滁州西门子S7-300代理商

自动化立体仓库的出现是物流技术的一个划时代的革新。它不仅彻底改变了仓储行业劳动密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了仓库功能，使之从单纯的保管型向综合的流通型方向发展。堆垛机是自动化立体仓库中的一种自动装运设备，是实现自动化立体仓库高效、安全、可靠运行的关键设备，本文就其拖动系统人机界面的设计与实现，讲述了罗克韦尔自动化RSView32组态软件以及DeviceNet控制网络在堆垛机拖动系统中的应用。

一 基于DeviceNet的堆垛机拖动系统

堆垛机是自动化立体仓库的主要搬运设备。它在高层货架的巷道内来回穿梭运行，负责货物的存取。目前应用广的是巷道式堆垛机，它由运行机构、升降机构、装有存取货机构的载货台、机架和电气设备5部分组成。目前，堆垛机运行速度高达320m/min，提升速度高达60m/min，其定位jingque度优于±5mm。

DeviceNet是Rockwell Automation公司于1994年提出的一种开放的现场总线网络，目前已成为国际工业自动化网络标准。DeviceNet为简单的工业设备(传感器、变频器等)和高端设备(PLC、计算机)提供确定、可靠的网络连接和数据通信。DeviceNet提供主/从与对等网络通信能力和生产者/客户(Producer/Consumer)服务模式，可以不用任何编程工具在线移除或替换DeviceNet网络上的设备。来自ControlNet、DH+或Ethernet链路上的报文可以通过ControlLogix网关发送到DeviceNet链路上的所有节点。采用DeviceNet，可减少设备通信的电缆硬件接线，降低组建系统的人力及线路成本，同时，可为用户提供完整的设备级诊断功能，方便网络的维护。

过去，变频器的通信能力不强，需要对异步电动机按照一定的数学模型和优条件进行离线优化控制。当电动机参数及工况发生变化后，还继续使用原来的变频器参数就无法获得理想的优化效果，通过DeviceNet可将变频器接入控制网络，对变频器实现在线监控和优化，提高堆垛机的定位jingque度，并节省大量的能源。

二 控制系统硬件设计

控制系统主要采用了SLC500和PLC5控制器、1747-SDN扫描器、1771-SDN扫描器、1203-GK5通信接口，将其组态成DeviceNet控制网络以实现对1336PULS II变频器的控制，并通过1770-KFD接口模块将DeviceNet网络与上位计算机相连。其中扫描器作为PLC和DeviceNet之间的接口，它的主要功能是进行设备数据的采样和格式转换，PLC与设备之间的数据交换全部通过扫描器来实现。SLC500和PLC5可分别通过1747-SDN扫描器和1771-SDN扫描器连接到DeviceNet。1336PULS II 变频器则通过其SCANport接口与DeviceNet通信模块1203-GK5的SCANport接口相连。由此可建成DeviceNet电动机控制网络，其网络结构如图1所示。

三 控制系统的人机界面设计

1.RSView32软件
RSView32是一套综合的、基于组件的人机界面开发软件，可用于对自动化设备和生产过程进行实时监测和控制。它是个具有以下特性的人机界面软件：(1)将图形界面开放为ActiveX控件的容器，通过可以直接集成到用户图形界面上的可重用、可定制的ActiveX控件，实现对RSView32工程的方便扩展；(2)可利用对象模型方便地与其他基于组件的软件产品协同工作；(3)集成了微软的Visual Basic for Applications(VBA)为内置的编程语言；(4)支持OPC(用于过程控制的OLE)，可实现与其他自动化厂商的产品进行快速、可靠的通信；(5)使用附件体系结构(Add-On Architecture)技术扩展RSView32的功能，可将新特性直接集成到RSView32的内核；(6)可利用活动显示系统(Active Display System)实现远程监控。

2.人机界面的总体功能结构
人机界面的总体功能结构如图2所示。

其中主界面可完成日常的系统监控任务和对各个子界面的调用；手动控制面板子界面有6个电动机控制按钮，可结合主界面的状态显示区完成对变频器和电动机的手动控制；线路诊断图子界面可模拟和实时监测系统硬件线路的连接和工作状况；1336PLUS II变频器组态子界面可完成变频器所有相关参数的组态任务。

