1項目介紹

不銹鋼是20世紀重要發(fā)明之一,具有強度高、耐蝕性強、耐熱性好等諸多優(yōu)點,因此在工業(yè)上廣泛應用,石化工業(yè)、電子機械、醫(yī)療機械、住宅裝飾等無處不用。但不銹鋼在進行冶煉、熱軋、熱處理等的過程中,表面上會生成一層氧化皮,為生產加工帶來困難。為了保障不銹鋼表面的光潔度、光亮度和使用壽命,必須在拉拔、鈍化、電鍍等下道工序加工之前進行酸洗清除氧化皮。

國內典型不銹鋼酸洗工藝,主要包括堿浸和酸洗兩個體系,稱為堿-酸復合酸洗:而國外不銹鋼酸洗大多采用HN03/HF混酸酸洗,業(yè)內比較知名的幾家企業(yè)分別是德國STEULER公司、日本五十鈴公司、美國UVK公司、捷克EK0M0R公司以及德國HenKe1公司。其中德國STEULER公司不銹鋼酸洗線特點尤為突出,除采用還原型堿浸與HN03/HF混酸酸洗工藝外,其三廢處理設施也十分先進、齊全。該生產線特點:隧道式不銹鋼酸洗生產線:全自動化立體倉庫存儲系統(tǒng),全過程物料跟蹤,自動化程度高:采用還原型堿浸,技術先進環(huán)保:酸洗技術先進,工藝穩(wěn)定完善:廢混酸采用酸過濾和酸再生系統(tǒng),回收返回酸洗線循環(huán)利用:廢水采用Ca(0H)2中和處理:氮氧化物廢氣采用先進的SCR脫氮系統(tǒng)處理,硫酸酸霧采用Na0H進行噴淋處理。

2工藝流程及廠內設備布局工序流程如圖1所示。

廠內設備布局如圖2所示。

3控制系統(tǒng)構成和產品應用特點

3.1西門子產品的配置

為保證整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在設計選型上沿用了我們一直信賴的西門子品牌產品。低壓開關設備中,如VL160x系列塑殼斷路器,提供柜內24VDC的S1T0PPSU100M40A調節(jié)型電源,開關設備如5SY4小型斷路器、S1T0PPSE200U選擇模塊,保護設備如3RT2系列功率接觸器,驅動單元采用SNAM1CSG120系列變頻器等等。

通信方面,本系統(tǒng)采用的是西門子常用的工業(yè)以太網(SCALANCEx108,非管理型1E交換機)與PR0F1BUS相結合的方式,由于主控柜與遠程站之間傳輸距離較遠,還采用了SIMATIC S7診斷中繼器(6ES7972-0AB01-0xA0),在線診斷PR0F1BUS電纜,確保通信穩(wěn)定及可靠性。

整個系統(tǒng)由西門子公司生產的S7-300F系列PLC(CPU319F-3PN/DP)控制,遠程站采用ET200S模塊。人機界面系統(tǒng)采用西門子公司的"WinCC亞洲版",基于微軟公司的視窗系統(tǒng),并建立在兩套完全獨立的WinCC工作站上(冗余系統(tǒng))。這兩套工作站完全互相獨立,當一套工作站出現(xiàn)故障無法操作時,所有關于生產線的操作均可由另一套工作站來完成?？刂葡到y(tǒng)網絡結構如圖3所示。

3.2人機界面系統(tǒng)及操作系統(tǒng)

人機界面如圖4所示,上層的"概覽"窗口由兩行連續(xù)按鈕組成,它提供了整個工廠的概覽,每個區(qū)域由"概覽"窗口中的選擇按鈕表示,點擊區(qū)域選擇列表中的圖片,可直接進入各個工作區(qū)域畫面。

在工作區(qū)域中,包含了所有的運行工藝畫面。區(qū)域中的圖片是一個概覽圖,不同的過程畫面可以通過概覽窗口來選擇。此外,可以通過點擊指定槽罐的圖片進入詳細控制畫面,例如點擊槽罐PK21B01,畫面跳轉至該槽罐的詳細控制畫面,如圖5所示。

4控制系統(tǒng)完成的主要功能

前面已經講到,本項目設備的特點是自動化程度高、酸洗技術先進、工藝穩(wěn)定完善,那么如何實現(xiàn)這些特點呢?除了西門子各硬件設備外,西門子在PLC的程序控制以及HMI的人性化操作等軟設備上也提供了極大的幫助。

