《基于S7-1200的鋼鐵生產(chǎn)中的液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究》9700字（論文）

基于S7-1200的鋼鐵生產(chǎn)中的液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究摘要本文設(shè)計了一個鋼包液位監(jiān)控系統(tǒng)，主要功能是利用顯示屏實時監(jiān)控鋼水包內(nèi)的鋼水液位，如果鋼水液位一旦超過警戒線，可以發(fā)出聲光報警信號。其中主控制器是西門子公司的S7－1200PLC，監(jiān)測鋼水液位的方法是利用液位傳感器來確定鋼包的液位，從而確定鋼水包內(nèi)的鋼水液位，選擇計算機和軟件控制作為分屏功能的實現(xiàn)方案，選擇合適的聲光報警器進行報警。然后針對功能對其進行編程，實現(xiàn)其具體功能。最后利用TIA軟件進行仿真。關(guān)鍵詞：PLC；液位傳感器；TIA目錄第一章 緒論 緒論本章主要包括三個部分，分別為研究背景、鋼水包以及本文的主要結(jié)構(gòu)。1.1研究背景以及意義我國工業(yè)科技的進程持續(xù)變快，從我們國家一些機械類產(chǎn)品的使用情況來看，機械自動化產(chǎn)品的生產(chǎn)沒有得到完善，并且沒有把自動化技術(shù)運用到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中?，F(xiàn)在我們國家的自動化技術(shù)依然處于起始階段，與德國、美國相比，我們國家的機電自動化水平還有較大差距。由于我國自動化機械技術(shù)發(fā)展速度慢，機電類完成自動化肯定會成為未來的主要發(fā)展方向。隨著工業(yè)科技進程的快速發(fā)展，某些產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)的需要可以通過自動化控制而實現(xiàn)。自動化生產(chǎn)會使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低，以及提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，因此，通過不斷改善自動化生產(chǎn)的設(shè)備，就能提升產(chǎn)品的質(zhì)量，并且需要投入盡量多的時間以及精力在生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)方法上。我國工業(yè)化發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)是鋼鐵產(chǎn)業(yè)，鋼鐵產(chǎn)業(yè)是很多社會活動的支柱。但是隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我們國家的鋼鐵產(chǎn)業(yè)相比于其他國家還較為落后。所以，鋼鐵行業(yè)能夠穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵就在于技術(shù)創(chuàng)新。鋼鐵產(chǎn)業(yè)是一個國家經(jīng)濟發(fā)展發(fā)的重要組成部分，當然也是中國經(jīng)濟發(fā)展當中的重要組成部分，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，在中國市場在不斷發(fā)展和擴大的過程中，國家建設(shè)中對于鋼鐵資源的需求量不斷加大，但也因此對鋼鐵行業(yè)發(fā)展具有了新的要求。為了能夠更好地實現(xiàn)生產(chǎn)目標，做好鋼鐵工業(yè)的自動化發(fā)展可以說是非常重要的工作內(nèi)容。對此，即需要能夠積極做好現(xiàn)狀把握，做好技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。