营口西门子S7-300代理商

 1 引言

 由我院技术总承包、近期已顺利投产的张家港华达涂层有限公司年产15万热镀锌板工程和我院目前为济南钢铁公司技术总承包的年产20万吨热镀锌板工程，采用新型自动化系统配置模式，从根本上改进和简化了自动化系统，目前张家港项目运行良好，济钢项目进展顺利。

 2 系统配置原则和方式

 冷带连续加工机组的过程控制系统一般按照工艺特点可以进行比较详细的分类，如焊机控制、锌锅控制、加热炉控制、辊涂控制、光整机控制等，但一般而言，冷带连续加工机组(镀锌机组、彩色涂层机组还是退火机组等)其通用的过程控制系统均为传动控制系统和与它关系密切的PLC系统再加上上位监控系统;20世纪80年代，宝钢2030冷轧厂08镀锌机组 (1850mm、年产30万吨)的自动化系统根据当时自动化技术水平按照工艺区段方式共配置5台西门子公司的S5-150K PLC和一台上位工业控制机300-R30，属当时国际先进水平，目前自动化技术与20世纪80年代相比，进步极大，沿袭2030冷轧厂带钢生产机组工艺分段配置自动化系统的传统模式已不适应目前的自动化技术水平，表1为S7-400系列PLC、S7-300系列PLC与S5-150K系列PLC的技术性能对比;以表1技术性能对比为依据，通过分析，济南钢铁公司20万吨镀锌机组集成的自动化系统我们采用一块S7-400主CPU:CPU416-2DP;张家港机组(年产15万吨)采用一块S7-300主CPU:S7-315-2DP，实践证明，我们的系统配置模式完全满足生产要求;可以有以下结论:目前国内大型钢铁企业年产在20万吨左右的冷带连续加工机组自动化系统，只需1台S7-400主CPU就可以满足生产要求，对于年产在15万吨以下的中小机组只需要一台S7-300主CPU:CPU315-2DP就完全可以满足生产要求，这无疑极大地简化了冷带加工机组的自动化系统，使广大用户从中受益。 
 
 采用新型方式配置冷带连续加工机组自动化系统的好处可以归纳如下:

 (1) 充分发挥CPU技术性能，淘汰按照工艺区段分配PLC的老模式，从根本上简化自动化系统结构，降低设备投资。
 (2) 充分采用现场通讯总线技术和远程I/O单元，从而大量节省输入/输出点和施工电缆，降低投资费用。
 (3) 充分采用现代HMI技术，省却大量操作按钮、指示灯和显示仪表，从而提高自动化生产的操作和管理水平，使操作更加人性化和简约化。

 3 系统组成及功能 

 冷带连续加工机组自动化系统构成方式为:基础传动+PLC+上位监控;PLC(主CPU、远程I/O站)、HMI、传动系统之间通过PROFIBUS-DP网络进行信息交换，具体结构见图1。
 
 3.1 上位机监控系统组成及功能 

 监控系统通过PROFIBUS-DP总线与PLC主CPU连接，接受和采集原料、生产过程、产品有关信息，实现生产管理人员-设备-原料-产品之间的信息交换，对机组的正常生产和产品进行自动化管理;通过网络，把工艺参数设定值和对电气设备的操作从人-机界面接口传送到PLC，把机组的状态、电气参数及故障由PLC收集送到人-机接口的CRT 显示器上;我院目前为济南钢铁公司技术总承包的20万吨热镀锌板工程上位监控系统采用WinCC组态技术对整个机组运行状态进行监控，系统配置见表2。
 
 上位监控系统软件功能如下:

 (1) 原料数据(板材宽度、厚度、钢卷编号等)，过程数据(机组各段张力、机组速度)，产品数据(钢卷卷号、卷重、卷径、焊缝位置等)的自动生成、存储和修改，将自动生成的配方工艺参数下载到PLC。 
 (2) 所有生产技术数据的汇总、存储、打印;
 (3) 各主要工艺设备状态显示;(4)在人-机界面上或者在操作台上对上述生产技术数据进行人工干预;
 (4) 加热炉的温度显示、运行状态监视、故障报警;

