CN107906080A - 大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，包括与炉盖液压缸比例阀相连的炉盖液压比例放大控制器，与拉锭舱液压缸比例阀相连的拉锭舱液压比例放大控制器，炉盖液压比例放大控制器与炉盖PLC控制器相连，拉锭舱液压比例放大控制器与拉锭舱PLC控制器相连，炉盖PLC控制器、拉锭舱PLC控制器分别通过网络与远程中心控制上位机相连。能精准地将炉盖、拉锭舱控制系统的多个液压缸，同步实现平稳开启或关闭，其误差分别在1mm范围内，并保持炉体完全密封，具有非常高的精准控制率、稳定性和可靠性，完全满足生产及智能化控制要求，减少设备故障率，并能将开闭炉盖、拉锭及密封操作通过网络传送至中心控制上位机监管。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统，尤其是一种大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制系统，属于自动控制技术领域。
背景技术
在大型真空熔炼炉，尤其大型真空电子速冻冷床炉上，由于现有炉盖、拉锭舱开闭系统受生产工艺及自身技术条件和真空密封技术要求限制，以及现有的HAWE编程控制器成本较高、编程较为复杂、困难，且编程软件难以购买、兼容性单一，致使现有炉盖液压控制、拉锭舱液压控制不能同步，难于实现炉体完全密封，难于保证炉内真空，影响正常冶炼生产。为此需要研发一种大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制系统，来对拉锭舱液压系统和炉盖液压系统，特别是炉盖、拉锭舱液压控制系统的多只油缸实现同步智能控制，这样才能精准地使拉锭舱和炉盖的多只液压缸能够同步开启或关闭，并实现炉体的完全密封，从而保证大型真空熔炼炉生产的顺利进行，降低生产控制成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，包括与炉盖液压缸比例阀相连的炉盖液压比例放大控制器，与拉锭舱液压缸比例阀相连的拉锭舱液压比例放大控制器，炉盖液压比例放大控制器与炉盖PLC控制器相连，拉锭舱液压比例放大控制器与拉锭舱PLC控制器相连，炉盖PLC控制器、拉锭舱PLC控制器分别通过网络与远程中心控制上位机相连，其特征在于所述PLC控制器为西门子PLC-S7-300自动控制器，该西门子PLC-S7-300自动控制器的硬件为：远程接口模块IM153-2、模拟量输入AI模块、数字量输入DI模块、数字量输出DO模块、模拟量输出AO模块、CPU模块、PS电源模块；具体配置如下：将远程接口模块IM153-2、模拟量输入AI模块、数字量输入DI模块、数字量输出DO模块、模拟量输出AO模块、CPU模块、PS电源模块在硬件组态HW Config选项中进行对应配置编辑，完成软件系统中的硬件配置；在HW Config中的“I/O模块属性”选项中，配置对应地址及物理参数，以完成I/O模块的参数配置；在HW Config中CPU模块的MPI/DP属性中配置DP通讯协议以及通讯速率，以完成通讯参数配置；将CPU模块的MPI/DP唯一地址配置在MPI/DP模块属性中，以完成CPU模块的通讯地址配置，将CPU模块与远程接口模块IM153-2进行网络连接，完成CPU与现场液压比例放大控制器的相互间的DP通讯和连接；同时在HW Config中CPU的以太网“PN”属性中配置TCP/IP通讯协议以及通讯速率，以完成CPU模块的TCP/IP通讯参数配置；将CPU模块的TCP/IP唯一地址配置在CPU模块的“PN”属性中，以完成CPU模块的TCP/IP通讯地址配置，最后将以太网线接入工业以太网交换机，完成炉盖液压控制、拉锭液压控制相互间以及与远程中心控制上位机之间的以太网通讯和连接；以便将PLC控制器的电流/电压控制信号送给对应的液压比例放大控制器后，经转换并放大为脉冲宽度调制信号波，产生精准、稳定、可靠的电压信号来控制对应的比例阀开启或关闭，进而同步启动或停止炉盖液压缸或/和拉锭舱液压缸工作，完成炉盖、拉锭的开启或者关闭并密封，缩短大型真空熔炼炉炉内抽真空的操作时间，降低生产成本，方便备品备件的统一订购和更换，且该控制系统具有较高的稳定性和可靠性；同时将开闭炉盖、拉锭及密封操作通过以太网总线、以太网交换机传送至中心控制上位机监管。
所述炉盖液压比例放大控制器及炉盖PLC控制器、拉锭舱液压比例放大控制器及拉锭舱PLC控制器均安装在控制室内，通过以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式与远程中心控制上位机相连；炉盖液压比例放大控制器、拉锭舱液压比例放大控制器与现场大型真空熔炼炉的炉盖液压缸比例阀、拉锭舱液压缸比例阀电连接。