隨著國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)過程中新工藝、新材料，新技術(shù)不斷推廣，加之管理知識欠缺或?qū)Π踩匦哉J識不足，致使生產(chǎn)安全事故不斷發(fā)生，嚴重威脅著職工的安全和健康，但通過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)大部分安全生產(chǎn)事故都是可以避免的，造成事故的主要原因大多是由于人違章指揮、操作者安全知識匱乏、安全管理不到位等造成的。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，以前的方法已經(jīng)不適用于當前的生產(chǎn)發(fā)展，監(jiān)控的方式很難達到理想效果，由此會引發(fā)事故，加強對鋼水的監(jiān)控成為當前最大的難題，我們需要利用新技術(shù)來解決安全問題，是對于這一問題的趨勢。在鋼鐵生產(chǎn)中，鋼水包是重要設(shè)施，鋼水包的作用主要是用于鋼水裝運過程中盛鋼水使用，由于鋼水溫度在1600°C以上，在鋼包轉(zhuǎn)運過程中禁止有播撒情況出現(xiàn)，因此鋼包液位監(jiān)測是鋼包入水的重要程序之一。為了解決這一問題，利用技術(shù)手段來達到監(jiān)測鋼水液位的目的，這樣可以提前預(yù)知鋼水的動態(tài)，提前做出應(yīng)對，這對鋼鐵生產(chǎn)具有重要意義。1.2鋼包簡介鋼包又稱鋼水包等，在煉鋼廠、鑄造廠都能看到鋼包水的身影。鋼包通常是用剛和耐火磚等材料做成，具體如下：鋼包外用鋼殼，內(nèi)襯一層到數(shù)層耐火磚，然后用水玻璃等調(diào)耐火泥涂復。陰干后先用低火烘烤，再使用。在高溫作用下，材料燒結(jié)成陶瓷類物質(zhì)，就可以承受高溫的鋼水了。實物圖如圖1-1。圖1-1鋼水包1.3本文研究的意義和內(nèi)容本文主要研究的內(nèi)容為PLC可編程控制器對在鋼包轉(zhuǎn)運過程中的鋼水進行液位檢測，防止鋼水出現(xiàn)超過預(yù)定液面，出現(xiàn)溢出的情況，從而能夠使鋼包能夠順利入水。主要研究的內(nèi)容如下：（1）確定耐高溫的監(jiān)測鋼水液面的檢測方法，并選擇相應(yīng)的傳感器；（2）確定液位傳感器的精度與準確度；（3）確定合適分屏方案；（4）將PLC系統(tǒng)連接起來，以實現(xiàn)其功能。預(yù)想其實現(xiàn)的功能為以下（1）人機交互界面實時顯示液面變化；（2）一旦液面超出警戒線，聲光報警器發(fā)出警報。此控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)測鋼水液面位置，以在顯示屏顯示液位信息，能夠按設(shè)定的液位高限發(fā)出聲光報警,并且將鋼包液位信息傳輸?shù)杰囬g監(jiān)控電視上。這對于鋼鐵生產(chǎn)具有重要意義。此文的主要結(jié)構(gòu)如下：第一章緒論部分。主要介紹了鋼鐵產(chǎn)業(yè)與鋼鐵產(chǎn)業(yè)自動化程度以及安全問題，以及鋼水包的功能，最后介紹本文研究的重要意義。第二章是系統(tǒng)總體設(shè)計，主要包括系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，功能，傳感器的選擇，分屏方案的選擇以及聲光報警器的選擇。第三章是程序設(shè)計，主要包括PLC程序的編寫以及各個功能的實現(xiàn)。第四章是仿真分析，主要內(nèi)容是利用TIA軟件進行仿真實驗。

系統(tǒng)總體設(shè)計 本章主要包括四部分，第一部分為系統(tǒng)總體設(shè)計，主要內(nèi)容為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)的功能以及所組成的部分；第二部分為主控制器的介紹，主要內(nèi)容；第三部分主要為液位傳感器的選擇，主要內(nèi)容傳感器的參數(shù)與特性；第四部分為分屏設(shè)備的介紹，主要內(nèi)容；第五部分為系統(tǒng)連線，主要內(nèi)容為。