 图2为采用WinCC软件组态的济钢20万吨热镀锌机组主画面。
 
 3.2 PLC系统组成及功能 

 以济南20万吨热镀锌项目为例，PLC系统采用西门子公司S7-400系列PLC，主CPU采用S7-416-2DP，远程I/O采用ET200，由CPU、存储单元、电源模板、通讯模板、输入/输出模板、高速计数模板、中继器等组成，PLC与分布式I／O及传动系统采用Profibus-DP网。具体配置见表3。
 
 PLC控制系统主要完成加工线工艺功能的控制，根据工艺需要完成区段速度设定、张力设定、活套控制、逻辑控制、监测和报警、与上位机进行通讯等控制功能;在三个操作台(入口操作台、工艺操作台、出口操作台)上分别设有模块化I/O单元，由通讯电缆汇总到PLC系统，为提高系统可靠性，PLC与各自的远程I/O站之间的通讯、PLC与调速传动装置之间采用独立通讯网络，PLC把设定参数和控制指令传送到终端和各调速传动系统，并收集各调速传动系统的状态和电气参数送到人-机接口的CRT上显示。

 4 PLC软件功能 

 冷带连续加工机组的PLC软件主要是焊缝跟踪任务，包括自动刹车、慢速定位和紧急刹车;焊缝跟踪任务是靠现场远程I/O站信号通过ProfiBUS-DP与S7-400主CPU通讯，依据编制好的过程控制软件完成，它的任务主要包括:

 (1)根据带钢焊缝在机组的位置实现机组的自动刹车

 a) 开卷机的自动甩尾刹车。
 b) 入口活套/出口活套的自动刹车。
 c) 卷取机的自动刹车。
 d) 拉矫机的辊道自动开/闭。

 (2) 根据焊缝位置实现机组的慢速定位

 a) 入口上/下通道带头在焊机处的慢速定位。
 b) 入口上/下通道在助卷器和夹送辊两种方式下的穿带。
 c) 入口/出口侧剪刀处的带钢定位。
 d) 焊缝的自动打孔。
 e) 根据焊缝位置计算带长。

 (3) 机组的紧急刹车

 a) 传动设备故障的机组紧急刹车。
 b) 断带故障的紧急刹车。

 (4) 4个程序模块 

 上述所有工艺要求的控制功能其软件核心为4个程序模块，根据需要分别在自动刹车、慢速定位和紧急刹车过程中调用，它们是:

 a) 状态控制模块MDCT01。
 b) 张力调节模块TEAD01。
 c) 定位模块POSI01。
 d) 自动刹车模块AUBK01。

 定位模块POSI01、自动刹车模块AUBK01的功能主要是接受来自现场状态控制点的状态，并且根据状态控制点状态去触发或者调用状态控制模块MDCT01和张力调节模块TEAD01的不同设定值程序,它们附属于张力调节模块和状态控制模块，主要是开关顺序连锁和通／断关系;状态控制模块MDCT01和张力调节模TEAD01的主要功能是速度-张力的设定，其具体内容见表4。
 
 状态控制模块MDCT01和张力调节模块TEAD01按照机组工作状态的不同可以分为目标速度非“0”状态的生产请求和目标速度为“0”生产请求两种基本情况;

 (5) 目标速度非“0”状态的生产请求，可以分为两种情况:

 a) 初始速度为“0”，既生产线为停止状态，这种情况下，首先要进入张力准备阶段，根据工艺要求进行张力预选，接通张力，建立静态张力，其次是张力调节阶段，建立该运行区所有设备的工作张力，并且对张力的建立和调节进行确认和检查，在确认和检查无误的情况下，进入速度调节阶段，经过一定时间Δt(如出口段为4秒、工艺段为3秒、出口段为6秒)检查速度不为“0”，说明请求实现，具体张力-速度请求-确认曲线模型如图3所示。
 
 b) 初始速度不为“0”，既生产线为正常生产状态，这种情况下，所有张力均已存在，各段张力均为正常生产值，此时，可以直接进行速度调节，具体张力-速度曲线模型如图4所示。
 
