顶枪系统的可编程控制器控制研究

　　3.1 PLC对操作方式的实现

　　（1）事故操作方式（气动马达）：在事故状态下，将气动马达耦合手柄打到气动马达位置，用N2升降顶枪。电动操作和气动马达操作，通过一个耦合器进行切换，有一个行程开关检测顶枪处于气动或电动状态。（2）就地操作方式（现场操作箱）：在现场操作箱上选择“就地”，按“上升”按钮（自复位按钮），枪以给定速度上升，当枪运行到紧急上限时，自动停止；按“下降”按钮（自复位按钮），枪以给定速度下降，当枪运行到紧急下限时，自动停止。操作完毕，将选择开关置于“远控”（现场操作台）方式。当现场操作箱选择“就地”操作时，现场操作台、PLC和LEVEL 2均不能对顶枪进行操作。（3）本地手动操作方式（现场操作台）：在现场操作台上将钥匙开关置于“本地”（LOCAL）上升过程：首先将膨胀密封圈松开，当枪离预定位置较远时，按“高速上升”按钮（自复位按钮），枪高速上升，当枪快接近预定位置时，改按“低速上升”按钮，枪低速上升，到预定位置松开按钮，枪停止运行。锁紧膨胀密封圈。上升过程中，当枪到达上极限时，枪自动停止运行。下降过程：首先将膨胀密封圈松开，当枪离预定位置较远时，按“高速下降”按钮（自复位按钮），枪高速下降，当枪快接近预定位置时，改按“低速下降”按钮，枪低速下降，到预定位置松开按钮，枪停止运行。锁紧膨胀密封圈。下降过程中，当枪到达下极限时，枪自动停止运行。在现场操作台上设有1个BCD码数字显示表，显示顶枪的枪位（距真空室底部的距离），设有“本地/远程”、“高速上升”、“低速上升”、“高速下降”、“低速下降”及位置极限等指示灯。操作完毕，应将现场操作台上的钥匙开关置于“远程”（REMOTE）方式。操作台设有PLC的远程I/O站，使用PROFIBUS-DP网络与主站相连，传输速率是12M/S。使用PROFIBUS-DP协议。（4）远程操作方式（OSM操作站操作）：只有当实际枪位≤停放位（Parking Position）时，可以进行远程操作操作员直接在操作站上输入枪位设定值，在PLC中将实际枪位与设定枪位进行比较，控制顶枪的升降；当枪位差值>100mm时，顶枪高速运行（上升/下降），当枪位差值＜100mm时，顶枪低速运行（上升/下降）；当枪位差值＜10mm时，顶枪停止运行，保证位置控制精度在＋/－10mm。远程操作时操作站通过工业以太网与PLC相连，传输速率是100M/s。使用TCP/IP协议。

　　3.2 顶枪位置控制

　　顶枪位置控制是按位置偏差控制的闭环控制，在顶枪自动方式运行下，操作人员根据真空室的温度情况对顶枪要到达的加热位在操作站上进行枪位值的预设定，数据由以太网传送到CP模板，CP模板将数据传送到CPU的存储区，STEP7软件编制的应用程序执行相应的控制程序，通过编码器反馈的值进行顶枪枪位的偏差控制。顶枪的枪位通过绝对编码器进行测量，编码器产生的脉冲信号由FM451计数模板读入，CPU通过功能块将FM451计数模板的信号读出到程序中，将计数值转换成对应的高度值，与预设的高度值相减得到偏差值，根据偏差值来控制顶枪的快慢速及停止。在程序中使用数值运算、比较运算就可得到控制信号，由信号模板输出到变频器去控制电机，从而实现对顶枪的升降控制。顶枪在下极限对枪位进行初始校正。顶枪的行程为0～6米；OMS和现场现场操作台上显示的枪位是：顶枪枪头距离真空室底部的距离。100mm以上是快速，10～100mm之间是慢速，10mm以下PLC发出停止指令。软件程序控制设计框图如下。

图2 软件程序控制设计框图

　　3.3 燃烧加热控制

　　燃烧加热控制是顶枪在非处理期间在大气加热下对真空室进行加热或除瘤化渣。对真空室进行保温，以及除去真空室的残渣。加热启动时，当顶枪到达预定加热高度时，PLC控制燃烧控制单元打开切断阀，燃气燃烧，PLC控制调节阀调节流量，达到给定流量。火焰检测器检测顶枪火焰的燃烧情况，不满足燃烧强度则自动提枪。给定流量在操作站设定。

图3 信号传递结构简图