所述炉盖液压比例放大控制器及炉盖PLC控制器、拉锭舱液压比例放大控制器及拉锭舱PLC控制器均安装在控制室，通过以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式与远程中心控制上位机相连；所述炉盖液压比例放大控制器、拉锭舱液压比例放大控制器通过传输线缆与现场大型真空熔炼炉的炉盖液压缸比例阀、拉锭舱液压缸比例阀相连接。
所述网络通讯方式为以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式，其中以太网包括以太网总线以及以太网交换机，以太网总线为S7-300+ET200M的总线。
所述液压比例放大控制器为HJ2M2控制器，通过该HJ2M2控制器将西门子PLC-S7-300自动控制器的模拟量输出AO信号的小电流/电压信号，转换并放大为脉冲宽度调制（PWM）信号波，从而产生稳定可靠并可以精准控制液压缸比例阀的电压信号，再通过设置在西门子S7-300系列PLC自动控制器内的简单编程，便可完成对多个液压缸比例阀进行同步开启或关闭的控制。
所述西门子S7-300系列PLC控制器的模拟量输出AO模块，采用以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式并通过远程接口模块IM153-2与远程中心控制上位机连接。
所述西门子PLC-S7-300自动控制器还包括常规的PLC模块的硬件组态、PLC自动控制程序的编写，且均在西门子PLC-S7-300自动控制器中配置和编写，并通过以太网通讯方式和ProfiBus-DP网络通讯方式连接，其中的通讯参数及通讯地址配置也在西门子PLC-S7-300自动控制器中完成，包括起始地址、通讯地址、通讯协议、所传输的字节长度。
所述通讯及数据采集采用ProfiBus-DP网络通讯方式，并对西门子PLC-S7-300自动控制器进行硬件配置、通讯配置、参数设置，同时通过西门子PLC-S7-300自动控制器的模拟量输出AO信号直接发送到液压比例放大控制器HJ2M2，再次将信号和数据转换并放大为脉冲宽度调制（PWM）信号波，最后输出至液压缸比例阀，从而实现相互数据交换和数据传输。
本发明具有下列优点和效果：采用上述方案，能精准地将炉盖液压控制系统的多个液压缸和拉锭舱控制系统的多个液压缸，同步实现平稳开启或关闭，其误差分别在1mm范围内，并保持炉体完全密封，有效缩短大型真空熔炼炉炉内抽真空的操作时间，功能完善，具有非常高的精准控制率以及较高的稳定性和可靠性，完全满足生产及智能化控制要求，设备维护也更加简单方便，减少设备故障率，并能直接有效提高真空冶炼周期和成才率，增加经济效益。同时还极大地节省了控制电缆的使用量，降低成本和人工维护量，弥补了现有控制器采购困难、编程软件单一、编程复杂困难的缺陷，方便备品备件的统一订购和更换，并能将开闭炉盖、拉锭及密封操作通过网络传送至中心控制上位机监管。
附图说明
图1是本发明完成软件系统中的硬件配置示意图；
图2是本发明DP总线网络及参数配置示意图；
图3是本发明程序配置示意图；
图4是本发明程序配置示意图；
图5是本发明速度给定配置示意图；
图6是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例
本发明提供一种大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，包括与炉盖液压缸比例阀相连的炉盖液压比例放大控制器，与拉锭舱液压缸比例阀相连的拉锭舱液压比例放大控制器，炉盖液压比例放大控制器与炉盖PLC控制器相连，拉锭舱液压比例放大控制器与拉锭舱PLC控制器相连，炉盖PLC控制器、拉锭舱PLC控制器分别通过网络与远程中心控制上位机相连，其中：所述PLC控制器为西门子PLC-S7-300自动控制器，该西门子PLC-S7-300自动控制器的硬件为：远程接口模块IM153-2、模拟量输入AI模块6ES7 331-1KF02-0AB0、数字量输入DI模块6ES7 321-1BL00-0AA0、数字量输出DO模块6ES7 322-1BL00-0AA0、模拟量输出AO模块6ES7 332-5HF00-0AB0、CPU模块CPU 315-2 PN/DP、电源模块PS30710A；具体配置如下：将远程接口模块IM153-2、模拟量输入AI模块6ES7 331-1KF02-0AB0、数字量输入DI模块6ES7 321-1BL00-0AA0、数字量输出DO模块6ES7 