 目标速度为“0”，这种请求是实现目标速度为“0”的状态，具体张力-速度曲线模型如图5所示。
 
 图4可以知道，当速度为“0”后大约0.7秒，取消工作张力，建立静态张力，若没有外部中断请求，那么在大约900s之后，系统自动取消静态张力，张力值“0”。
 
 图6表示镀锌机组入口段软件功能框图，整个框图基本包括状态控制模块MDCT01、张力调节模块TEAD01、定位模块POSI01和自动刹车模块AUBK01。

 冷带连续加工机组的PLC控制程序编制，应该注意以下情况:

 a) 现场执行元件的可靠性直接关系到自动化系统的稳定运行，传动电机、抱闸和限位开关、光电检测在自动化系统中具有同样的重要性，机组的连续性生产和限位开关这样小的元件密切相关。
 b) 冷带连续加工线自动化系统控制的主要设备是辊系设备，主要参数是张力-加速度-速度-位置这样四个力学参数，其控制过程属于刚性物料输送过程，其前后联系非常紧密，单体设备之间相关性极大，在控制精度上有一定要求，否则会出现断带、拉带、堆带或者机组振荡故障现象。
 c) 冷带连续加工线自动化系统的硬件结构应合理采用远程I/O和总线通讯方式，软件结构上应该按照程序模块把所有开关量信号与张力-加速度-速度-位置参数有机地整合在一起，否则，机组静态张力、穿带张力、工作张力、入口/出口活套充/放套等工作状态很可能会出现意想不到的故障。

 5 结束语 

 目前，由我院承担的我国国内所有冷带连续加工机组的自动化系统运行均非常稳定、可靠，这和我们多年吸收、借鉴我国花巨资从国外引进的同类机组自动化技术、不断跟踪自动化技术发展趋势是分不开的，我们的工作为我院和广大用户创造了良好的经济效益和社会效益。

一、引言：
在当今众多纸机控制系统中，为了简化机械结构，减少设备的维护成本，而要求对设备的多台电机速度进行同步控制。利用Haiwell（海为）国产PLC强大易用的通信功能，可方便的实现多台电机的同步控制。下面就对这一应用作一介绍。
二、解决方案：

 
如上图所示，系统主要有触摸屏、可编程控制器（Haiwell PLC）、变频器等组成。
工作原理：
纸机生产要求的主速度由触摸屏设至PLC，再根据每个辊的速度与主速度的关系计算出每个辊的速度，通过Haiwell PLC高速便利的通信指令发送至每台变频器。

系统优点：
1、利用Haiwell PLC高速便利的RS485通信，简化了系统的接线，并避免了传统控制中同步控制器无逻辑控制功能，同步控制器与变频器间利用模拟量控制容易受干扰的难题；
2、Haiwell PLC标准配置2个通信口，1个RS232口，1个RS485口，任何一个口均可作为主站或从站。在本应用中，用RS232口与触摸屏通信，用RS485口与变频器通信；
3、Haiwell PLC通信速度高达57600Kbps，速度调节同步控制jingque。
主要硬件配置：
1、可编程控制器：HW-S32ZS220R（Haiwell PLC）
2、变频器：VFD075B43A
3、触摸屏：DOP-A57GSTD
三、程序设计亮点：
1、Haiwell PLC具有浮点数运算指令，重要的一点是在程序中可直接输入小数点，大大方便了程序的编写与调试。
2、Haiwell PLC具有Modbus通信指令、HaiwellBUS通信指令及自由协议通信指令，可方便的与各种变频器通信联接。在本应用中，用Modbus指令与各变频器通信；
3、所有Haiwell PLC通信指令编程方便，无需对特殊位、特殊寄存器进行编程，也无需考虑多条通信指令间的通信时序，多条通信指令可在同一逻辑条件下执行；
4、可在每个辊的位置放置2个按钮，在跟随主速度的基础上，轻松根据实际要求对速度进行微调控制。
四、总结：
利用国产Haiwell PLC便利的通信功能及方便易用的浮点数运算功能，可快速、jingque的实现设备的速度同步控制。可广泛应用于纸机设备控制、长输送链、长输送线等要求多电机速度同步控制的场合

