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[摘 要]重点介绍了西门子SIMATIC S7-300 PLC替代包钢炼铁厂四号高炉环形吊车SIEMENS S5 115U控制系统的过程，在整个控制系统的替代中，进行了硬件组成重新配置、S5控制程序到S7控制程序的转换及原S5控制软件加密部分的破译和功能的完全恢复性编制。新系统完成环形吊车多维空间动作、走行回路速度调节、与上位机通信等功能。本文给出了这个系统的主要硬件构成和软件功能的实现方法；重点阐述了环形吊车控制系统改造方案。
[关键词]环形吊车，PLC改造，控制系统，SIMATIC S5-115U，SIMATIC S7-300
中图分类号：TP273；TF321 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0303-01
1 四号高炉环形吊车PLC改造原因
四号高炉炉前的环形吊车设备是1994年从德国引进，它集PLC、变频器、编码器检测等先进自动化设备于一身，是包钢首次引进的德国SKET公司环形吊车。经过十几年的使用，设备部分基本上已达到使用寿命，许多电气元器件老化，尤其是它的核心控制部分 PLC早已是“负重”工作。 四号高炉环形吊车原自动控制系统采用德国西门子SIMATIC S5-115U 系列PLC，历时十六年的使用，设备已严重老化，经常出现程序丢失，系统故障等事故，尤其在环境温度低的情况下，事故率频发，且处理故障时间较长，严重影响了高炉炉前正常作业；而且S5备件奇缺、价格昂贵，鉴于以上原因，四号高炉环形吊车控制系统的改造势在必行。
2 四号高炉环形吊车PLC改造方案
在不影响高炉炉前正常作业的前提下，硬件上需将西门子SIMATIC S5-115U控制系统改为西门子SIMATIC S7-300控制系统并完成相应系统硬件配置；软件上需将原有S5控制程序转化为S7控制程序且完成原程序核心内容加密部分的破译和完整功能控制的编制。改造原则：按照旧系统各功能进行，满足现有工艺的控制要求，以旧程序为基础，了解工艺流程，确定方案及新系统配置，破译加密部分、转换旧程序，后在实验室进行模拟调试程序运行；计划在8小时内安装拆除新、旧设备，下装调试新程序；投入使用后，观测新系统在环吊上的使用情况。
3 简述四号高炉环形吊车工艺
四号高炉环形吊车与通常梁、门型等常规吊车不同，它分内环轨道和外环轨道，吊车是以高炉炉身为中心，环绕做360度运转，实现炉前所需作业，而通常看到的吊车只是做往返的直线运行。这种环形吊车最关键的控制就是内环电机和外环电机的速度必须完全匹配，即以相同的角速度运行，这样才能正常运行，假如内外轨道的电机速度不同步，又没有及时发现，轻者造成吊车脱轨，重者吊车损坏轨道并有可能掉落的危险，酿成重大设备事故，这也就要求环形吊车上的控制系统设备稳定、可靠性高，实现安全控制。
所以PLC控制系统核心控制部分是内外轨电机速度的采集、计算和内外轨变频器的速度给定、调节，只有内轨外轨电机速度完全匹配，才能保证环形吊车顺利、安全的围绕炉身正常运转，保证炉前正常作业。
4 原S5程序分析与解读
原S5程序采用STL语句表和功能块相结合完成的，结构相对于顺控梯形图LAD来说要复杂，程序篇幅大、解读困难，参数状态显示不直观，不利于数据监控和条件判断，不便于现场维护和故障原因的查找。
原S5程序中程序块FB111是加密的，后经我们破译后才完成了此次改造的难点部分，现将加密程序的具体内容描述如下：在每次动车初始先设置内外环编码器的参考点坐标，其中外环编码器参考点坐标为4998，内环编码器的参考点坐标1842，然后以此做为初始值，而且程序在不停的判断内外环编码器的码值，吊车运行时，只要内外环码值有任何一个大于9900或小于100，则就执行同步程序，重新设置一次参考点 。吊车调整如下：在吊车运行过程中，用内环编码器的码值乘以系数2.714再被外环编码器码值做减法运算，若差值大于50，则将差值乘以0.3加上内环给定推给内环输出；若差值大于100，然后再判断速度给定是否大于250，若大于250则将250输出，若不大于250则将给定输出；在差值大于100的情况下，再判断差值的正负，若差值为正，并且给定为负，或者差值为负给定为正则将200推给内环输出，否则就把200推给外环输出；若差值大于150，则直接封锁内外环输出给定，即将0推给内外环的AO通道. 每次判断的输出，外环推给DW31，内环推给DW34，外环的中间地址再乘以0.8636，然后分别推给内外环的AO通道，输出分别控制相应的变频器，进而实现内外轨同步控制。