322-1BL00-0AA0、模拟量输出AO模块6ES7 332-5HF00-0AB0、CPU模块CPU 315-2 PN/DP、PS电源模块PS30710A在硬件组态HWConfig选项中进行对应的CPU模块6ES7 315-2EH14-0AB0、电源模块6ES7 307-1KA01-0AA0的配置编辑，完成软件系统中的硬件配置，如附图1所示；在HW Config中的“I/O模块属性”选项中，配置对应地址及物理参数：模拟量输入AI模块6ES7 331-1KF02-0AB0的地址为：PIW256-PIW478；模拟量输出AO模块6ES7 332-5HF00-0AB0的地址为：PQW368-PQW382；数字量输入DI模块6ES7 321-1BL00-0AA0的地址为：I0.0-I7.7；数字量输出DO模块6ES7 322-1BL00-0AA0的地址为：Q0.0-I3.7；完成I/O模块的参数配置；在HW Config中CPU模块的MPI/DP属性中配置DP通讯协议以及通讯速率：MPI/dp地址为：18，通讯速率为1.5Mbps，完成通讯参数配置；将CPU模块的MPI/DP唯一地址配置在MPI/DP模块属性中，完成CPU模块的通讯地址配置，将CPU模块与远程接口模块IM153-2进行网络连接，完成CPU与现场液压比例放大控制器的相互间的DP通讯和连接,如附图2所示；同时在HW Config中CPU的以太网“PN”属性中配置TCP/IP通讯协议以及通讯速率：TCP/IP地址为：192.168.12.5，通讯速率为100Mbps，完成CPU模块的TCP/IP通讯参数配置；将CPU模块的TCP/IP唯一地址配置在CPU模块的“PN”属性中，完成CPU模块的TCP/IP通讯地址配置，最后将以太网线接入工业以太网交换机，完成炉盖液压控制、锭液压控制相互间以及与远程中心控制上位机之间的以太网通讯和连接。
所述炉盖液压比例放大控制器及炉盖PLC控制器、拉锭舱液压比例放大控制器及拉锭舱PLC控制器均安装在控制室内，通过以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式与远程中心控制上位机相连；炉盖液压比例放大控制器、拉锭舱液压比例放大控制器与现场大型真空熔炼炉的炉盖液压缸比例阀、拉锭舱液压缸比例阀电连接。如此连接即能减少传输线缆的用量，降低成本，又能实现控制室PLC控制器与远程中心控制上位机间的数据通讯和数据交换，实现大型真空熔炼炉生产过程中的高可靠性、高控制精度的远程控制和监控，有利于节能减排和提高生产效率。进一步将各远程中心控制上位机与控制室各PLC控制器通过高速低成本的ProfiBus-DP网络实现远程数据通讯和数据交换，从而提高系统远程通讯的抗干扰能力，提高系统的可靠性；将上位机与PLC控制器间采用应用较为广泛的Ethernet网络进行通讯，从而降低网络运行成本和维护难度。因此，本发明具有结构简单、维护容易、可靠性高的特点。
所述炉盖液压比例放大控制器及炉盖PLC控制器、拉锭舱液压比例放大控制器及拉锭舱PLC控制器均安装在控制室，通过以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式与远程中心控制上位机相连；所述炉盖液压比例放大控制器、拉锭舱液压比例放大控制器通过传输线缆与现场大型真空熔炼炉的炉盖液压缸比例阀、拉锭舱液压缸比例阀电连接。
所述网络通讯方式为以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式，其中以太网包括以太网总线以及以太网交换机，以太网总线为S7-300+ET200M的总线。
所述液压比例放大控制器为HJ2M2控制器，通过该HJ2M2控制器将西门子PLC-S7-300自动控制器的模拟量输出AO信号的小电流/电压信号，转换并放大为脉冲宽度调制（PWM）信号波，从而产生稳定可靠并可以精准控制液压缸比例阀的电压信号，再通过设置在西门子S7-300系列PLC自动控制器内的简单编程，便可完成对多个液压缸比例阀进行同步开启或关闭的控制。
所述西门子PLC-S7-300系列PLC控制器的模拟量输出AO模块，采用以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式并通过远程接口模块IM153-2与远程中心控制上位机连接。
所述西门子PLC-S7-300自动控制器还包括常规的PLC模块的硬件组态、PLC自动控制程序的编写，且均在西门子PLC-S7-300自动控制器中配置和编写，并通过以太网通讯方式和ProfiBus-DP网络通讯方式连接，其中的通讯参数及通讯地址配置也在西门子PLC-S7-300自动控制器中完成，包括起始地址、通讯地址、通讯协议、所传输的字节长度。