本文以EMS（EscortMemorySystems）的RFID射频识别读写器LRP830为例，分别介绍了可编程控制器及微机与RFID射频识别读写器进行串行通讯，从而读取标识数据的具体实现方法：PLC通过串行I/O通讯协议与RFID读写器实现串行通讯，PC通过bbbbbbs多线程技术与RFID读写器实现串行通讯。文中给出了实例。RFID射频识别在我国的应用才刚刚开始，前景非常广阔。本文所述方法具有一定代表性，对于推动RFID射频识别技术在工业自动化等领域的应用，具有一定的积极意义。 

     RFID射频识别系统简介 

     RFID的全称是RadioFrequencyIdentification，即射频识别,它利用无线电射频实现可编程控制器（PLC）或微机（PC）与标识间的数据传输,从而实现非接触式目标识别与跟踪。 

     一个典型的RFID射频识别系统包括四部分：标识、天线、控制器和主机（PLC或PC），系统结构图见图1。 

     图1RFID射频识别系统结构图 

     标识一般固定在跟踪识别对象上，如托盘、货架、小车、集装箱，在标识中可以存储一定字节的数据，用于记录识别对象的重要信息。当标识随识别对象移动时，标识就成为一个移动的数据载体。以RFID在计算机组装线上的应用为例，标识中可以记录机箱的类型（立式还是卧式）、所需配件及型号（主板、硬盘、CD-ROM等）、需要完成的工序等。又如在邮包的自动分拣和跟踪应用中，可以在标识中存储邮包的始发地、目的地、路由等信息。 

     天线的作用是通过无线电磁波从标识中读数据或写数据到标识中。天线形状大小各异，大的可以做成货仓出口的门或通道，小的可以小到1mm。 

     控制器用于控制天线与PLC或PC间的数据通信，有的控制器还带有数字量输入输出，可以直接用于控制。控制器与天线合称读写器。 

     PLC或PC根据读写器捕捉到的标识中的数据完成相应的过程控制，或进行数据分析、显示和存储。 

     本文即以具有代表性的美国EMS（EscortMemorySystems）公司的13.56MHz无源RFID射频识别读写器LRP830为例，介绍了PLC及PC与RFID读写器进行串行通讯，从而获取标识数据，用于控制或数据处理的具体实现方法。 

     RFID射频识别读写器的命令集及串行通讯协议 

     以LRP830读写器为例，LRP830是EMS13.56MHz无源系列射频读写器中的一种，它的标识和天线可以在水下或高温腐蚀环境中正常工作，可以一次读写99个标识，大读写距离63.5cm。它带有两个串口，一个DeviceNet接口，4个DI隔离输入，4个DI隔离输出，保护等级IP66，NEMA4封装，非常适合于在工业自动化中应用。 

     LRP830读写器上的串口是合在一起的，通过专用电缆可以分接出COM1和COM2两个串口，两个串口作用不同，COM1用作通讯口，从PLC或PC接收命令并返回响应数据,可以配置为RS232、RS422或DeviceNet接口。COM2用于配置系统参数（如读写模式、波特率等）或下载系统升级程序。 

     LRP830可以与所有EMS的FastTrackTM系列无源标识结合使用，每个标识中可以存储48个字节的数据，另外还有8个字节用于存储只读的唯一的序列号（出厂前由厂方设定）。 

     LRP830提供了单标识读写命令集（见表1），多标识读写命令与此类似。 

     表1单标识命令集 
 

     每种命令可以有三种通讯协议：ABxS、ABxF、ABxASCII。表2是ABxS通讯协议持续读单标识命令的一个例子，其它命令与此类似。 

     表2ABxS协议持续读单标识命令举例 
 

     RFID读写器与PLC串行通讯 

     以EMSRFID读写器LRP830与GEFanucVersaMaxPLC的串行通讯为例。VersaMaxPLC的RS232串口与LRP830的COM1接线对应关系见表3。 

     表3VersaMax与LRP830读写器的串口接线对应关系 

     通过PLC控制RFID读写器读写标识数据的实现流程如图2所示。 

     图2PLC读写RFID标识数据的程序结构框图 

     以下是具体实现时要注意的技术细节： 

     1）LRP830与VersaMaxPLC的串口相连时，信号线要错线，即VersaMaxRS232口的TXD/RXD要接LRP830的COM1的RXD/TXD，LRP830与PC连接时则是直通的。 