4.1工藝P1D調節(jié)及控制

HC1/HF/HNo3酸洗溶液的處理工藝,通俗地說,如加酸和排酸的計算控制,是依據(jù)一系列處理槽中的產量和不定時的酸液成分分析,由PLC控制系統(tǒng)進行酸洗操作中酸液的添加和排放:還有沖洗管路、循環(huán)管路中的液壓控制,各槽罐中溶液溫度的計算控制(不同的溫度對金屬線材表面的處理效果也會有差異)等等。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構、輸入/輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋涍^輸出接口、執(zhí)行機構加到被控系統(tǒng)上,控制系統(tǒng)的被控量經過傳感器、變送器通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng),其傳感器、變送器、執(zhí)行機構是不一樣的,比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器,電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。

過程控制的實現(xiàn)需要借助PID算法,那什么是PID控制呢?比例、積分、微分控制,簡稱"PID控制",又稱"PID調節(jié)"?？刂葡到y(tǒng)原理如圖6所示。

PID控制器由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成,其輸入e(u)與輸出.(u)的關系為:

其中,積分的上下限分別是0和u,因此它的傳遞函數(shù)為:

式中,Kp為比例系數(shù):7i為積分時間常數(shù):7d為微分時間常數(shù)。

PID算法控制看起來很復雜,但好在西門子公司提供了純粹的PID軟件控制產品,在編程設備中安裝了"標準PID軟件包"后,在STEP7編程軟件庫中將包含一個名稱為"STDCoN(V5)"的軟件包,它主要包括兩個功能塊"PID-CP"和"PID一ES",“PID一CP"即FB1功能塊包括連續(xù)PID控制器的所有功能,主要用于產生連續(xù)控制信號或脈沖控制信號:“PID一ES"即FB2主要用于產生位式控制信號。每個標準功能塊必須配置一個或幾個背景數(shù)據(jù)塊用于數(shù)據(jù)傳遞和功能參數(shù)分配。另外,為了能快速分配控制參數(shù),并盡量減少編程錯誤,標準PID軟件包還提供有圖形界面化的參數(shù)配置工具。

標準PID控制軟件包的適用范圍非常廣泛,它對于所控制的過程類形是沒有限制的,無論是慢速過程(例如溫度、液位控制過程)還是快速過程(例如流量、電機速度控制過程)都適用。在本程序中,PID功能模塊如圖7所示。

4.2編程軟件

下面以酸洗線中PK21136罐中蒸汽調節(jié)為例,簡單介紹使用STEP7中“PID一ES"即FB2模塊的編程過程。

第1步,裝載數(shù)據(jù)機構,向內部變量加載外部變量(圖8)。

第2步,確認人機界面上的操作模式(圖9)。

第3步,設定脈沖及中斷時間,導入當前反饋數(shù)值以及各設定參數(shù)值(圖10)。

第4步,調用PID調節(jié)模塊,并填入相關變量(圖11)。

當然,針對PID控制,在HMI中,我們做了比較詳細的描述,如圖12所示。

頂部的柱狀圖中,SV為設置值,這里是5.0bar(0.5MPa):PV是過程值,也是5.0bar(0.5MPa):MV則是PID控制器輸出信號所代表的操縱值,這里是73.1%。中間一欄是操作模式的選擇,操作方式可在手動和自動之間切換。手動模式下,“MV一MAN"中的數(shù)值將直接作為控制器“MV"的輸出值:自動模式下,PID控制器是主動的,并試圖控制過程值PV達到設定值SV。第三欄則用于調整PID控制器的時間常數(shù)和比例值,TI是積分時間常數(shù),TD是微分時間常數(shù),GAIN是比例因子。最后一欄是控制器的設定值,可以通過改變值來對調節(jié)值進行限制,如“Setpointupperlimit"是設置最大值上限,“Setpointlowerlimit"是設置最低值下限:相同地,控制器的輸出信號(MV)也可以被限制,控制器不會給出更高或更低的值,因為它在這里被限制了。

5結語

在項目實際安裝、調試過程中,西門子產品的靈活性、開放性,完善的技術文檔,良好的技術支持,通達便利的客戶服務網絡,使現(xiàn)場調試時間得到了有力保障,大大縮減了項目成本,這為我們日后大批量地使用和推廣西門子的產品奠定了良好的基礎。