3.主界面设计
软件主界面分为实时动画显示区、实时速度表、功能按钮区、速度输入框、电动机状态显示区、速度曲线图和速度拖动条。其中实时动画显示区用于实时动态显示升降台的速度和位置。实时速度表用于实时显示速度值、速度单位(r/min)。功能按钮区有4个按钮，分别为自动[Auto]、手动[Manual]、诊断[Diagnostic]、1336PLUS II变频器[Config 1336II]组态，其中自动按钮控制升降台自动上下运行一次，按下手动按钮会显示手动控制面板[Manual Control]，按下诊断按钮会出现线路诊断图，按下1336PLUS II变频器组态按钮会出现变频器参数调整表。在速度输入框中可以jingque地调整电动机的速度，可调速度范围是0~1430r/min(仅在手动模式下可用)。电动机状态显示区共有9个指示灯，分别为自动(Auto)、手动(Manual)、报警(Alarm)、运行(Run)、正向(Forward)、点动(Jog)、停止(Stop)、反向(Reverse)、错误(Fault)，指示灯为绿色表示电动机正处于该状态，灰色则相反。速度曲线图用于实时显示电动机运行过程中速度的变化，在手动模式下可用速度拖动条比较粗略地改变电动机速度，并具有小频率(8Hz)设置保护。系统主界面如图3所示。

在主界面开发过程中发现S曲线的数据源为变频器[测量组(Metering)]中的[Freq Command]，需要通过M文件进行读取，采样的周期太长，无法满足S曲线的实时采样要求，趋势图中的S曲线不平滑，呈折线状。后来经过分析得知这主要是由于采样频率太低，数据不连贯造成的。要获得平滑的S曲线就必须提高数据的采样频率，故我们利用I/O映射自动刷新、实时性好的特点，采用输入映射的[word1频率反馈值]作为S曲线的数据源，并且数据的采样频率还与Tag的扫描时间及趋势图中的扫描时间有关，只要将Tag Scan Class的扫描周期及趋势图中的Rate设置为0，RSView32就会以快的速度实时地扫描频率反馈值，获得十分平滑的S曲线。

4.手动控制面板子界面设计
手动控制面板共有7个按钮。它们分别为运行[Run]、停止[Stop]、点动[Jog]、除错[bbbbb Faults]、反向[Reverse]、正向[Forward]、关闭窗口[Close]。在电动机运行过程中，运行、点动、反向、正向按钮将会被屏蔽，此时按下这4个按钮将得不到响应。

5.线路诊断图子界面设计
线路诊断图是在硬件线路图的基础上，用红线连接在线设备，用黑线连接可能发生故障或者已经从网络移除的设备。该界面有两个按钮，一个是模拟[Virtual]按钮，用于模拟本系统的硬件连接情况，用户可通过它对线路连接状态进行模拟操作，用于检查线路连接逻辑是否正确；另一个是监控[Monitor]按钮，用于实时监控系统硬件的连接状态，可大大提高系统故障诊断和硬件维护的效率。
6.1336PLUS II变频器参数组态子界面设计
在主界面按下[Config 1336II]按钮，将会出现上载参数进度条。当参数上载完毕后，变频器参数调整表将会出现[1336 PlusII bbbbbeter Settings]的参数设置对话框。此时，可以按组对所有的变频器参数分别进行设置。在参数调整表的下方有5个按钮，分别是刷新指定的参数[Refresh Specified bbbbbeter]、刷新所有的参数[Refresh All Data]、刷新参数组[Refresh Group]、下载参数[Download bbbbbeters]、返回主界面[Return to Main bbbbbb]。

四 结束语

凭借RSView32软件的强大功能，设计完成了这个操作自由、简单且在功能上分计算机自动、手动操作等多种控制方式的人机操作界面，能够清晰显示操作步骤、设备运行状况，即使是新手也可轻松操作，且系统保养维护方便、快捷

、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S5-150KPLC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。 点击此处查看全部新闻图片 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。

3.2PLC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。

由图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。