2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1.1系統(tǒng)主要組成首先設(shè)計該系統(tǒng)的主要組成部分，該系統(tǒng)主要包括液位傳感器、主控制器、聲光報警器和人機交互界面，其中液位傳感器主要功能是檢測鋼水液位，并將數(shù)據(jù)傳給主控制器；主控制器主要功能是接收液位傳感器的傳輸?shù)男畔⒉⑻幚?，將實時液面信息傳送給人機交互界面，以供工作人員做出判斷，判斷液面是否超過警戒線，如果超過警戒線，控制聲光報警器發(fā)出警報；聲光警報器的主要功能是發(fā)出聲音和燈光信號，要求聲音響度高，燈光穿透力強；人機交互界面主要功能是顯示液面位置。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1.2功能設(shè)計 該系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能如下：人機交互界面實時顯示液面變化；一旦液面超出警戒線，聲光報警器發(fā)出警報。2.2主控制器2.2.1PLC技術(shù)簡介PLC技術(shù)是對傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)手段的整合，現(xiàn)代科技的快速發(fā)展使得PLC在電氣自動化控制中起到了非常良好效果，有效提升控制效率、保障產(chǎn)品質(zhì)量ADDINCNKISM.Ref.{8FF8AD60B16D4021B6A5354FA3277021}[7]。PLC技術(shù)被稱為可編程邏輯控制器，是依靠具備數(shù)據(jù)自動編輯功能的存儲器來完成生產(chǎn)管理中的數(shù)學運算及順序控制。實際應(yīng)用中，技術(shù)人員結(jié)合生產(chǎn)中的使用要求來輸入相關(guān)控制指令，系統(tǒng)自動完成控制程序的編寫設(shè)計，在實際中提升設(shè)備的運行質(zhì)量和水平。相較于傳統(tǒng)控制技術(shù)，PLC技術(shù)控制設(shè)備運行效率更高，數(shù)據(jù)處理更加準確，更加符合大規(guī)模生產(chǎn)的控制需求。PLC技術(shù)在實際生產(chǎn)中有著很多的諸多應(yīng)用，使用價值非常高，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：優(yōu)化自動控制水平；隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備的功能越來越復雜，對于自動控制提出了更高的要求，引入PLC技術(shù)能夠大幅度提高自動化水平，實現(xiàn)設(shè)備自動化運轉(zhuǎn)，這樣就可以大幅度提高生產(chǎn)效率；不僅如此，PLC技術(shù)還可以實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，在這樣的設(shè)置下，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，可以及時報警來通知管理人員，盡可能降低和減少或者避免可能出現(xiàn)的損失，這樣就可以在很大程度上提高設(shè)備管理質(zhì)量；實現(xiàn)數(shù)字控制功能。電氣控制中的PLC技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)字化控制，技術(shù)人員可以結(jié)合控制程序，隨時觀察設(shè)備運行情況，這樣就可以來進行高效和及時的控制，同時對設(shè)備的運行狀態(tài)了如指掌。與傳統(tǒng)的檢測手段相比較，數(shù)字檢測技術(shù)極大地提升了效率、降低了難度，從而有效減少企業(yè)損失，讓故障的維修和檢測手續(xù)得到了有效提升，同時為企業(yè)減少了成本；優(yōu)化反饋功能。