高炉探尺控制系统的设计(直流控制)
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）扩展模块：主要有数字量扩展模块：EM221、EM222、EM223，模拟量扩展模块：EM231、EM 232、EM 235。
（3）通讯模块：EM277、EM241等其它模块：特殊功能模块可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。S7-200的编程软件：STEP7-Micro/WIN32。该编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控。使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。
提尺：探尺处于提尺状态时,电动机正转，如图2所示。Md为电动机电磁力矩, Mg为重锤重力矩，Mf为系统静摩擦力矩，v为提尺速度。当重锤以v匀速上升时，电动机电磁转矩Md =Mg + Mf ,电动机电磁力矩和电动机转向相同,为驱动转矩，可控硅处于整流工作状态，如图1所示。
图2提尺状态
放尺:探尺处于放尺状态时,电动机反转,如图3所示。当重锤以v匀速下放时，电动机电磁转矩Md = Mg- Mf ,电磁转距与电动机转向相反，为制动转矩,电动机处于制动状态，可控硅处于逆变工作状态。
2.2高炉探尺系统的工作原理…………………………………………………4
3硬件选择……………………………………………………………………………6
3.1直流电机的选型……………………………………………………………6
3.2 PLC的选型…………………………………………………………………9
3.3直流调速装置的选型………………………………………………………12
针对老系统的这些缺点，我们运用新兴的工业产品设计出新型高炉探尺工艺控制：高炉探尺采用直流电机传动，高性能全数字直流调速装置SIMOREG DC-MASTER 6RA70驱动控制。高炉探尺作为监视和控制高炉内料位的重要设备，其控制的关键点在于准确地进行料面跟踪。
新型高炉探尺工艺特点如下：
（1）放尺速度均恒。
3.4编码器的选型………………………………………………………………16
3.5硬件接线图…………………………………………………………………20
4软件设计…………………………………………………………………………20
4.1 I/O口的选择………………………………………………………………21
4.2程序流程图…………………………………………………………………21
图3放尺状态
跟随料面:当重锤下放至料面时,被料面挡住,停在料面上，如图4所示.电动机电磁转矩Md = Mg - Mz，Mz为料面对重锤的支持力矩。电动机处于堵转状态，可控硅处于整流工作状态。当料面下降，Mz减小甚至为0时，在Mg的作用下，电动机反转，可控硅又进入逆变工作状态。
图4跟随料面
重锤下降直到重新停在料面上，这个过程就是重锤跟随料面。此时，可控硅处于整流和逆变频繁转换过程中。探尺的跟随性是判断探尺系统好坏的一个重要因素。如Md太小，Mz偏大，重锤容易发生倾倒现象,探尺就不能反映料面的真实高度。如Md太大，Mz偏小，重锤就不易完全跟随料面，发生重锤悬浮现象,探尺也不能反映料面的真实高度。实际应用中,这两种情况都是不允许出现的。
4.3 PLC控制程序………………………………………………………………22
5高炉探尺的调试…………………………………………………………………24
致谢………………………………………………………………………………25
参考文献
1绪论
探尺是炼铁厂上料系统的重要组成部分。在工作过程中，它能准确地指示料面高度和分布状况，因此对整个高炉系统的高效安全运行起着重要作用。探尺是利用电动机拖动重锤来探测料面高度，高炉探尺系统是对高炉内料面的高低进行测量，并实时显示料线和料速,给出是否加料的信号。探尺多为铸钢圆柱重锤，长约700 mm，由电动机拖动卷筒，通过缠绕在卷筒上的钢丝绳，经滑轮和链索将重锤伸入炉膛内。现在很多钢铁公司炼铁厂所用探尺传动采用传统的空开、接触器和接触调压器驱动形式。工作过程为：提尺时电机定子接入电网额定电压，电机正转；放尺时通过接触调压器使电机定子接入几十伏左右的电压，改变供电相序，电机反转，重锤下放。
（2）静止可控整流器。用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压。
（3）直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。
下面分别对各种可控直流电源以及由它供电的直流调速系统作概括性介绍。静止可控整流器：从20世纪50年代开始，采用汞弧整流器和闸流管这样的静止变流装置来代替旋转变流机组，形成所谓的离子拖动系统。离子拖动系统克服旋转变流机组的许多缺点，而且缩短了响应时间，但是由于汞弧整流器造价较高，体积仍然很大，维护麻烦，尤其是水银如果泄漏，将会污染环境，严重危害身体健康。因此应用时间不长，到了20世纪60年代又让位给更为经济可靠的晶闸管整流器。
2.2高炉探尺工作原理
准确测量料位是保证高炉正常工作的重要条件，工作过程如下，电机运行时带动重锤上升或是下降，通过采集编码器的脉冲换算出探尺的位置，其系统图如下探尺为铸钢圆柱重锤,由电动机拖动卷筒，通过缠绕在卷筒上的钢丝绳,经滑轮和链索将重锤伸入炉膛内。
图1系统图
探尺系统有三种工作状态：提尺、放尺和跟随料面。其系统图如上图。下面分别就这三种状态说明探尺的控制原理。要求在直流电机轴端安装增量码盘作为位置检测元件。电机机轴端接多圈绝对值码盘，信号经高速计数器接口进PLC，由PLC进行处理读出探尺的高度，作为检测探尺位置的信号。
（2）准确探测料面。
（3）跟随料面下降。
