影响正常生产。考虑其重要性，将其定为攻关目标。2 攻关目标 (1) S5-100U 系列PLC升级成S7-400系列PLC 控制系统； (2) 拆除原高位模拟操作屏、低位操作模拟屏、现场操作箱；低位采用CRT画面控制，高位采用触模屏控制，现场设置摇控器装置，手动控制已备应急之用；(3) 按工艺要求，系统重新设计，满足自动控制功能（料仓料位由计控提供，通过以太网通讯）；(4) 对现场设备故障进行在线监测报警，实现人工干预功能； (5) 更换PLC柜，安装位置不变，精简电气柜内控制器件并整合到PLC柜内； (6) 清理现场老化动力、控制电缆，对其进行更换；(7) 降低操作工的劳动强度，减少设备故障率。3 措施3.1 问题分析：从工艺角度分析:真空皮带上料系统的正常与否直接关系到我厂品种钢的生产计划能否兑现。皮带上料控制系统不仅仅是让几条皮带运转起来的简单问题，该系统在检测皮带打滑或者跑偏等设备异常时，要求及时停止皮带的运转，避免造成皮带撕裂或者拉断等严重后果，所以该控制系统的保护措施和电气连锁也是十分的繁琐和必要的。除此之外可逆皮带对位的准确性也是重点考虑的问题，可逆皮带对位不准直接导致洒料，更严重的可能导致混料，造成合金的极大浪费，影响生产成本或生产品种错误。改造之前，合金操作工需到现场逐一确认了解每个料仓的带料情况，无法实时的掌握每个料仓合金的使用情况，带料过程的控制还沿用秒表估测的方式，直接影响到合金带料计划。 从设备角度分析：原皮带上料系统的核心PLC控制器采用西门子S5100U，不能很好的实现人机友好接口，控制程序可读性差，且备件已淘汰国外已不生产，难以组织。原系统控制线路复杂且电缆老化情况严重，通过现场总线技术可以大大的减少控制电缆的使用。原系统由于无故障诊断功能且控制程序可读性差等原因导致故障分析处理时间长，影响皮带系统的正常运行。3.2 攻关措施：从工艺角度和设备角度对原系统的问题缺陷等进行严密而周全的分析后，确定了几方面的攻关措施。1、利用工业控制中的新技术减少电气设备，从而减少设备故障发生率；2、完善皮带上料系统的电气控制尤其电气连锁保护措施，避免重大设备故障的发生；3、完善故障诊断功能，减少设备故障分析处理时间。3.2.1系统技术指标：1、实现友好人机界面操作，控制方式分为手动和自动方式。2、实现皮带上料的自动，自动方式可分为按输入上料设定时间和按料仓料位百分比两种方式，具体解释为操作工仅需输入料仓号和上料设定时间，该系统自动启动，对指定的料仓进行带料，时间结束后，上料皮带按顺序依次停止。3、料仓料位实现实时显示，并参与控制，实现高报和低报。4、完善皮带上料的电气连锁控制，避免洒料、混料和皮带撕裂等重大设备故障发生。5、增加设备的应急遥控系统，以备PLC控制器出现异常，且短时间不能恢复的情况下使用。6、完善故障诊断功能，减少故障分析处理时间。3.2.2 系统结构：为了保证皮带上料系统的稳定性和可靠性，设计中采用了三级控制。监控层选用工业控制计算机进行监控，其连续工作的稳定性高，人机友好界面采用西门子组态软件wincc flexible 2005设计，供合金操作工操作设备和监视设备的运行状态。并在现场就地操作设计安装了西门子MP377触摸屏。控制层选用了西门子公司的S7-400PLC作为控制器，其功能强大，可靠性高，抗干扰能力强。控制层所涉及的电气控制元件进行了精简合并和对现场连接电缆进行了更换，并增加了遥控器应急操作方式，以备PLC控制器出现异常，且短时间不能恢复的情况下使用，确保了设备可靠、有效的运行。三级控制层采用了先进可靠的网络通信技术进行硬件组态连接，确保了数据传输的稳定性，再者大大的精简了设备连接电缆。鉴于皮带上料系统的重要性进一步完善皮带上料系统的电气保护连锁如跑偏、打滑检测，避免在生产过程中发生堵料和皮带撕裂等严重设备事故。3.2.3 系统网络拓扑图： 该系统涉及工业以太网、现场总线技术和光纤通讯等技术，大大的减少了现场连接电缆的使用。