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，企業(yè)必須生產(chǎn)越來越多的產(chǎn)品，同時必須增加產(chǎn)品的種類，這樣才使的自己不被淘汰，但與之而來的使設(shè)備的種類增加，復雜性日益提高，同時對設(shè)備保障也提出了更高的要求，運用PLC對設(shè)備實時監(jiān)控，這樣就可以讓設(shè)備狀態(tài)隨時處在工作人員的監(jiān)視之中，這樣能夠保證設(shè)備處于長期高效運行狀態(tài)，有助于企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展。綜上所述，PLC有著巨大應(yīng)用價值，身為學生，我們要充分掌握PLC應(yīng)用技術(shù)，同時要發(fā)揮好PLC的作用，從而更好地實現(xiàn)高效率生產(chǎn)，為社會和企業(yè)帶來更多經(jīng)濟效益。2.2.2PLC的組成以及主要特點主要由CPU板，輸入輸出接口電路，存儲單元等部件構(gòu)成PLC的基本結(jié)構(gòu)。輸入輸出接口電路可以采集和接收現(xiàn)場數(shù)據(jù)和信息，同時可以接收現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送的控制信號程序，編碼轉(zhuǎn)換為PLC技術(shù)程序中使用的標準信號。最后，使用CPU讀取系統(tǒng)并將其發(fā)送到存儲設(shè)備。CPU板是整個PLC中最重要的核心系統(tǒng)，包括中央處理單元，隨機存儲，系統(tǒng)存儲等。它在控制和操作該技術(shù)中的過程中起作用，特別是可以執(zhí)行不同內(nèi)容的邏輯和算術(shù)運算。

結(jié)合國內(nèi)外多種先進技術(shù)的PLC技術(shù)是一種高效的控制技術(shù)，結(jié)合目前具體情況的應(yīng)用，PLC技術(shù)的優(yōu)點可概括如下:

安裝過程非常簡單。PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單。

在裝配過程中，安裝過程非常簡單，技術(shù)人員只需連接輸電線路，電源和多種元器件即可。這樣既能有效地節(jié)省控制系統(tǒng)的安裝時間，又能節(jié)省生產(chǎn)企業(yè)的人力成本，使企業(yè)快速投入生產(chǎn)。

與PLC控制系統(tǒng)相比，其它控制系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定、安全。

在PLC系統(tǒng)運行過程中，能實時監(jiān)控故障，報警系統(tǒng)的建立。這可以幫助員工解決問題，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

低能耗，高效率。由于PLC系統(tǒng)的組成比較簡單，

在運行過程中不需要太多的能源，因此企業(yè)一方面節(jié)約能源，另一方面也在一定程度上實現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、減排的目標。

適應(yīng)性強，反應(yīng)靈敏度高。由于操作人員控制PLC控制系統(tǒng)，操作人員只需明確各控制按鈕的作用，操作人員不需要計算機經(jīng)驗。由于PLC控制系統(tǒng)比較簡單，后續(xù)維護比較容易，大大降低了設(shè)備的維護成本。具有強大的自動識別功能。采用PLC控制系統(tǒng)可以對輸出數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，保證數(shù)據(jù)的完整性，以彌補輸出數(shù)據(jù)的不足。因此，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，PLC系統(tǒng)不僅具有較強的抗高壓性能，而且具有良好的抗干擾性能和工作結(jié)果。另外，PLC技術(shù)操作系統(tǒng)非常簡單，員工不需要掌握豐富的計算機經(jīng)驗，只需簡單的培訓即可開始工作。大大提高了工作質(zhì)量和工作速度，顯著降低了企業(yè)的人力成本。采用PLC技術(shù)到梯形圖編程的形式進行實際生產(chǎn)運行，具有安裝方便，易于維護的特點。與其他類型的控制系統(tǒng)相比，PLC技術(shù)的自動控制系統(tǒng)安裝簡單，維護方便。