（4）提尺速度快，停的位置准确。
（5）到达上限位置自动停止。
2控制系统的工作原理
2.1直流调速系统原理
改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压或者改变励磁磁通，都需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：
（1）旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
老式探尺存在问题：
（1）放尺不畅，电压波动时，放尺速度波动，经常需手动干预。
（2）放尺过程采用小电压且使电机向下转，易松绳，乱绳和倒锤，烧锤。
（3）不能很好跟踪料面，影响及时向炉内布料。
（4）更换重锤时，调试时间相对长。
（5）对重锤重量偏差要求较严。
（6）需经常维护，控制精度低,调试难度大，故障率高维护工作量比较大。
3硬件设备的选型
3.1直流电动机的选型
根据工艺要求，直流电动机参数
型号：Z4-112/2-1
额定电压440V
电枢电流8.6A
额定转速1500
最高转速30ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
励磁电压220V
励磁电流0.75A
功率3kw
效率72.8
3.2 PLC的选型
PLC是以微处理器为核心的一种特殊的工业用计算机，其结构与一般的计算机相类似，由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM等）、输入接口、输出接口、I/O扩展接口、外部设备接口以及电源等组成。CPU单元由微处理器、系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器等组成，它是PLC的核心部件，是由大规模或超大规模的集成电路微处理芯片构成，主要完成运算和控制任务，可以接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。进入运行状态后，用扫描的方式接收输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号。分时、分渠道地执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据运算结果控制输出设备。存储器单元按照物理性能分为两类，随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。随机存储器由一系列寄存器阵组成，每位寄存器可以代表一个二进制数，在刚开始工作时，它的状态是随机的，只有经过置“1”或清“0”的操作后，它的状态才确定。若关断电源，状态丢失。这种存储器可以进行读、写操作，主要用来存储输入输出状态和计数器、定时器以及系统组态的参数。为防止断电后数据丢失，可采用后备电池进行数据保护，一般可以保存5年，当电池电压降低时，欠电压指示灯发光，提醒用户更换电池。只读存储器在两种，一种是不可擦除ROM，这种ROM只能写入一次，不能改写。另一种是可擦除ROM，这种ROM经过擦除以抂这可以重写。其中EPROM只能用紫外线探险内部信息，E2PROM可以用电擦除内部信息，这两种存储器的信息可以保留10年左右。输入输出单元由输入模块、输出模块和功能模块构成，是PLC与现场输入输出设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入模块把工业设备或生产过程的状态或信息读入中央处理单元，通过用户程序的运算与操作，把结果通过输出模块输出给执行单元。输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，输出模块具有隔离PLC内部电路和外部执行单元的作用，还具有功率放大的作用。输出模块有晶体管输出模块、晶闸管输出模块和继电器输出模块。接口单元包括扩展接口、编程器接口、存储器接口和通信接口。扩展接口是用于扩展输入输出单元。它使PLC的控制规模配置得更加灵活。这种接口为总线形式，可以配置开关量的I/O单元，也可以配置如模拟量、高速计数等特殊I/O单元及通信适配器等。编程器接口是连接编程器的，PLC本体通常是不带编程器的。为了能对PLC编程及监控，PLC上专门设置有编程器接口。通过这个接口可以接各种形式的编程装置，还可以利用此接口做通信、监控工作。存储器接口是为了扩展存储器而设置的。用于扩展用户程序存储区和用户数据参数存储区，可以根据使用的需要扩展存储器。其内部也是接到总线上的。通信接口是为了在微机与PLC、PLC与PLC之间建立通信网络而建立的接口。
表1 CPU226技术指标
程序存储器
关键词：直流调速系统,直流电动机,高炉探尺
blast furnace gage rod the design of control systems（DC control）
Abstract
This paper introduces the all-digital DC speed control system, working principle, self-adjusting process and the operating characteristics and the actual speed control circuit through the qualitative analysis of automatic control systems. Siemens introduced the SIMOREG DC-MASTER 6RA70 DC converter to use, system design, and all the advantages of digital control system.