所述西门子PLC-S7-300自动控制器的CPU模块(CPU 315-2 PN/DP)，主要用于实现和扩展远程I/O站点的通讯连接，需设置通讯协议、通讯速率和相对应的I/O站地址。所述通讯协议采用DP通讯协议，通讯速率为1.5Mbps。
本发明方法主要是以PLC-S7-300自动控制器作为主站并对其进行硬件配置、通讯配置、参数设置；配置见附图1和附图2，配置完成后保存并下载至PLC-S7-300自动控制器的CPU 315-2 PN/DP中。
本发明方法主站能通过(CPU315-2PN/DP CPU模块)和相应远程站接口通讯模块IM153-2以DP通讯方式控制远程I/O模块，远程I/O从站则可以通过在现场就地操作或者现场就地取数，把所接受到的数字I/O，模拟I/O信号通过接口通讯模块传输至主站PLC控制系统中进行处理，通讯网络及参数配置见附图2。
本发明方法还包括PLC自动控制程序，液压同步上升/下降控制程序编写，多只液压缸的起始速度给定控制程序编写，见附图3、附图4、附图5 。
本发明方法的远程I/O控制系统ProfiBus-DP通讯连接，通讯电缆连接采用DP网络通讯专用电缆，外加终端电阻连接。
所述PLC-S7-300自动控制器程序编写，见附图3、附图4、附图5，实现主站PLC-S7-300和扩展远程ET200M I/O智能从站间和液压比例放大控制器HJ2M2之间的数据交换、相互传输，见附图6。实现大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制。
本发明采用成本较低且技术较为成熟的西门子PLC-S7-300系列的控制系统，PLC主站为西门子PLC—S7-300的模块，采用S7-300+ET200M的总线结构，同时采用液压控制系统自身所带的液压比例放大控制器HJ2M2（HAWE编程控制器）。将西门子PLC—S7-300自动控制器的模拟量输出AO信号输出至液压比例放大控制器后，转换并放大为脉冲宽度调制（PWM）信号波，产生精准、稳定可靠的电压信号控制现场液压比例阀同步上升/下降。还可精准地将炉盖液压控制系统的4只液压缸和拉锭舱控制系统的2只液压缸同步误差控制在1mm范围内，使得炉盖及拉锭舱能够平稳上升/下降,精准快速地将炉盖、拉锭舱和炉体完全密封，缩短EB炉炉内抽真空的操作时间，降低生产控制成本，方便备品备件的统一订购和更换，且该控制系统具有较高的稳定性和可靠性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程交换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，包括与炉盖液压缸比例阀相连的炉盖液压比例放大控制器，与拉锭舱液压缸比例阀相连的拉锭舱液压比例放大控制器，炉盖液压比例放大控制器与炉盖PLC控制器相连，拉锭舱液压比例放大控制器与拉锭舱PLC控制器相连，炉盖PLC控制器、拉锭舱PLC控制器分别通过网络与远程中心控制上位机相连，其特征在于所述PLC控制器为西门子PLC-S7-300自动控制器，该西门子PLC-S7-300自动控制器的硬件为：远程接口模块IM153-2、模拟量输入AI模块、数字量输入DI模块、数字量输出DO模块、模拟量输出AO模块、CPU模块、PS电源模块；具体配置如下：将远程接口模块IM153-2、模拟量输入AI模块、数字量输入DI模块、数字量输出DO模块、模拟量输出AO模块、CPU模块、PS电源模块在硬件组态HW Config选项中进行对应配置编辑，完成软件系统中的硬件配置；在HW Config中的“I/O模块属性”选项中，配置对应地址及物理参数，以完成I/O模块的参数配置；在HW Config中CPU模块的MPI/DP属性中配置DP通讯协议以及通讯速率，以完成通讯参数配置；将CPU模块的MPI/DP唯一地址配置在MPI/DP模块属性中，以完成CPU模块的通讯地址配置，将CPU模块与远程接口模块IM153-2进行网络连接，完成CPU与现场液压比例放大控制器的相互间的DP通讯和连接；同时在HW Config中CPU的以太网“PN”属性中配置TCP/IP通讯协议以及通讯速率，以完成CPU模块的TCP/IP通讯参数配置；将CPU模块的TCP/IP唯一地址配置在CPU模块的“PN”属性中，以完成CPU模块的TCP/IP通讯地址配置，最后将以太网线接入工业以太网交换机，完成炉盖液压控制、拉锭液压控制相互间以及与远程中心控制上位机之间的以太网通讯和连接。