     2）PLC使用串行I/O通讯协议与RFID读写器通讯。串口初始化、设置缓冲区、清除缓冲区、写串口、读串口状态等操作都是先通过一组BLKMOVWORD指令给COMMREQ的数据块赋值，然后执行COMMREQ指令完成的。例如，以下语句（见图3）通过RFID读写器写10个FF（46H）到标识中，从个字节写起。 

     图3PLC与RFID读写器串行通讯例程 

     3）要注意PLC写标识数据只需要执行写串口命令就可以了，而PLC读标识数据的过程则包含两步：一是PLC执行写串口命令,即写读标识命令到RFID读写器；二是PLC执行读串口命令，捕捉RFID读写器返回的数据。这是由于RFID读写器在接到读标识命令后,会返回读命令的响应信息到串口缓冲区,其中包含了读到的标识数据。 

     4）使用ABxS协议时，要注意命令字的MSB和LSB的顺序问题。RFID读写器与PLC通讯时，要将读写器指令的MSB和LSB颠倒一下，即LSB在前，MSB在后。例如图3中，第二个BLKMOVWORD指令的第三个输入IN3应为16＃4AA，而非16＃AA04。 

     5）利用读写器指示灯的变化辅助PLC程序调试。LRP830读写器的面板上有两排LED指示灯，其中，当“ANT”亮时，表示天线在执行读写操作；“COM1”亮时，表示串口1执行了写命令，“RF”亮时，表示有标识被读写且仍在读写范围内。 

 RFID读写器与PC串行通讯 
     仍以EMSRFID读写器LRP830为例。与PC机相连时，LRP830的COM1/COM2与PC机的9针串口 

     COM1/COM2的连接对应关系见表4。 

     表4LRP830的串口与PC串口连接对应关系 

     在PC机上开发串口通讯程序，可以使用现有的通讯控件（如VB的Mscomm），也可以使用编程语言结合bbbbbbsAPI实现。本文用Delphi6在bbbbbbs2000环境中，应用多线程技术实现了PC与RFID读写器间的串行通信。使用Delphi的优点是，Delphi对许多bbbbbbs底层API函数作了封装，简化了程序代码。使用多线程的优点是，程序编写比较灵活，而且串口监听线程不影响主线程其它任务的执行。程序结构框图见图4。      

     图4PC与RFID读写器串行通信程序框图 

     在具体实现上述思路时，要注意以下技术细节： 

     1）根据RFID读写器通讯协议的特点，读写器每执行一个主机发来的指令，无论是读标识还是写标识，都会返回一定字节的响应数据，用以确认命令已执行或返回标识中存储的数据。因此，主机读或写标识数据都需要先写（串口命令）后读（返回的串口数据）。 

     2）为了使程序体现模块化的设计思想，易于调试和维护，可以把各种RFID命令预先存入命令数组中，而把主机对RFID串口的命令和捕捉RFID读写器命令响应编制成单独的子程序，在调用它之前，先调用命令字赋值子程序。 

     3）对主线程的说明：在主线程中用CreateFile函数建立串口事件，设置缓冲区和通信参数，创建串口监听线程。用WriteFile写串口函数完成通过RFID读写器写数据到标识中。部分程序如下： 

     hcom:=CreateFile(pchar(Whichcom),GENERIC_WRITEOrGENERIC_READ, 

     0,0,OPEN_ALWAYS,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,0);//产生串口事件 

     setupcomm(hcom,TOTALBYTES,TOTALBYTES);//设置缓冲区 

     getcommstate(hcom,lpdcb); 

     lpdcb.BaudRate:=BAUDRATE;//波特率 

     lpdcb.StopBits:=STOPBIT;//停止位 

     lpdcb.ByteSize:=BYTESIZE;//每字节有几位 

     lpdcb.Parity:=PARITY;//奇偶校验 

     setcommstate(hcom,lpdcb);//设置串口 

     Mycomm:=Tcomm2.Create(False);//创建串口监听线程 

     WriteFile(hcom,WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),lpBytesSent,0);//写标识命令 