Keywords:DC Speed Regulation System, DC Motor, BlastFurnace Gage Rod
1绪论…………………………………………………………………………………1
2控制系统的工作原理………………………………………………………………1
2.1直流调速系统的原理………………………………………………………2
下载之后可以联系QQ1074765680索取图纸，PPT，翻译=文档
摘要
本文介绍了由全数字直流调速器组成的高炉探尺控制系统的工作原理，手动调节的过程和工作特性，并通过实际的调速电路定性的分析了高炉探尺控制系统运行时的状态变化及解决途径。介绍了西门子SIMOREG DC-MASTER 6RA70直流调速装置的使用方法，系统的设计思路，以及全数字控制系统的优越性。
PLC选用西门子的小型PLC：S7-200。CPU选用226，S7-200是SIEMENS公司推出的一种小型PLC，具有如下特点：
（1）它结构紧凑
（2）扩展性良好
（3）指令功能强大
（4）价格低廉
S7-200PLC的产品：
（1）集成一定数字I/O点的CPU：CPU221、CPU 222、CPU 224、CPU 226、CPU 226XM
（3）通讯模块：EM277、EM241等其它模块：特殊功能模块可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。S7-200的编程软件：STEP7-Micro/WIN32。该编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控。使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。
提尺：探尺处于提尺状态时,电动机正转，如图2所示。Md为电动机电磁力矩, Mg为重锤重力矩，Mf为系统静摩擦力矩，v为提尺速度。当重锤以v匀速上升时，电动机电磁转矩Md =Mg + Mf ,电动机电磁力矩和电动机转向相同,为驱动转矩，可控硅处于整流工作状态，如图1所示。
图2提尺状态
放尺:探尺处于放尺状态时,电动机反转,如图3所示。当重锤以v匀速下放时，电动机电磁转矩Md = Mg- Mf ,电磁转距与电动机转向相反，为制动转矩,电动机处于制动状态，可控硅处于逆变工作状态。
2.2高炉探尺系统的工作原理…………………………………………………4
3硬件选择……………………………………………………………………………6
3.1直流电机的选型……………………………………………………………6
3.2 PLC的选型…………………………………………………………………9
3.3直流调速装置的选型………………………………………………………12
针对老系统的这些缺点，我们运用新兴的工业产品设计出新型高炉探尺工艺控制：高炉探尺采用直流电机传动，高性能全数字直流调速装置SIMOREG DC-MASTER 6RA70驱动控制。高炉探尺作为监视和控制高炉内料位的重要设备，其控制的关键点在于准确地进行料面跟踪。
新型高炉探尺工艺特点如下：
（1）放尺速度均恒。
3.4编码器的选型………………………………………………………………16
3.5硬件接线图…………………………………………………………………20
4软件设计…………………………………………………………………………20
4.1 I/O口的选择………………………………………………………………21
4.2程序流程图…………………………………………………………………21
图3放尺状态
跟随料面:当重锤下放至料面时,被料面挡住,停在料面上，如图4所示.电动机电磁转矩Md = Mg - Mz，Mz为料面对重锤的支持力矩。电动机处于堵转状态，可控硅处于整流工作状态。当料面下降，Mz减小甚至为0时，在Mg的作用下，电动机反转，可控硅又进入逆变工作状态。
图4跟随料面
重锤下降直到重新停在料面上，这个过程就是重锤跟随料面。此时，可控硅处于整流和逆变频繁转换过程中。探尺的跟随性是判断探尺系统好坏的一个重要因素。如Md太小，Mz偏大，重锤容易发生倾倒现象,探尺就不能反映料面的真实高度。如Md太大，Mz偏小，重锤就不易完全跟随料面，发生重锤悬浮现象,探尺也不能反映料面的真实高度。实际应用中,这两种情况都是不允许出现的。
4.3 PLC控制程序………………………………………………………………22
5高炉探尺的调试…………………………………………………………………24
致谢………………………………………………………………………………25
参考文献
1绪论
