摘 要：針對太原第二煉鋼廠精煉F爐冶煉的實際要求，使用西門子系列PLC、觸摸屏、變頻器和利用現場總線實現遠程監控的新型專用中喂線機的設計方案，文中闡述了該系統的各主要組成部分及特性，該方案有效提高了鋼包喂線的自動化水平與冶煉鋼質量。

關鍵詞：喂線機；PLC；變頻器；PROFIBUS-DP現場總線

在鋼鐵冶煉過程中，需要向鋼包中加入各種脫氧劑、脫硫劑等添加劑。但由于鋼水粘度大、鋼包深、鋼水表面飄有鋼渣等原因，將包芯線均勻熔于鋼水中一直是個難題。近幾年，人們利用喂線技術較好地解決了這個難題。喂線技術是將各類添加劑卷入鋼帶中形成包芯線，通過喂線機將包芯線打入鋼包中一系列技術的總稱。目前國內的各類鋼廠精煉爐鋼包喂線機方案，均是采用簡單儀表控制加人工操作方式進行。由于喂線長度和喂線速度與煉鋼質量密切相關，而人工操作的喂線速度與喂線長度不易控制，經常造成產品質量不穩定，所以喂線機的喂線過程實現自動化控制是必然的趨勢。

1 控制方案的確定

針對太原第二煉鋼廠精煉F爐的實際情況，新型的喂線機控制部分由氣路和電路兩部分組成，通過控制交流電機的轉速和轉圈數來控制喂線速度和喂線長度。電氣控制系統由西門子S7200可編程序控制器對喂線機進行自動控制，采用西門子TP170A觸摸屏完成人機對話，實現對喂線速度、喂線長度的精確設定；采用兩臺西門子MicroMaster420變頻器實現喂線電機的變頻調速；利用PROFIBUS-DP現場總線構成現場總線控制系統，采用STEP7-MICRO WIN 32進行了網絡組態以及硬件組態，實現了上位PC機監控組態軟件Win CC與MICRO WIN 32的動態鏈接，實現在控制室內實現現場操作、監視和數據的采集．系統結構示意圖如圖1。

2 電氣控制的實現

2.1 控制系統組成

系統控制核心選用德國西門子S7-200可編程序控制器，CPU為控制高速事件提供了高速I/O，這為喂線機中使用高速計數器提供了方便，同時提供了方便、簡潔、開放的通訊功能。

控制系統使用了PLC兩個RS485通訊口：Port0通訊口采用USS協議與兩臺變頻器進行通訊，控制喂線電機的速度；Port1通訊口通過MPI協議與TP170A觸摸屏進行通訊，完成人機對話。通過TP170A觸摸屏，可進行喂線參數的精確設定、實時顯示、全機的點動調試、自動運行以及工藝參數的計算。兩路光電高速計數器與PLC的I/O接口連接，實時采集運動部件喂線輪的角速度。同時控制系統采用西門子EM-277模塊，通過PROFIBUS-DP現場總線連接PLC和帶CP-5611網卡的控制室計算機，實現系統的遠程監控。

變頻器的選擇主要依據實際控制精度與電機容量選擇^[1]。由于喂線電機功率為11kW，方案選取性價比較高的非矢量控制MicroMaster420變頻器。該變頻器與PLC通過USS協議指令配套使用，具有調速范圍廣、轉速精度高、耐高溫、運行可靠等特點。USS協議指令是STEP 7-MICRO/WIN32軟件工具包中PLC與變頻器通訊的協議指令，使用專為USS協議通信而設計的預配置子程序和中斷程序實現PLC與變頻器通訊。

通過設置變頻器遠程控制方式，變頻器從站地址、波特率、工作頻率、啟動時間、制動方式等相關參數，實現PLC對變頻器的實時控制與變頻器信號反饋。PLC接受指令后，根據設定喂線速度計算電機轉速與頻率，并將值以USS協議指令傳送給變頻器。變頻器接受指令后，根據內部設定參數對電機進行調速。調速方式為V/F型，即在改變變頻器輸出頻率的同時，通過相應改變變頻器輸出電壓來保證異步電機磁通不變。該調速方式簡便可靠，能夠很好地滿足喂線機調速要求。

