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,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,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。人機界面系統采用西門子公司的"WinCC亞洲版",基于微軟公司的視窗系統,并建立在兩套完全獨立的WinCC工作站上(冗余系統)。這兩套工作站完全互相獨立,當一套工作站出現故障無法操作時,所有關于生產線的操作均可由另一套工作站來完成。控制系統網絡結構如圖3所示。

3.2人機界面系統及操作系統

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上,控制系統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,其傳感器、變送器、執(zhí)行機構是不一樣的,比如壓力控制系統要采用壓力傳感器,電加熱控制系統的傳感器是溫度傳感器。

過程控制的實現需要借助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,因此它的傳遞函數為:

式中,Kp為比例系數:7i為積分時間常數:7d為微分時間常數。

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據塊用于數據傳遞和功能參數分配。另外,為了能快速分配控制參數,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,裝載數據機構,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,導入當前反饋數值以及各設定參數值(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控制器的時間常數和比例值,TI是積分時間常數,TD是微分時間常數,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。