近年來，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，繼電器得到了很大的改進，成為繼電控制行業(yè)的佼佼者。今后PLC技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用，以滿足工業(yè)環(huán)境的各種設(shè)計要求和操作者的邏輯指導。2.2.3PLC選擇及介紹在本設(shè)計中，控制器的主要任務(wù)時監(jiān)控鋼水液位變化，PLC可以很好的完成任務(wù)，在文獻ADDINCNKISM.Ref.{BE5295E1EC264312B314914EA54CA957}[10]中，采用了S7-200PLC控制器和MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)了對清水池的水位控制系統(tǒng)的設(shè)計，實驗表明，設(shè)計的系統(tǒng)可以很好的調(diào)節(jié)清水池的水位；在文獻ADDINCNKISM.Ref.{625E33BA0E5447949A4EB21AB30B884C}[11]中，針對雙水池多種工況導致的水資源的浪費問題。設(shè)計了由PLC控制液位的水池控制系統(tǒng)，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較高的安全性和穩(wěn)定性。根據(jù)本系統(tǒng)的控制要求和實際條件，選用西門子公司推出的S7-1200PLC，S7-1200PLC的優(yōu)勢在于處理程序的速度快和通信能力的能力好。S7-1200PLC的實物圖如圖2-2所示：圖2-2S7-1200PLC的實物圖S7-1200CPU中有五個CPU，在本設(shè)計中選用CPU1214C，其中主要參數(shù)如表2-1。表2-1CPU1214C主要參數(shù)S7-1200CPUCPU1214C本機數(shù)字量I/O點數(shù)14入/10出本機模擬量I/O點數(shù)2入S7-1200PLC有兩種型號的串口通信模塊，。兩種串口通信模塊有如下共同特點：(1)通信模塊安裝與CPU模塊的左側(cè)，而且數(shù)量之和不能超過３塊。(2)模塊上部蓋板有發(fā)送和接收兩個LED燈指示數(shù)據(jù)的收發(fā)。(3)可使用擴展指令或庫函數(shù)對串口進行配置和編程。2.3液位傳感器2.3.1檢測液位的方法在整個設(shè)計中，檢測液位是整個系統(tǒng)的第一步驟，也是最為關(guān)鍵的步驟，主要解決的問題包括兩個：選擇耐高溫和可靠的液位檢測方法；盡可能提高液位傳感器的精度和準確度。在本設(shè)計中，由于鋼水包的溫度達到1600℃以上，所以液位傳感器能夠在高溫狀態(tài)下正常工作是重中之重，其次液位檢測要保證安全、穩(wěn)定、可靠、抗干擾和更換方便。目前檢測液位有許多方法：如熱電偶埋入法、工業(yè)電視法、周期性電極插入法、放射性同位素法、電磁感應(yīng)法、渦流法、激光法等等。目前世界上廣泛采用的有放射性同位素法、電渦流法、激光法等。下面就幾種常用的方法，介紹一下其原理和特點：電渦流探頭法電渦流式傳感器是根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器，最大的特點是進行非接觸式連續(xù)測量。渦流探頭通常由兩組線圈組成，安裝在鋼液上方；工作時，給電渦流的一次線圈通電時，就會產(chǎn)生一個指向鋼水液面的電磁場，由于鋼水是導體，所以此時在鋼水表面層中就會產(chǎn)生感應(yīng)出渦流電流，然后產(chǎn)生出的渦流電流就會產(chǎn)生第二個磁場，產(chǎn)生的磁場又會在在渦流探頭中的第二個線圈中感應(yīng)出相應(yīng)的電壓，所產(chǎn)生渦流的大小取決于傳感器與鋼水表面之間的真實距離，因此，二次線圈的感應(yīng)電壓的大小取決于傳感器和鋼水表面的距離，于是鋼水液位可以根據(jù)二次線圈中的感應(yīng)電壓來計算，根據(jù)查閱資料，電渦流探頭的測量精度好于±2mm。