5 SIMATIC S7-300简介及环形吊车自动控制系统硬件组态
5.1 SIMATIC S7-300简介
SIMATIC S7-300系列PLC产品是西门子公司推出的微型可編程控制器。它具有功能强、速度快、模块化、无排风结构、易于实现分步、可扩性强、用户便利等特点，适用于极其快速的过程处理或对数据处理能力有特别要求的规模控制系统。S7-300可编程控制器由电源（PS）、中央处理器（CPU）、信号模板（SM）、功能模板（FM）、通讯处理器（CP）等部分构成。系统中的S7-300可通过输入模板采集数字量信号和模拟量信号，在经CPU进行逻辑运算、数值运算后，由模拟量输出模板输出到变频器实现自动控制。另外，系统网络采用工业以太网TCP/IP通讯，可以高速方便的实现和编程器的连接，实时监测编码器的码值和模拟量输出模块的速度给定，然后根据不同的情况来实现相应的分析、记录、控制、等功能。
5.2 环形吊车自动控制系统硬件组态
环吊原自动控制系统是西门子SIMATIC S5-115U控制系统，为了缩短改造周期，同时也为了配置具有高性能、高可靠性、节省投资的自动控制系统，采用了西门子公司的SIMATIC S7-300控制系统，同一厂家的自动控制设备，这样就可以在硬件配置和程序翻译方面兼容性及转换更为方便，有效缩短工期。
根据环吊系统要求，PLC硬件配置如下：
机架，电源模块，中央处理器模块（CPU），存储卡，通讯模块，定位模块，模拟量输出模块（AO），数字量输入模块（DI）
软件使用SIMATIC Manager STEP7 V5.4 sp2版编程软件来实现，采用语句表、梯形图、两种编程方式相结合来完成。
根据系统要求.我们设计了以下几种模块：
（1）FC（功能）模块：共有l2块
（2）DB（数据块）模块：共有5个DB（数据块）。
（3）OB（组织块）模块。
6 结束语
新系统由于采用了新设备和掌握原系统控制设计思想，系统控制精度得以提高，系统稳定可靠性增强， 自投运后运行后正常，消除了以前的故障，满足了高炉生产需要。
参考文献
[1] SIMATIC 功能模块FM 351 安装和参数分配
[2] 深入浅出西门子S7-300PLC
[3] S7-300可编程控制器硬件和安装手册
[关键词]环形吊车，PLC改造，控制系统，SIMATIC S5-115U，SIMATIC S7-300
中图分类号：TP273；TF321 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0303-01
1 四号高炉环形吊车PLC改造原因
四号高炉炉前的环形吊车设备是1994年从德国引进，它集PLC、变频器、编码器检测等先进自动化设备于一身，是包钢首次引进的德国SKET公司环形吊车。经过十几年的使用，设备部分基本上已达到使用寿命，许多电气元器件老化，尤其是它的核心控制部分 PLC早已是“负重”工作。 四号高炉环形吊车原自动控制系统采用德国西门子SIMATIC S5-115U 系列PLC，历时十六年的使用，设备已严重老化，经常出现程序丢失，系统故障等事故，尤其在环境温度低的情况下，事故率频发，且处理故障时间较长，严重影响了高炉炉前正常作业；而且S5备件奇缺、价格昂贵，鉴于以上原因，四号高炉环形吊车控制系统的改造势在必行。
2 四号高炉环形吊车PLC改造方案
在不影响高炉炉前正常作业的前提下，硬件上需将西门子SIMATIC S5-115U控制系统改为西门子SIMATIC S7-300控制系统并完成相应系统硬件配置；软件上需将原有S5控制程序转化为S7控制程序且完成原程序核心内容加密部分的破译和完整功能控制的编制。改造原则：按照旧系统各功能进行，满足现有工艺的控制要求，以旧程序为基础，了解工艺流程，确定方案及新系统配置，破译加密部分、转换旧程序，后在实验室进行模拟调试程序运行；计划在8小时内安装拆除新、旧设备，下装调试新程序；投入使用后，观测新系统在环吊上的使用情况。
3 简述四号高炉环形吊车工艺
