钢包炉上料系统的设计与实现【字数：10482】
摘 要钢包炉在钢铁生产中起到对钢水进行精炼，减少杂质，提高质量，减少生产时间的作用。但现场人工操作存在一定的危险并且所需人数较多。PLC控制的钢包炉上料系统通过自动化控制减少人工数量，并通过上位机远程控制系统，减少了潜在的危险性。本文以西门子S7-300 PLC为控制核心， TP 177B 6” color PN/DP 触摸屏为上位机进行监控和对操作。使用重量传感器对金属液体的重量进行采集，通过触摸屏输入参数实现对系统参数的控制。在触摸屏界面进行编程，实现对高位料仓、称量漏斗、水平皮带机、倾角皮带机的控制。本文首先进行功能要求设计，然后再完成硬件设计、软件设计与组态设计，最后通过调试和仿真测试，达到符合系统设计的目的。
目录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2 课题的研究现状 1
1.3 本文的内容安排和主要工作 2
2.系统方案设计 3
2.1 工艺要求 3
2.2 总体设计方案 4
3.系统硬件设计 5
3.1 硬件部分总体框架 5
3.2硬件设备的选型 6
3.2.1 PLC的型号选择[10] 6
3.2.2 PLC的I/O分配 6
3.2.3 PLC接线电路 7
3.2.4 传感器的选择 8
3.3 系统电气原理图设计 9
3.3.1 主回路设计 9
3.3.2 控制电路设计 10
4 软件设计 11
4.1 软件设计思路 11
4.2 PLC内部使用地址 12
4.3 硬件配置 14
4.4 程序设计 16
4.4.1 模拟量输入处理程序 16
4.4.2 系统指示灯指示程序设计 18
4.4.3 自动模式循环程序的设计 19
4.4.4 手动模式的设计 30
5.上位机组态设计 32
5.1 组态软件简介 32
5.2 通讯方式 32
5.3 数据变量定义 33
5.4 触摸屏界面设计 34< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 6.调试与分析 38
6.1 程序与触摸屏调试 38
7.总结与展望 43
参考文献 44
致谢 45
附录 46
附录1：程序图： 46
1.绪论
1.1课题研究的背景与意义
钢铁工业是各国的工业基础之一。经济学家普遍认为，钢铁产量或人均钢铁产量是衡量国家经济实力的重要指标。钢铁工业，又称钢铁冶金工业，是国防建设和国民经济发展的重要基础工业部门和物质基础。冶金工业水平也是衡量国家工业化水平的标志。其燃料、原辅材料等资源状况和冶金技术，影响钢铁工业的规模、产品质量、经济效益和布局方向[1][2]。
自新中国成立开始，钢铁产业一直是国家重视发展的产业。从基础薄弱到快速发展，再到“十五”期间，钢铁工业的更是实现了持续高速发展。中国的钢产业技术装备水平提高，市场占有率提高，冶金工业技术进步，发展成果显著[3]。
其中，钢包炉对于炼钢产业的技术提升有着巨大的意义。钢包炉是一种于真空条件下使用电弧加热的炉外精炼技术。它将一般炼钢炉中初炼的钢液加入钢包中进行炉外精炼[4]。
它具有以下三种功能：1. 真空脱气功能。2、氩气搅拌功能。3、钢液升温和保温功能。
钢包炉的应用对整个企业来看，加快了生产节奏，提高了整个冶金生产效率，因此被广泛用于工业、钢铁、冶金等行业。
PLC是一种逻辑控制器，在工业自动化生产中广泛应用。通过PLC控制钢包炉上料系统不仅可以节省人工更可以使人员远离高温区域，减少一线操作的情况，从而保证工人的安全。
1.2 课题的研究现状
近年来各钢厂都纷纷采用新技术新工艺来提高产品的竞争力,以达到占领市场的目的。钢包炉由于其设备简单，投资费用低，操作灵活,精炼效果好而成为冶金行业的后起之秀,在转炉和连铸机之间起到缓冲调节作用,己成为开发品种,提高质量的主要精炼设备之一[5]。自动化控制的钢包炉上料系统也因其安全性和减少人工的优势逐步普及和发展。而使用PLC控制的系统安装方便，控制简单易懂而使用率较高，在钢铁产业中的应用较多。本文基于plc控制设计上料系统符合当前现状的需要。
1.3 本文的内容安排和主要工作
本次课题设计实现的钢包炉上料系统控制，内容安排和主要工作如下：
