西门子模块6ES277-0AA22-0XA0原装代理
在过去的几十年里，可编程逻辑控制器(PLC)一直被广泛用于自动化领域，而在可预知的未来，PLC仍将长盛不衰。面向离散控制而设计PLC的实际上已经成为工业领域一个具有伟大意义的统治性工具。
然而，随着工业用机器和工厂系统的复杂性的增加，PLC已经很难而且也不可能成为完成所有自动化任务。现在的自动化系统已经超越了PLC的功能范围，使得工业机器领域的工程师必须在自动化系统中集成更多更先进的I/O、处理和控制策略。
新的可编程自动化控制器(PAC)硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案，能够很容易整合到PLC系统中，给工业机器增加更多的先进功能，并提高机器的效率。
1、需求：如何提高机器的效率
如何提高机器的效率?让我们来看看IntegratedIndustrialSystems(I2S)公司是如何做的。I2S在现有的PLC系统上实现极大的改进。这是一个来自美国的私有原始设备制造商，数十年以来一直致力于制造的轧制设备和控制系统，用于全世界的铁和非铁金属行业。在这一领域的雄厚技术底蕴使之成为行业的。
I2S也曾经长期使用PLC来自动化和
控制生产的轧制设备。近几年他们一直在试图更新轧制设备控制系统，以提高效率和质量。为了提高炼钢设备的效率和质量，他们主要对其伽马测量系统进行了改进，以便能更准确地控制金属厚度。
数年以来，伽马测量系统一直是I2S产品家族中的标志性产品，现在依然广受欢迎，但是系统的很多硬件和软件特征都已经过时了。为了更新该系统并改进其机器，I2S公司需要一个具有更jingque的模拟输入分辨率的方案，以连接伽马测量传感器和信号处理，从而从传感器中获取模拟信号，实现高度jingque的厚度测量，再由PLC使用在轧制机器的控制系统中。
2、伽马测量仪技术
伽马测量仪使用“镅”作为恒发射源，这一发射源位于“C”框架组装的较低部。结构的顶部是一个接收器和前置放大器。当通过发射源和接收器之间的间隔时，金属带会吸收一部分辐射，吸收量视其厚度和密度而定。剩下的一部分就由接收器进行测量，并转化成带厚度测量。
实施改造步：现有设备试验
为了节省时间和费用，I2S先试着在已有的PLC系统中进行模拟测量和处理。但是，PLC的模拟I/O和信号处理无法达到所需的jingque度。I2S公司要确保运行于PLC中的控制系统不会因为额外I/O和处理的增加而减少。
因此，他们需要这么一个系统，这个系统能够从伽马传感器中获取模拟信号并进行处理以计算jingque的厚度测量值，并能将这个厚度测量插入到PLC控制系统中。但是，所用的PLC不适合高性能处理和高速模拟I/O。
第二步：如果现有设备无法奏效，就试试其它方法
在认识到PLC无法提供连接伽马测量传感器所需的I/O和处理后，I2S转向了PAC技术。它选择了国家仪器的CompactRIOPAC，以提供改进轧制机器质量所必须的附加功能。CompactRI/O是一个可重置嵌入式系统，既结合了传统PLC的优点和可靠性，又能提供更多I/O和处理。国家仪器的所有PAC都可以通过其LabVIEW图形编程工具来编程，因此可以很容易进行编程和配置。
第三步：添加I/O
CompactRIO有一个嵌入式现场可编程门阵列(FPGA)芯片和实时处理器，可通过内置的LabVIEW功能块来编程。另外，它还拥有超过30个模拟和数字I/O模块，具有内置信号调节(反锯齿、隔离、ADC、DAC等)、高速计时(模拟I/O速度达到800kHz，数字I/O速度达到30MHz)和高分辨率(24bADC)，可与任何工业传感器或者触发器连接。
图1CompactRI/O架构
I2S使用CompactRIO模拟输入模块来连接伽马级厚度传感器，以提供jingque测量所需的高速计时和分辨率。由于每个I/O模块都是直接和FPGA相连的，工程师们于是能使用LabVIEWFPGA来轻松自定义CompactRIO的模拟I/O速率。
第四步：添加处理