     …… 

     4）对串口监听线程的说明： 

     程序中用到的方法主要有Synchronize和Terminate。Synchronize是Delphi提供的一种安全调用线程的方法，它把线程的调用权交给了主线程，从而避免了线程间的冲突，这是一种简单的线程间同步的方法，可以省去用其它语言编程时需要调用的多个bbbbbbsAPI函数，例如createEvent（创建同步事件），Waitforsinglebbbbbb（等待同步事件置位），resetevent（同步事件复位），PostMessage(向主线程发送消息)等。用Delphi编写多线程通讯程序的优点是显而易见的。例如以下语句即可实现串口监听线程： 

     While(notTerminated)do//如果终止属性不为真 

     Begin 

     dwEvtMask:=0; 

     Wait:=WaitCommEvent(hcom,dwevtmask,lpol);//等待串口事件 

     ifWaitThen 

     begin 

     Synchronize(DataProcessing);//同步串口事件 

     end; 

     end; 

     上述程序一旦检测到串口事件，就调用DataProcessing方法读串口数据，并写入数组，供程序其它部分调用，另外还要检测何时退出线程，程序如下： 

     procedureTmainbbbb.DataProcessing 

     begin 

     bbbbb:=bbbbbCOMMERROR(hcom,lperrors,@comms);//清除串口错误 

     ifbbbbbThen 

     Begin//处理接收数据 

     ReadFile(hcom,ReadBuffer,Comms.cbInQue,LPReadNumber,0); 

     ReceBytes[I+ArrayOffset]:=ReadBuffer[I]; 

     //读串口缓冲区数据并写入数组 

     gameover:=(ReceBytes[I+ArrayOffset-1]=Byte($FF)) 

     and(ReceBytes[I+ArrayOffset]=Byte($FF));//终止条件 

     ifgameoverthenterminate;//退出线程 

     …… 

     End; 

     End； 

     其中，Terminate将线程的Terminated属性设置为True。线程一旦检测到Terminated属性为True，就会结束线程，去执行Onterminate事件，在Onterminate事件中对采集到的RFID标识数据进行处理。由于RFID读写器的ABxS协议的命令响应的后两个字节都是FF，所以可以将收到连续的两个FF作为终止线程的条件之一。 

     程序应用举例： 

     以持续读标识中所有48字节数据命令为例，在程序中用WriteBuffer数组保存该命令，对WriteBuffer数组的各个元素赋值如下： 

     WriteBuffer[0]:=Byte($AA);WriteBuffer[1]:=Byte($0D);//连续读标识命令字头 

     WriteBuffer[2]:=Byte($00);WriteBuffer[3]:=Byte($00);//从个字节开始读 

     WriteBuffer[4]:=Byte($00);WriteBuffer[5]:=Byte($30);//读48个字节数据 

     WriteBuffer[6]:=Byte($00);WriteBuffer[7]:=Byte($02);//延时2秒 

     WriteBuffer[8]:=Byte($ff);WriteBuffer[9]:=Byte($ff);//连续读标识命令字 

     执行持续读标识命令后，程序以WriteBuffer数组写串口，RFID读写器执行此命令，并返回响应数据。 

     图5持续读标识命令执行结果 

     从图5窗口中可以看到，前4个字节AAODFFFF就是LRP830读写器对持续读命令的确认信息，然后是数据报文头AAOD和标识中48个字节的数据（每字节数据前加00），后是数据报文尾FFFF。 

     结束语 

     本文介绍了可编程控制器及微机与RFID射频识别读写器进行串行通讯，从而获取标识中的数据的具体实现方法：PLC通过串行I/O通讯协议与RFID读写器实现串行通讯，PC通过bbbbbbs多线程技术与RFID读写器实现串行通讯。本文所述方法具有通用性，对于其它厂家的PLC和RFID系统也有一定的参考价值。RFID射频识别技术在我国工业自动化等领域的应用才刚刚开始，前景非常广阔。本文对于促进该技术的推广应用具有一定的积极意义。