主要工作有总体方案的确定；软件、硬件以及触摸屏界面的设计，进行整个设计的分析与总结，最后分析系统设计的存在的缺陷和提出对未来改进的方案考虑。
其中内容可以分为上位机与下位机进行介绍：
（1）上位机
TP 177B 6” color PN/DP触摸屏为本次设计的上位机。通过对触摸屏的操作，使用者不仅可以输入相关参数和按下指定按钮给PLC下达指令，还可以通过较为形象的触摸屏界面对生产过程中的情况进行观测，从而达到远程监测与操作系统的目的。本文通过WinCC对触摸屏进行编程设计。
（2）下位机
下位机中首先要确定功能要求，然后以此为目的进行程序的设计与硬件的设计。其中软件与硬件要相辅相成，确保达到最终设计要求。
硬件部分需要确定PLC的型号，输入输出地址的分配，以及主电路的设计。
软件部分要完成顺序功能图的设计，梯形图的设计，并使用WINCC Flexible对触摸屏界面设计。
2.系统方案设计
2.1 工艺要求
控制系统工艺图如图21所示。钢包炉上料系统系统主要由这几部分组成：高位料仓、称料漏斗、重量传感器、水平皮带、倾角皮带、返料漏斗[7]。
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图21 控制系统工艺图
系统完成钢包炉的上料操作，包括自动模式与手动模式两种方式。其中，自动模式在接收到上位机的上料信号后应读取上位机给定的参数要求，通过程序控制两个称料漏斗所要称取的金属液体重量。通过重量传感器测量称料斗中的金属量，然后高位料仓分别给两个称料漏斗加料，在其中任何一个达到参数要求后停止其高位料仓的加料，并启动水平皮带和倾角皮带。在皮带启动后达到重量的称料漏斗倾料，通过皮带机将金属液体送至喂线机处，喂线机自动将金属液体打进钢包炉内部。其中两个钢包炉应当实现独立加料倾料，即当其中一个加到量则其倾料，另一个未加到量的称料斗加料，直到达到其参数要求，再进行倾料。当两个料斗都完成倾料且检测到皮带机上没有金属液体之后，上料系统完成一次上料流程并等待下一个加料指示以继续开始下一个流程循环。其中在自动模式运行的情况下，随时可以切换到手动模式以达到在系统出现错误的情况下人工操作的目的。在手动模式下，可以在触摸屏上执行参数的给定、一号二号高位料仓的独立加料、倾角皮带机的正转、水平皮带的正转和反转，并通过水平皮带机的反转达到将金属液体运至反料斗的功能。另外设计停止按钮，在自动模式执行完一个流程后暂停下一个上料流程[8]。
目录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2 课题的研究现状 1
1.3 本文的内容安排和主要工作 2
2.系统方案设计 3
2.1 工艺要求 3
2.2 总体设计方案 4
3.系统硬件设计 5
3.1 硬件部分总体框架 5
3.2硬件设备的选型 6
3.2.1 PLC的型号选择[10] 6
3.2.2 PLC的I/O分配 6
3.2.3 PLC接线电路 7
3.2.4 传感器的选择 8
3.3 系统电气原理图设计 9
3.3.1 主回路设计 9
3.3.2 控制电路设计 10
4 软件设计 11
4.1 软件设计思路 11
4.2 PLC内部使用地址 12
4.3 硬件配置 14
4.4 程序设计 16
4.4.1 模拟量输入处理程序 16
4.4.2 系统指示灯指示程序设计 18
4.4.3 自动模式循环程序的设计 19
4.4.4 手动模式的设计 30
5.上位机组态设计 32
5.1 组态软件简介 32
5.2 通讯方式 32
5.3 数据变量定义 33
5.4 触摸屏界面设计 34< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 6.调试与分析 38
6.1 程序与触摸屏调试 38
7.总结与展望 43
参考文献 44
致谢 45
附录 46
附录1：程序图： 46
1.绪论
1.1课题研究的背景与意义
钢铁工业是各国的工业基础之一。经济学家普遍认为，钢铁产量或人均钢铁产量是衡量国家经济实力的重要指标。钢铁工业，又称钢铁冶金工业，是国防建设和国民经济发展的重要基础工业部门和物质基础。冶金工业水平也是衡量国家工业化水平的标志。其燃料、原辅材料等资源状况和冶金技术，影响钢铁工业的规模、产品质量、经济效益和布局方向[1][2]。
