1、電阻爐PLCHMI系統(tǒng)設(shè)計方案臺車式電阻爐自動化控制系統(tǒng)設(shè)計孫瑜馬鋼第三鋼軋總廠H型鋼點檢室摘要：臺車式電阻爐（下文中簡稱電阻爐）主要被應用于金屬加 工的熱處理工藝當中，在軋鋼廠中的主要用途為軋輥輥套的熱裝 加熱。其控制系統(tǒng)的主要控制對象是爐溫，經(jīng)過對電阻加熱棒電 源電壓的控制達到控制爐溫的目的。傳統(tǒng)的電阻爐控制系統(tǒng)中普 遍采用溫度控制儀與繼電器接觸器控制線路相結(jié)合的控制方法。 可是由于溫度控制儀存在功能單一、操作繁瑣、實際的爐溫與加 熱時間信息不易讀取等缺點，而繼電器接觸器控制方式存在隱患 故障點多，工作不可靠，等缺點。因此當前國內(nèi)已經(jīng)有一些廠家 在利用可編程序控制器（下文中簡稱PLC）以及

2、人機界面設(shè)備（下文 中簡稱HMI）來提升電阻爐的自動化程度。然而在溫控方面她們 任然在使用溫度控制儀來進行爐溫控制。本文所闡述的是一種利 用西門子的S7-200PLC以及西門子的SMART 700觸摸屏所具有的 特殊功能來具體實現(xiàn)電阻爐的包括溫度控制在內(nèi)的全自動化控制 方法。關(guān)鍵詞：可編程序控制器（PLC）、人機界面（HMI）、比例積分 微分調(diào)節(jié)（PID）、脈寬調(diào)制（PWM）、靜態(tài)繼電器（SSR）刖言當前H型鋼廠使用的臺車式工業(yè)電阻爐控制系統(tǒng)陳舊，故障率 高，特別是溫度控制儀工作可靠性差，曾多次出現(xiàn)爐溫不受控故 障。為此我才產(chǎn)生了對電阻爐的控制系統(tǒng)進行改造設(shè)計的想法。 由于我對西門子的工控產(chǎn)品

3、比較熟悉，因此就在西門子的小型自 動控制設(shè)備中尋找合適的產(chǎn)品。在充分考察過后我發(fā)現(xiàn)運用 S7- 200PLC與西門子最新的SMART 700觸摸屏相配合就能夠非常好的 解決這個問題。二、正文1.電阻爐控制任務分析：電阻爐的控制過程：首先電阻爐操作員要根據(jù)工件的加熱要 求，在溫控儀中編制加熱程序，之后操作員要將工件放置在臺車 上并啟動臺車將工件送入爐中，在關(guān)閉爐門和啟動風機之后操作 員啟動溫控儀運行加熱程序，在溫控儀的控制下完成加熱程序之 后會自動停止加熱。根據(jù)以上簡述的對電阻爐的控制要求，能夠看出電阻爐控制系 統(tǒng)的任務大致上能夠分成閉環(huán)爐溫控制和對爐門、臺車以及風機 電動機的一般邏輯控制兩部分

4、。電阻爐的閉環(huán)溫度控制和HMI操 作畫面的設(shè)計是本設(shè)計的重點任務，而對爐門、臺車、循環(huán)風機 的控制相對比較簡單。2.控制系統(tǒng)硬件構(gòu)架:SIMATIC HMI SMART 700觸摸屏臺車電阻爐本體臺車電阻爐本體圖1控制系統(tǒng)構(gòu)架圖*該系統(tǒng)由一臺西門子S7-200PLC和一塊SMART 700觸摸屏構(gòu)成了 自動化控制系統(tǒng)的主體。我選用的是CPU226型PLC該PLC有兩個9針D型數(shù)據(jù)接口方便在設(shè) 備運行時在線調(diào)試。CPU主機由DC24V供電，具有24個DC24V輸入 點和16個DC24V （固態(tài)MOSFET）輸出點，每個輸出點額定電流為 0.75A,這些技術(shù)參數(shù)正合適直接驅(qū)動三相靜態(tài)繼電器。它具有

5、8個 PID回路，能夠用于溫度閉環(huán)控制。HMI設(shè)備選擇的是西門子的SMART 700觸摸面板，該面板具有 趨勢視圖、配方視圖和報警視圖功能，在該設(shè)計中能得到充分的 運用。*為了讀取爐溫的實際值，我為PLC增加了一塊四輸入的EM231 熱電偶模塊。該模塊有專門的冷端補償電路，用于補償基準溫度 和模塊處溫度之間的溫度差，該模塊能夠選擇使用包括K型在內(nèi) 的多種熱電偶、電壓范圍：+/-80mV輸入分辨率為0.1C（15位加 符號位）、模塊更新時間405ms、數(shù)字格式：-27648到+27648、 需要外接DV24V電源。*使用交流三相靜態(tài)繼電器作為脈寬調(diào)制（下文簡稱PWM）的功 率開關(guān)元件，它將根據(jù)PLC輸出的脈寬調(diào)制信號通斷電阻加熱棒 的供電。由于電加熱器負載初始接通瞬間會出現(xiàn)的浪涌電流可達 3倍的穩(wěn)態(tài)電流，因此，三相靜態(tài)繼電器降額20%-30%使用。根 據(jù)我廠使用的電阻加熱器的穩(wěn)態(tài)電流為120A，能夠選擇額定輸出 電流為150A-170A的三相交流過零觸發(fā)靜態(tài)繼電器作為開關(guān)功率 元件。*溫度傳感器選用K型熱電偶，K型