从伽马传感器获得模拟数据之后，CompactRIO使用内置的NILabVIEW实时浮点功能块来在实时处理器中对数据进行处理，并将之转化成jingque的厚度测量。
LabVIEW的实时功能块对数据进行确定的对数处理(如下面的等式1和等式2所示)，以进行计算厚度测量值。由于LabVIEWReal-Time具有内置计算和分析功能，PAC能够很容易进行这一操作。
等式1：logI=(logI0)y/μ=(y/μ)logI0
等式2:y/μ=logI0/logI=log(I0-I)
CompactRIO系统在FPGA和实时处理器中进行所有的I/O和信号处理，并将高jingque度厚度测量传输到相连的PLC上，又不会降低现有PLC控制系统的速率。借助于CompactRIO的性能，I2S的工程师可以为伽马级传感器添加这一自定义测量和分析功能，而不需要牺牲轧制机器的控制速度。
第五步：整合PAC
每个轧制机器都带有三个形成网络的CompactRIO系统。这三个系统都是智能节点，能利用一个工业标准Modbus/TCP、TCP/IP或UDP协议进行通信。其中有两个系统与伽马级传感器连接，并进行模拟输入测量和处理，来计算jingque厚度测量值。
图2典型系统拓扑
第三个CompactRIO系统则从另外两个系统中取得厚度值，并转换成模拟输出测量值，输入到正在控制轧制机器的PLC上。所有三个系统都通过以太网连接实现了互连，并使用一个UDP以太网信息协议来传输厚度测量值计算。将PAC连接到现有PLC架构上有三个基本方法：
1.基本模拟和数字I/O。模拟/数字信号能够从PAC输出到PLC中。这是将PAC整合到PLC的一个基本的方法。I2S公
司就是运用这种方法来将处理过的数据从CompactRIOPAC传输到运行轧制机器控制系统的PLC上的。
2.工业网络。大多数PAC产品都支持工业协议，如DeviceNet、Profibus、CANopen以及基于以太网的协议如TCP/IP、UDP和ModbusTCP/IP。这使得工程师在连接PAC到PLC上时有很多网络选择。I2S公司运用的是以太网协议来在CompactRIOPAC之间传输数据，并将PAC和PLC连接到形成网络的HMI。
3.OPCConnectivityPAC还可以作为OPC客户端或者服务器，并通过OPC标签来收发网络数据到PLC或其它PAC上。OPC标准提供了一套标准的流程，让不同厂商的自动化系统之间可以很容易实现连接。
处理过的数据会以不到20毫秒的间隔在通过以太网互连的CompactRIO系统之间传输。CompactRIO测量值的获得、处理和传输速度都很快，因此，将jingque厚度测量值键入到PLC控制系统的过程丝毫不会降低整个系统的速度。
I2S公司可以很容易通过基于LAN的CompactRIO系统和10/100Mbps以太网接口将系统连接到形成网络的AllenBradleyPLC，并利用一个标准的TCP/IP协议将之连接到人机接口(HMI)系统。轧制机器中的所有仪器都通过以太网实现了连接，因此不需要在一个电器噪音嘈杂的环境下长距离地传输模拟信号了。
3、总结
在未来的几年，PLC仍将继续用于自动化领域。但是随着机器的改进和自动化效率提高的需求，PLC不再是的。PAC技术给PLC提供了很好的补充，增加了传统PLC所不能提供的高性能I/O和处理。将PAC连接到现有PLC架构中的方法有很多，所以工程师们将能够很容易地改进其基于PLC的自动化系统。
小方坯连铸机是冶金行业中的一项重大节能设备，电气控制已由当初的继电器系统发展为当前的PLC，DCS和过程机控制系统等。下面将介绍1例PLC控制及动态画面自动监控系统在小方坯连铸机上的应用。
小方坯连铸机的性能
该小方坯连铸机是铸机半径为6m的刚性引锭杆式弧型连铸机，四机四流，浇铸断面为120mm ×120mm和150mm×150mm二种，铸坯定尺有3m，6m和12m三种，设备拉速为0.4～4m/min ，浇铸钢种为Q235，20MnSi和45钢3种。电气控制要求采用PLC及网络通讯系统对连铸机全线 实施控制，设计PLC的上位机监控系统，实现CRT动态画面显示和生产报表打印等功能。
PLC控制系统