自新中国成立开始，钢铁产业一直是国家重视发展的产业。从基础薄弱到快速发展，再到“十五”期间，钢铁工业的更是实现了持续高速发展。中国的钢产业技术装备水平提高，市场占有率提高，冶金工业技术进步，发展成果显著[3]。
其中，钢包炉对于炼钢产业的技术提升有着巨大的意义。钢包炉是一种于真空条件下使用电弧加热的炉外精炼技术。它将一般炼钢炉中初炼的钢液加入钢包中进行炉外精炼[4]。
它具有以下三种功能：1. 真空脱气功能。2、氩气搅拌功能。3、钢液升温和保温功能。
钢包炉的应用对整个企业来看，加快了生产节奏，提高了整个冶金生产效率，因此被广泛用于工业、钢铁、冶金等行业。
PLC是一种逻辑控制器，在工业自动化生产中广泛应用。通过PLC控制钢包炉上料系统不仅可以节省人工更可以使人员远离高温区域，减少一线操作的情况，从而保证工人的安全。
1.2 课题的研究现状
近年来各钢厂都纷纷采用新技术新工艺来提高产品的竞争力,以达到占领市场的目的。钢包炉由于其设备简单，投资费用低，操作灵活,精炼效果好而成为冶金行业的后起之秀,在转炉和连铸机之间起到缓冲调节作用,己成为开发品种,提高质量的主要精炼设备之一[5]。自动化控制的钢包炉上料系统也因其安全性和减少人工的优势逐步普及和发展。而使用PLC控制的系统安装方便，控制简单易懂而使用率较高，在钢铁产业中的应用较多。本文基于plc控制设计上料系统符合当前现状的需要。
1.3 本文的内容安排和主要工作
本次课题设计实现的钢包炉上料系统控制，内容安排和主要工作如下：
主要工作有总体方案的确定；软件、硬件以及触摸屏界面的设计，进行整个设计的分析与总结，最后分析系统设计的存在的缺陷和提出对未来改进的方案考虑。
其中内容可以分为上位机与下位机进行介绍：
（1）上位机
TP 177B 6” color PN/DP触摸屏为本次设计的上位机。通过对触摸屏的操作，使用者不仅可以输入相关参数和按下指定按钮给PLC下达指令，还可以通过较为形象的触摸屏界面对生产过程中的情况进行观测，从而达到远程监测与操作系统的目的。本文通过WinCC对触摸屏进行编程设计。
（2）下位机
下位机中首先要确定功能要求，然后以此为目的进行程序的设计与硬件的设计。其中软件与硬件要相辅相成，确保达到最终设计要求。
硬件部分需要确定PLC的型号，输入输出地址的分配，以及主电路的设计。
软件部分要完成顺序功能图的设计，梯形图的设计，并使用WINCC Flexible对触摸屏界面设计。
2.系统方案设计
2.1 工艺要求
控制系统工艺图如图21所示。钢包炉上料系统系统主要由这几部分组成：高位料仓、称料漏斗、重量传感器、水平皮带、倾角皮带、返料漏斗[7]。
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图21 控制系统工艺图
系统完成钢包炉的上料操作，包括自动模式与手动模式两种方式。其中，自动模式在接收到上位机的上料信号后应读取上位机给定的参数要求，通过程序控制两个称料漏斗所要称取的金属液体重量。通过重量传感器测量称料斗中的金属量，然后高位料仓分别给两个称料漏斗加料，在其中任何一个达到参数要求后停止其高位料仓的加料，并启动水平皮带和倾角皮带。在皮带启动后达到重量的称料漏斗倾料，通过皮带机将金属液体送至喂线机处，喂线机自动将金属液体打进钢包炉内部。其中两个钢包炉应当实现独立加料倾料，即当其中一个加到量则其倾料，另一个未加到量的称料斗加料，直到达到其参数要求，再进行倾料。当两个料斗都完成倾料且检测到皮带机上没有金属液体之后，上料系统完成一次上料流程并等待下一个加料指示以继续开始下一个流程循环。其中在自动模式运行的情况下，随时可以切换到手动模式以达到在系统出现错误的情况下人工操作的目的。在手动模式下，可以在触摸屏上执行参数的给定、一号二号高位料仓的独立加料、倾角皮带机的正转、水平皮带的正转和反转，并通过水平皮带机的反转达到将金属液体运至反料斗的功能。另外设计停止按钮，在自动模式执行完一个流程后暂停下一个上料流程[8]。
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