现对其优点作简要介绍：工业以太网重点在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。其特点有：（1）工业以太网是一个网络控制系统，实时性要求高，网络传输要有确定性。 （2）整个企业网络按功能可分为处于管理层的通用以太网和处于监控层的工业以太网以及现场设备层。管理层通用以太网可以与控制层的工业以太网交换数据，上下网段采用相同协议自由通信。 （3）工业以太网中周期与非周期信息同时存在，各自有不同的要求。周期信息的传输通常具有顺序性要求，而非周期信息有优先级要求。 （4）工业以太网同时具有实时协议也具有非实时协议。现场总线技术（PROFIBUS DP）：是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式IO的通信。使用PROFIBUSDP可取代办24VDC或420mA信号传输。PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。光纤通信的优点：(1)通信容量大;(2)中继距离长。 3.2.4 系统控制程序和人机界面设计：3.2.4.1 控制程序分析3.2.4.1.1 控制要求控制对象：1、转运皮带：启动/停止 2、可逆皮带走行：向北/向南走行 3、可逆皮带运转：正转（顺时针）/反转（逆时针） 控制方式：正常、应急方式 1、正常方式：HMI画面或者高位触摸屏操作（两者是并行控制，且通过远程/就地进行切换） 2、应急方式：遥控器应急操作操作方式：手动、自动操作（满足运行条件：2#真空可逆皮带到19#仓） 1、手动操作：（1） 2#真空设备按工艺顺序手动启动停止；（2） 可逆皮带走行到指定位置； （3） 可逆皮带运转（正转/反转）启动、停止； （4） 转运皮带启动、停止。 2、自动操作：（1） 2#真空设备自动按照工艺顺序启动停止；（2） 指定料仓和上料时间； （3） 可逆皮带自动走行到指定仓位； （4） 可逆皮带、转运皮带自动按照工艺顺序启动停止。3.2.4.1.2 程序控制流程 皮带上料系统的控制程序主要可分为可逆皮带的走行控制、上料皮带按工艺顺序启停控制和PLC与PLC以及PLC和人机界面的数据通讯程序等。在这里主要阐述可逆皮带的走行控制，因为该控制模式在其他的加料系统中也同样可以推广。由于真空合金上料料仓的排列顺序并不是按照1-18的顺序依次排列，所以在控制程序中应作相应的转换，转换的对应关系和控制实现方式如下：可逆皮带顺时针运转所对应的仓位：12、14、10、7、4、2、5、8、18、17#可逆皮带逆时针运转所对应的仓位：1、3、15、16、13、9、6、11#实际仓位极限（X）：可逆皮带到达指定仓位所感应到的极限自定义仓位（Y）：由南往北该极限在18个极限所处的第几个极限X、Y两者的对应关系：1#仓位极限对应第12个极限；18#仓位极限对应第11个极限可逆皮带的走行控制： 实际仓位（自定义）-指定仓位（自定义）=： 0 可逆皮带向南走行 = 0 可逆皮带停止走行 0 可逆皮带向北走行 下图为程序实现方式：3.2.4.2 人机界面设计：1、可逆皮带手动操作时，可逆皮带自动走行到指定仓位，可逆皮带、转运皮带按工艺顺序逐级手动启动。2、按时间自动加料，且在操作画面上显示实时加料时间 。 3、料仓的雷达测位仪实时显示料仓料位，并触发高报低报控制上料皮带停止带料，使操作工可实时了解料位情况。3、合金加料操作记录可以方便快捷的查询合金上料的相关数据。 4、故障诊断画面，方便维护人员快速处理故障。4 改造效果1、系统自动化程度可靠性提高，工艺人员操作只需在画面上选择方式，选择仓位、上料时间，可以实现自动控制，大大缩减了劳动量。 2、 完善了设备的电气连锁保护，有效的避免了混料、堵料和皮带断裂的情况的发生。3、检修维护安全、方便 ，由于此次改造对现场设备故障增加了在