電磁盒法電磁感應(yīng)原理就是電磁盒的原理，電磁盒法通過設(shè)置兩個線圈，分別是接收線圈和發(fā)送線圈，在一個盒子里面。在工作時，安裝在鋼水包的頂板上。發(fā)送線圈在鋼水包的頂板上產(chǎn)生渦流，同時在鋼水表面也感生出渦流。產(chǎn)生的兩種渦流的電磁場會被接收線圈檢測到，當鋼水液面變化時，隨之而來的時渦流產(chǎn)生的電磁場也會發(fā)生變化。測量原理是，接收線圈的信號強度取決于鋼水液位。根據(jù)查閱資料，電磁盒測量精度可以達到±3mm。放射線法放射線法由兩部分組成，分別是射線源和射線源強度檢測器，射線源安裝到鋼水液面上方，接收源安裝到鋼水包底部。射線源可以發(fā)出均勻、穩(wěn)定的射線強度。當發(fā)出的射線穿過到鋼水時被部分吸收，檢測器所檢測的射線強度會隨鋼水液位變化而變化。根據(jù)查閱資料，放射線法的測量精度為±3mm，是目前世界上用的比較多的方法之一。艷源型根據(jù)輻射的穿透、衰減、吸收理論，可以制造出能測量射線數(shù)量的儀表；根據(jù)鋼水液面射線的數(shù)量的數(shù)量可以精確測量液面高度，這種的方法主要優(yōu)點是信號穩(wěn)定、受干擾少、靈敏度較高、方便操作。根據(jù)實際情況與成本，選擇傳感方法為電渦流探頭法，成本低廉、反應(yīng)速度快，測量精度高。2.3.2電渦流傳感器介紹渦流式鋼水液位計的實用進展非常快，具有反應(yīng)速度快，測量精度高，不需要特殊的安全防護、安裝維護方便等顯著優(yōu)點。故該設(shè)計采用電渦流式傳感器。電渦流傳感器安裝的方式圖2-3所示。圖2-3傳感器安裝方式圖2-3中H即為傳感器測量的高度；根據(jù)查閱資料，選擇SB-3050A，該傳感器的原理如圖2-4所示。 圖2-4傳感器整體測量原理圖2-4表示該傳感器的測量原理，其主要工作原理如下：將振蕩器OSC產(chǎn)生的交變電壓Uo'經(jīng)反饋放大器供給傳感器的一次發(fā)射線圈P,一次線圈就會產(chǎn)生同頻率的交變磁場。電磁場與鋼水表面交鏈，又會在鋼水中引起同頻率的渦流。渦流將產(chǎn)生一個同頻率的新磁場，新磁場的強度隨鋼水液位h變化。由于有強度隨鋼水液位變化的磁場通過，兩個結(jié)構(gòu)參數(shù)和電路參數(shù)完全一致的二次接收線圈S1、S2將感生出電勢U1'、Up'式中：Uo'為振蕩器的輸出信號；Up'為反饋放大器的輸出信號；G1為反饋放大器的增益；G2為差動放大器的增益；?由于受測量原理與工作條件兩方面的因素的影響。在該使用場景下，由于傳感器要擺放在鋼水液面上方，被鋼水噴濺以及熱輻射影響，為了提高測量精度和保證傳感器正常工作，采取以下措施：傳感器外部裝配高溫的陶瓷外套；采用空氣冷卻的方法給傳感器降溫；連接電纜在靠近傳感器的外部加裝一段鋼管支撐管，保護電纜。SB-3050A的主要性能如表2-1所示。表2-1SB-3050A參數(shù)電渦流傳感器型號SB-3050A測量范圍0~200mm外形尺寸51×185mm重量0.9kg接口RS485其中RS485接口可以直接與S7-1200PLC相連。實物如圖2-5所示：圖2-5SB-3050A實物圖2.4分屏為了使該系統(tǒng)測量的鋼水液位可以實時顯示，需要在不同地點同時顯示，采用分屏顯示技術(shù)，可以利用一臺計算機主機，一個鼠標，一個鍵盤，在多個顯示器上顯示鋼水液位。分屏顯示技術(shù)只需要在一臺計算機上組態(tài)，在該計算機上利用多屏顯示卡驅(qū)動控制多臺顯示器，在不同的畫面上顯示不同的生產(chǎn)過程。分屏顯示一般支持的模式有克隆模式、拉伸模式、獨立自由模式。本設(shè)計中選用克隆模式，該模式下各顯示器顯示的相同，全部顯示鋼水液位。與PLC接口如圖2-6所示。圖2-6傳感器與PLC連接示意圖監(jiān)控中心計算機與PLC通過TCP/IP連接，然后利用分屏設(shè)備進行分屏操作。2.5聲光警報器聲光報警器(Audibleandvisualalarm)又叫安全報警燈，是為了滿足客戶對安全設(shè)施和危險動作的特殊要求而設(shè)計的，可以同時發(fā)出聲、光二種警報信號。探測器和控制主機組成了聲光報警器。聲光報警器會被用來檢測室內(nèi)外的情況，及時提示危險的發(fā)生，從而達到保證生產(chǎn)安全以及人身安全。