2.如权利要求1所述的大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，其特征在于所述炉盖液压比例放大控制器及炉盖PLC控制器、拉锭舱液压比例放大控制器及拉锭舱PLC控制器均安装在控制室内，通过以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式与远程中心控制上位机相连；炉盖液压比例放大控制器、拉锭舱液压比例放大控制器与现场大型真空熔炼炉的炉盖液压缸比例阀、拉锭舱液压缸比例阀电连接。
3.如权利要求1所述的大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，其特征在于所述炉盖液压比例放大控制器及炉盖PLC控制器、拉锭舱液压比例放大控制器及拉锭舱PLC控制器均安装在控制室，通过以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式与远程中心控制上位机相连；所述炉盖液压比例放大控制器、拉锭舱液压比例放大控制器通过传输线缆与现场大型真空熔炼炉的炉盖液压缸比例阀、拉锭舱液压缸比例阀相连接。
4.如权利要求1所述的大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，其特征在于所述网络通讯方式为以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式，其中以太网包括以太网总线以及以太网交换机，以太网总线为S7-300+ET200M的总线。
5.如权利要求1所述的大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，其特征在于所述液压比例放大控制器为HJ2M2控制器，通过该HJ2M2控制器将西门子PLC-S7-300自动控制器的模拟量输出AO信号的小电流/电压信号，转换并放大为脉冲宽度调制（PWM）信号波，从而产生稳定可靠并可以精准控制液压缸比例阀的电压信号，再通过设置在西门子S7-300系列PLC自动控制器内的简单编程，便可完成对多个液压缸比例阀进行同步开启或关闭的控制。
6.如权利要求1所述的大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，其特征在于所述西门子S7-300系列PLC控制器的模拟量输出AO模块，采用以太网通讯方式或/和ProfiBus-DP网络通讯方式并通过远程接口模块IM153-2与远程中心控制上位机连接。
7.如权利要求1所述的大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，其特征在于所述西门子PLC-S7-300自动控制器还包括常规的PLC模块的硬件组态、PLC自动控制程序的编写，且均在西门子PLC-S7-300自动控制器中配置和编写，并通过以太网通讯方式和ProfiBus-DP网络通讯方式连接，其中的通讯参数及通讯地址配置也在西门子PLC-S7-300自动控制器中完成，包括起始地址、通讯地址、通讯协议、所传输的字节长度。
8.如权利要求1所述的大型真空熔炼炉液压多缸同步智能控制方法，其特征在于所述通讯及数据采集采用ProfiBus-DP网络通讯方式，并对西门子PLC-S7-300自动控制器进行硬件配置、通讯配置、参数设置，同时通过西门子PLC-S7-300自动控制器的模拟量输出AO信号直接发送到液压比例放大控制器HJ2M2，再次将信号和数据转换并放大为脉冲宽度调制（PWM）信号波，最后输出至液压缸比例阀，从而实现相互数据交换和数据传输。
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Citations (8)
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2017
- 2017-11-02 CN CN201711066728.4A patent/CN107906080B/zh active Active
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|---|
| 刘玉玲;: "SIMATIC S7多点接口网络控制的精炼炉控制系统", 流体传动与控制, no. 02, pages 46 - 48 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107906080B (zh) | 2023-10-24 |
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