四号高炉环形吊车与通常梁、门型等常规吊车不同，它分内环轨道和外环轨道，吊车是以高炉炉身为中心，环绕做360度运转，实现炉前所需作业，而通常看到的吊车只是做往返的直线运行。这种环形吊车最关键的控制就是内环电机和外环电机的速度必须完全匹配，即以相同的角速度运行，这样才能正常运行，假如内外轨道的电机速度不同步，又没有及时发现，轻者造成吊车脱轨，重者吊车损坏轨道并有可能掉落的危险，酿成重大设备事故，这也就要求环形吊车上的控制系统设备稳定、可靠性高，实现安全控制。
所以PLC控制系统核心控制部分是内外轨电机速度的采集、计算和内外轨变频器的速度给定、调节，只有内轨外轨电机速度完全匹配，才能保证环形吊车顺利、安全的围绕炉身正常运转，保证炉前正常作业。
4 原S5程序分析与解读
原S5程序采用STL语句表和功能块相结合完成的，结构相对于顺控梯形图LAD来说要复杂，程序篇幅大、解读困难，参数状态显示不直观，不利于数据监控和条件判断，不便于现场维护和故障原因的查找。
原S5程序中程序块FB111是加密的，后经我们破译后才完成了此次改造的难点部分，现将加密程序的具体内容描述如下：在每次动车初始先设置内外环编码器的参考点坐标，其中外环编码器参考点坐标为4998，内环编码器的参考点坐标1842，然后以此做为初始值，而且程序在不停的判断内外环编码器的码值，吊车运行时，只要内外环码值有任何一个大于9900或小于100，则就执行同步程序，重新设置一次参考点 。吊车调整如下：在吊车运行过程中，用内环编码器的码值乘以系数2.714再被外环编码器码值做减法运算，若差值大于50，则将差值乘以0.3加上内环给定推给内环输出；若差值大于100，然后再判断速度给定是否大于250，若大于250则将250输出，若不大于250则将给定输出；在差值大于100的情况下，再判断差值的正负，若差值为正，并且给定为负，或者差值为负给定为正则将200推给内环输出，否则就把200推给外环输出；若差值大于150，则直接封锁内外环输出给定，即将0推给内外环的AO通道. 每次判断的输出，外环推给DW31，内环推给DW34，外环的中间地址再乘以0.8636，然后分别推给内外环的AO通道，输出分别控制相应的变频器，进而实现内外轨同步控制。
5 SIMATIC S7-300简介及环形吊车自动控制系统硬件组态
5.1 SIMATIC S7-300简介
SIMATIC S7-300系列PLC产品是西门子公司推出的微型可編程控制器。它具有功能强、速度快、模块化、无排风结构、易于实现分步、可扩性强、用户便利等特点，适用于极其快速的过程处理或对数据处理能力有特别要求的规模控制系统。S7-300可编程控制器由电源（PS）、中央处理器（CPU）、信号模板（SM）、功能模板（FM）、通讯处理器（CP）等部分构成。系统中的S7-300可通过输入模板采集数字量信号和模拟量信号，在经CPU进行逻辑运算、数值运算后，由模拟量输出模板输出到变频器实现自动控制。另外，系统网络采用工业以太网TCP/IP通讯，可以高速方便的实现和编程器的连接，实时监测编码器的码值和模拟量输出模块的速度给定，然后根据不同的情况来实现相应的分析、记录、控制、等功能。
5.2 环形吊车自动控制系统硬件组态
环吊原自动控制系统是西门子SIMATIC S5-115U控制系统，为了缩短改造周期，同时也为了配置具有高性能、高可靠性、节省投资的自动控制系统，采用了西门子公司的SIMATIC S7-300控制系统，同一厂家的自动控制设备，这样就可以在硬件配置和程序翻译方面兼容性及转换更为方便，有效缩短工期。
根据环吊系统要求，PLC硬件配置如下：
机架，电源模块，中央处理器模块（CPU），存储卡，通讯模块，定位模块，模拟量输出模块（AO），数字量输入模块（DI）
软件使用SIMATIC Manager STEP7 V5.4 sp2版编程软件来实现，采用语句表、梯形图、两种编程方式相结合来完成。
根据系统要求.我们设计了以下几种模块：
（1）FC（功能）模块：共有l2块
（2）DB（数据块）模块：共有5个DB（数据块）。
（3）OB（组织块）模块。
6 结束语
新系统由于采用了新设备和掌握原系统控制设计思想，系统控制精度得以提高，系统稳定可靠性增强， 自投运后运行后正常，消除了以前的故障，满足了高炉生产需要。
参考文献
[1] SIMATIC 功能模块FM 351 安装和参数分配
[2] 深入浅出西门子S7-300PLC
[3] S7-300可编程控制器硬件和安装手册