探尺是炼铁厂上料系统的重要组成部分。在工作过程中，它能准确地指示料面高度和分布状况，因此对整个高炉系统的高效安全运行起着重要作用。探尺是利用电动机拖动重锤来探测料面高度，高炉探尺系统是对高炉内料面的高低进行测量，并实时显示料线和料速,给出是否加料的信号。探尺多为铸钢圆柱重锤，长约700 mm，由电动机拖动卷筒，通过缠绕在卷筒上的钢丝绳，经滑轮和链索将重锤伸入炉膛内。现在很多钢铁公司炼铁厂所用探尺传动采用传统的空开、接触器和接触调压器驱动形式。工作过程为：提尺时电机定子接入电网额定电压，电机正转；放尺时通过接触调压器使电机定子接入几十伏左右的电压，改变供电相序，电机反转，重锤下放。
（2）静止可控整流器。用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压。
（3）直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。
下面分别对各种可控直流电源以及由它供电的直流调速系统作概括性介绍。静止可控整流器：从20世纪50年代开始，采用汞弧整流器和闸流管这样的静止变流装置来代替旋转变流机组，形成所谓的离子拖动系统。离子拖动系统克服旋转变流机组的许多缺点，而且缩短了响应时间，但是由于汞弧整流器造价较高，体积仍然很大，维护麻烦，尤其是水银如果泄漏，将会污染环境，严重危害身体健康。因此应用时间不长，到了20世纪60年代又让位给更为经济可靠的晶闸管整流器。
2.2高炉探尺工作原理
准确测量料位是保证高炉正常工作的重要条件，工作过程如下，电机运行时带动重锤上升或是下降，通过采集编码器的脉冲换算出探尺的位置，其系统图如下探尺为铸钢圆柱重锤,由电动机拖动卷筒，通过缠绕在卷筒上的钢丝绳,经滑轮和链索将重锤伸入炉膛内。
图1系统图
探尺系统有三种工作状态：提尺、放尺和跟随料面。其系统图如上图。下面分别就这三种状态说明探尺的控制原理。要求在直流电机轴端安装增量码盘作为位置检测元件。电机机轴端接多圈绝对值码盘，信号经高速计数器接口进PLC，由PLC进行处理读出探尺的高度，作为检测探尺位置的信号。
（2）准确探测料面。
（3）跟随料面下降。
（4）提尺速度快，停的位置准确。
（5）到达上限位置自动停止。
2控制系统的工作原理
2.1直流调速系统原理
改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压或者改变励磁磁通，都需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：
（1）旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
老式探尺存在问题：
（1）放尺不畅，电压波动时，放尺速度波动，经常需手动干预。
（2）放尺过程采用小电压且使电机向下转，易松绳，乱绳和倒锤，烧锤。
（3）不能很好跟踪料面，影响及时向炉内布料。
（4）更换重锤时，调试时间相对长。
（5）对重锤重量偏差要求较严。
（6）需经常维护，控制精度低,调试难度大，故障率高维护工作量比较大。
3硬件设备的选型
3.1直流电动机的选型
根据工艺要求，直流电动机参数
型号：Z4-112/2-1
额定电压440V
电枢电流8.6A
额定转速1500
最高转速30ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
励磁电压220V
励磁电流0.75A
功率3kw
效率72.8
3.2 PLC的选型
PLC是以微处理器为核心的一种特殊的工业用计算机，其结构与一般的计算机相类似，由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM等）、输入接口、输出接口、I/O扩展接口、外部设备接口以及电源等组成。CPU单元由微处理器、系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器等组成，它是PLC的核心部件，是由大规模或超大规模的集成电路微处理芯片构成，主要完成运算和控制任务，可以接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。进入运行状态后，用扫描的方式接收输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号。分时、分渠道地执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据运算结果控制输出设备。