聲光報警器通常應(yīng)用于存在有毒氣體的石油化工行業(yè)，例如燃氣、石油、化工等。一般聲光報警器如圖2-7所示：圖2-7聲光報警器接線圖本設(shè)計采用工業(yè)聲光報警燈，MSL-100工業(yè)聲光報警器可視距離達1000米，搭配了全數(shù)字化電路設(shè)計以及超高亮的LED燈珠。最新的喇叭可發(fā)出高分貝警報的聲音，可以發(fā)出四種不同音量的聲音。里面含有五種報警聲音，也可以定制其他聲音。燈光搭配報警聲音，可以傳輸不同的信號，表示機械設(shè)備運轉(zhuǎn)、工程施工進度等的不同狀態(tài)。參數(shù)如下表2-2所示：表2-2MSL-100參數(shù)工作電壓AC110V-240V，DC12V，DC24V可視距離1000米(濃煙濃霧穿透300～500米)燈珠顏色單色或多色(紅色、黃色、綠色、藍色、白色)閃光類型頻閃(60次/分鐘),爆閃(3連閃)，旋轉(zhuǎn)，常亮警聲響度Max.110dB，1米距離，音量大小4檔可調(diào)控制方式外接信號線觸點控制具體尺寸為下圖2-8所示：圖2-8MSL-100的尺寸MSL-100的信號線與PLC連接。2.6系統(tǒng)連接CPU1214C的接線圖如圖2-9所示。圖2-9CPU1214C的接線圖系統(tǒng)整體接線圖如圖2-10所示。圖2-10系統(tǒng)整體接線圖在圖2-10中，液位傳感器通過4~20mA與S7-1200PLC相連；聲光報警器通過I/O口與S7-1200PLC的數(shù)字量輸出口相連；PC機通過TCP/IP與S7-1200PLC相連。

程序編寫3.1編程語言 本程序使用梯形圖語言編程，梯形圖語言編程在電氣編程上應(yīng)用的十分廣泛，主要有以下三點特點：(1)具有直觀性、形象性及實用性，與電氣操作原理圖相對應(yīng)；(2)梯形圖程序與繼電器控制系統(tǒng)相類似，電氣從業(yè)人員易于掌握；(3)梯形圖使用的繼電器是由軟元件來實現(xiàn)的，使用和修改較為靈活方便。3.2功能實現(xiàn)本課題研究的內(nèi)容是鋼包又稱鋼水包，用于鋼水裝運過程中盛鋼水使用，由于鋼水溫度在1600°C以上，在鋼包轉(zhuǎn)運過程中禁止有播撒情況出現(xiàn)，因此鋼包液位監(jiān)測是鋼包入水的重要程序之一。本課題利用PLC可編程控制器對在鋼包轉(zhuǎn)運過程中的鋼水進行液位檢測，防止鋼水出現(xiàn)超過預(yù)定液面，出現(xiàn)播撒的情況，從而能夠使鋼包能夠順利入水。設(shè)計鋼包液位監(jiān)控系統(tǒng)，可以在顯示屏顯示液位信息，能夠按設(shè)定的液位高限發(fā)出聲光報警,并且將鋼包液位信息傳輸?shù)杰囬g監(jiān)控電視上。3.2.1系統(tǒng)整體邏輯圖系統(tǒng)啟動當按下啟動按鈕后，系統(tǒng)的運行狀態(tài)置為1，系統(tǒng)開始運行，指示燈會變亮。系統(tǒng)停止當按下停止按鈕后，系統(tǒng)狀態(tài)置為0，運行狀態(tài)停止，報警燈會滅，蜂鳴報警會停止，自動變?yōu)殪o音狀態(tài)，并且消除報警狀態(tài)。報警指示在運行狀態(tài)下，當電渦流傳感器檢測到鋼爐液位高于液位安全的設(shè)定值時，報警燈和蜂鳴報警器同時進行工作，通過報警燈亮和蜂鳴報警器響來提示工作人員進行及時的處理；當電渦流傳感器檢測到的液位值低于液位安全設(shè)定值時，報警燈滅，蜂鳴報警器停止，會停止報警。報警消除/靜音在運行狀態(tài)下，人工按下消除報警狀態(tài)的按鈕，會停止報警，消除報警狀態(tài)。人工按下蜂鳴報警停止按鈕，報警聲音會變?yōu)殪o音狀態(tài)。報警文本確認在運行狀態(tài)下，電渦流傳感器檢測到的液位高于液位安全設(shè)定值，會出現(xiàn)文本提示，提示人工及時處理報警。3.2.2液位檢測及顯示功能液位檢測用專用傳感器進行檢測，不能對液位直接接觸，因為鋼水溫度很高。檢測出來的液位通過數(shù)字和圖形直觀的顯示出來，如3-1圖所示。圖3-1液位顯示圖形3.2.3報警功能報警功能主要是為了提醒相關(guān)人員做出具體指示，如3-2所示。圖3-2報警指示