2.2 PC控制程序

PLC控制程序采用SIEMENS公司的STEP7軟件梯形邏輯編程語言LAD編制。STEP7-MICRO WIN32是適用于S7-200系列可編程控制器的專門軟件。此軟件運行于WIN2000平臺，標準軟件包中包含有3種編程語言：語句表編程語言STL梯形邏輯編程、語言LAD、功能塊圖編程語言FBD。 程序部分包括主程序和7個子程序、3個中斷程序。主程序完成邏輯功能控制及子程序和中斷程序的調用。程序工作示意圖如圖3所示。

其中：SBR0初始化子程序，對2個高速計數器進行初始化，以及USS協議初始化。SBR1～SBR5 USS通訊協議所需子程序。INT1～INT3 USS協議通訊指令所需中斷程序。SBR6速度計算子程序，計算當前喂線速度、當前喂線長度等實時值，并通過TP170A顯示出來。SBR7計算器子程序，通過輸入的喂線速度、喂線長度，來計算理論喂線電機頻率。SBR8面板開關控制子程序，控制喂線機的啟動，停止，喂線選擇，工作/維修狀態選擇等眾多控制要求。

3 遠程監控的實現

3.1 現場總線選擇

PROFIBUS是一種國際性的、開放式的現場總線標準，主要針對工業過程控制領域的應用，用于分布式控制系統的高速數據傳輸。PROFIBUS有PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP三種形式。本設計所采用的PROFIBUS-DP根據ISO7498國際標準以開放系統互聯網絡OIS為參考模型，使用第1、2層和用戶接口，該總線物理層采用RS485傳輸方式（以RS-485雙絞線電纜或光纜作為傳輸介質），傳輸速度為9.6kbps～12Mbps，實現分布式I/O站和現場設備的自動化系統之間的通訊。

3.2 組態軟件設計

本文使用組態軟件WinCC實現人機界面（HMI）和監控管理系統。該系統設計分為以下幾個模塊：WinCC通訊驅動程序，實現PLC和WinCC數據管理器的連接；圖形運行系統，提供人機界面，實現喂線長度、速度設定，喂線長度、速度實時顯示；變量記錄運行系統，記錄喂線長度、速度等變量的歷史紀錄；報警記錄運行系統，提供喂線長度值實時監控，保障系統運行安全。 系統數據存儲在WinCC中SQLAnywhere系統數據庫中。運行期間，WinCC通訊驅動程序利用通道單元構成WinCC和PLC程序之間的接口。它使用通訊處理器來向PLC發送請求消息，待PLC返回應答消息后，通訊處理器將其中的過程值返回給WinCC數據管理器。WinCC數據管理器集中管理各種數據，為實現喂線長度、速度設定、實時顯示、報警和歷史紀錄存儲等功能提供各類數據。

4 結 語

該喂線機控制系統采用TP170A觸摸屏作為人機界面，增加了系統的可靠性，精確控制了喂線速度與喂線長度，使煉鋼質量得到了可靠保證；采用S7-200的USS協議直接控制變頻器，實現了控制方式靈活、精度高、程序開發簡單等優點；利用PLC控制系統加工業組態軟件WinCC進行現場監控，實現了現場操作、監視和數據的采集．該系統投入運行以來一直十分穩定，使太鋼第二煉鋼廠F爐的精煉質量有了可靠的保障，取得了良好的經濟效益和社會效益．

參考文獻:

[1]Siemens AG.WinCC v5 The Configuration Manual and the Communication Manual[P].Germany:Siemens,2000.

[2]張永，李躍進，等.基于現場總線Profibus技術的BNBM水性涂料生產線自控系統[J].制造業自動化，2000（22）:45-46．

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