存储器单元按照物理性能分为两类，随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。随机存储器由一系列寄存器阵组成，每位寄存器可以代表一个二进制数，在刚开始工作时，它的状态是随机的，只有经过置“1”或清“0”的操作后，它的状态才确定。若关断电源，状态丢失。这种存储器可以进行读、写操作，主要用来存储输入输出状态和计数器、定时器以及系统组态的参数。为防止断电后数据丢失，可采用后备电池进行数据保护，一般可以保存5年，当电池电压降低时，欠电压指示灯发光，提醒用户更换电池。只读存储器在两种，一种是不可擦除ROM，这种ROM只能写入一次，不能改写。另一种是可擦除ROM，这种ROM经过擦除以抂这可以重写。其中EPROM只能用紫外线探险内部信息，E2PROM可以用电擦除内部信息，这两种存储器的信息可以保留10年左右。输入输出单元由输入模块、输出模块和功能模块构成，是PLC与现场输入输出设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入模块把工业设备或生产过程的状态或信息读入中央处理单元，通过用户程序的运算与操作，把结果通过输出模块输出给执行单元。输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，输出模块具有隔离PLC内部电路和外部执行单元的作用，还具有功率放大的作用。输出模块有晶体管输出模块、晶闸管输出模块和继电器输出模块。接口单元包括扩展接口、编程器接口、存储器接口和通信接口。扩展接口是用于扩展输入输出单元。它使PLC的控制规模配置得更加灵活。这种接口为总线形式，可以配置开关量的I/O单元，也可以配置如模拟量、高速计数等特殊I/O单元及通信适配器等。编程器接口是连接编程器的，PLC本体通常是不带编程器的。为了能对PLC编程及监控，PLC上专门设置有编程器接口。通过这个接口可以接各种形式的编程装置，还可以利用此接口做通信、监控工作。存储器接口是为了扩展存储器而设置的。用于扩展用户程序存储区和用户数据参数存储区，可以根据使用的需要扩展存储器。其内部也是接到总线上的。通信接口是为了在微机与PLC、PLC与PLC之间建立通信网络而建立的接口。
表1 CPU226技术指标
程序存储器
关键词：直流调速系统,直流电动机,高炉探尺
blast furnace gage rod the design of control systems（DC control）
Abstract
This paper introduces the all-digital DC speed control system, working principle, self-adjusting process and the operating characteristics and the actual speed control circuit through the qualitative analysis of automatic control systems. Siemens introduced the SIMOREG DC-MASTER 6RA70 DC converter to use, system design, and all the advantages of digital control system.
Keywords:DC Speed Regulation System, DC Motor, BlastFurnace Gage Rod
1绪论…………………………………………………………………………………1
2控制系统的工作原理………………………………………………………………1
2.1直流调速系统的原理………………………………………………………2
下载之后可以联系QQ1074765680索取图纸，PPT，翻译=文档
摘要
本文介绍了由全数字直流调速器组成的高炉探尺控制系统的工作原理，手动调节的过程和工作特性，并通过实际的调速电路定性的分析了高炉探尺控制系统运行时的状态变化及解决途径。介绍了西门子SIMOREG DC-MASTER 6RA70直流调速装置的使用方法，系统的设计思路，以及全数字控制系统的优越性。
PLC选用西门子的小型PLC：S7-200。CPU选用226，S7-200是SIEMENS公司推出的一种小型PLC，具有如下特点：
（1）它结构紧凑
（2）扩展性良好
（3）指令功能强大
（4）价格低廉
S7-200PLC的产品：
（1）集成一定数字I/O点的CPU：CPU221、CPU 222、CPU 224、CPU 226、CPU 226XM