仿真分析4.1仿真環(huán)境介紹本系統(tǒng)采用的是博途軟件進行仿真，博途軟件是全集成自動化軟件TIAportal的簡稱，是一款自動化軟件，采用統(tǒng)一的軟件項目環(huán)境和工程組態(tài)，幾乎適用于大部分的自動化任務(wù)。借助博圖軟件進行仿真，用戶能夠達到迅速以及直觀地開發(fā)和調(diào)試自動化系統(tǒng)。4.2功能仿真4.2.1用戶登錄界面用戶打開系統(tǒng)，首先進入登錄界面如圖4-1所示，點擊用戶登錄按鈕，輸入用戶名：user，以及密碼：000000，從而進入系統(tǒng)如圖4-2所示。圖4-1用戶登陸界面圖4-2用戶登錄4.2.2液位檢測及顯示功能進入系統(tǒng)后，首先設(shè)定鋼包罐的安全液位值為2.5米，如4-3所示。再設(shè)置檢測到的實際液位為2.7米，如4-4所示。圖4-3設(shè)定液位安全值圖4-4設(shè)置檢測液位高度4.2.3報警確認功能讓系統(tǒng)開始工作后，若預(yù)先設(shè)定的安全液位值為2.5米，檢測到的實際液位為2.7米，超過安全設(shè)定液位值2.5米，系統(tǒng)會出現(xiàn)”未確認的報警”頁面，頁面中有編號、時間、日期、狀態(tài)、以及出現(xiàn)的問題，等待人工的確認，如4-5圖所示。圖4-5報警確認頁面4.2.4報警功能當人工確認報警后，進入報警頁面，如圖4-6所示。圖4-6報警頁面4.2.5靜音/報警消除功能由于實際檢測到的液位值為2.7米，超過了設(shè)定的安全液位值2.5米，出現(xiàn)報警信號燈以及蜂鳴器響的現(xiàn)象，當按下“靜音”按鈕，蜂鳴器不再出現(xiàn)聲響，如4-7圖所示。當按下“報警消除”按鈕時，報警信號燈不再亮閃，如4-8圖所示。圖4-7蜂鳴報警停止圖圖4-8報警消除圖4.2.6歷史頁面曲線因為出現(xiàn)檢測到的實際液位值高于設(shè)定的安全液位值，從而使得液位曲線發(fā)生變化，由“0”逐漸上升至實際的液位值，并且有時間的提示，方便人工查清原因，液位曲線如圖4-9所示。圖4-9液位曲線圖結(jié)束語為了設(shè)計出可行鋼包液位監(jiān)控系統(tǒng)，本文主要完成了以下工作：(1)根據(jù)實際使用場景，設(shè)想出鋼包液位監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能，以及系統(tǒng)應(yīng)用后的實際意義。(2)根據(jù)所提出來的功能，設(shè)計相應(yīng)的部分，其中主要包括主控制器的選擇和介紹；檢測鋼水液面?zhèn)鞲衅鞯倪x擇；分屏方案的選擇。(3)針對設(shè)計的系統(tǒng)，用梯形語言圖進行程序編寫，并使用TIA軟件進行了仿真實驗，得到了預(yù)想的效果。但由于條件限制，用觸摸屏代替PC進行了仿真。ADDINCNKISM.Bib參考文獻[1]王連.PLC技術(shù)在機電自動化控制中的應(yīng)用[J].中國高新科技,2020,No.77(17):57-58.[2]王國棟.鋼鐵行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展方向[J].鋼鐵,2015(09):1-10.[3]李琰蔚.鋼鐵工業(yè)自動化的現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展探究實踐[J].科技創(chuàng)新導報,2019,016(026):3,5.[4]劉濤.淺談安全管理在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用及意義_劉濤[J].冶金管理,2020,407(21):109-110.[5]王濱,何周亮.PLC與變頻器在水塔水位控制系統(tǒng)中應(yīng)用研究[J].深圳職業(yè)技術(shù)學院學報,2019,18(01):26-28.[6]用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決安全生產(chǎn)監(jiān)管難題[J].[7]薛輝.