根据小方坯连铸机设备组成、控制和操作等特点，这里把连铸机分为共用设备和专用设备两大类，共用设备是指各铸流共用的设备，如钢包回转台、中间罐车等。专用设备是指每个铸流的专用设备，如结晶器振动装置、铸坯输出辊道等。
为了设计、编程调试及维护方便，我们设计了由1台PLC控制共用设备，每个铸流的专 用设备各用1套PLC控制的方案，即选用5套PLC对连铸机全线实施控制。依据控制系统所需 要的I/O点数和要完成的一些特殊功能，我们选用了性能价格比较好的SG-8B型PLC，该种PL C采用16位CPU，I/O点数2048点，程序存储器32K语句，并可实现上位通讯、PC通讯和网络通 讯等功能。该小方坯连铸机PLC系统构成如图1。
图1 小方坯连铸机PLC系统构成
其内容如下：
1. 框架设备
共用设备和各铸流设备的PLC所用I/O点数均在500点左右，为了便于维护和管理，我们采用的
是8槽3框架集中设置的方法，即每套PLC(3个框架)设置在同1个配电柜内，称之为PLC柜 。
2. PLC电源
PLC电源采用交流200V。由于这种PLC设有独立的电源模块，其本身具备了稳压电源的作用，适应范围为AC170～264V，所以外部线路无需再加稳压电源，但是考虑到一般钢铁厂电网干扰较严重，在PLC的外部电源线路上设计了1个隔离变压器。
3. 输入控制
输入控制电源采用直流24V，这主要是一方面考虑到信号线路较长，采用直流电源可避免线 间电容干扰，另一方面采用低电压，可使工作人员在操作台面上操作和维护元件更具安全性 。PLC输入模块为32点，模块上有LED工作状态指示。
4. 输出信号灯控制
输出信号灯电源采用直流24V，PLC输出模块选用的是32点晶体管输出式，由于是无触点输出 ，所以提高了系统的可靠性。
5. 输出逻辑控制
PLC的输出逻辑控制电源为交流220V，输出模块选用双向可控硅无触点式。
笔者认为，在PLC控制柜里所有PLC输出好采用带熔断器式的接线端子，熔丝的容量根据负 载的大小来确定，这样即使某一路负载外部发生短路现象，也不会对PLC模块及整个系统产 生影响。
6. A/D模块
该模块用于各单流专用设备的PLC系统中，用于接收拉矫机的速度信号和结晶 器内钢水液位高度的信号，这些信号经过运算处理后除参与本系统的控制外，还将通过网络 传输给上位机的监控系统，进行数字及画面的显示。
PLC的网络通讯
每套PLC除了完成各种控制功能之外，它们之间还要进行大量的数据通讯，尤其是4套各单流设备的PLC，将分别与共用设备的PLC之间完成许多的电气联锁通讯功能，同时还要把多 种数据信号通过共用设备的PLC传送给上位机监控系统。为此，在该连铸机的电控系统中设 计了PLC的网络通讯功能。
SG-8B设计了简单实用的GENIUS网络通讯模块G-01GF模块，在使用时只要在要实现通讯的 每套PLC上插上1个G-01GF模块，再用1根双绞线把它们互联起来，即可实现网络中某1个 PLC对其他PLC的编程、监控和CPU全部信息的通讯功能，网络中信息的传送方式为半双工、 同步同期，多32个局，远传送距离为2 300m，且编程调试极其简便。
PLC的监控系统
为了实现小方坯连铸机整个生产过程的集中监视、检测、数据显示、故障报警及记录和生产报表等功能，我们设计了1个PLC实时通讯的上位机监控系统，系统配置如下：
1. 通讯部分：选用了上位通讯模块G-01DM，安装在公用设备PLC上，由于通讯距离较远(约 100m)，所以在PLC与上位机之间增设了1个RS-232C/RS-422接口转换器D-01CV。
2. 主机：IBM386及其以上兼容机。
3. 编程软件：使用了与光洋 (KOYO)S 系列配套的 AMS (Automatic Monitoring System) 组态软件。
4. 画面生成：在GENIUS网络上连接的PLC中所有数据信息，均可通过G-01DM模块传送给上 位机，经数据组态实现了生产动态画面的监控功能。
根据生产需要，在本系统中我们开发设计了30多幅动态显示画面，在显示过程中可通过键盘进行切换，系统也可自动切换到有效故障报警的画面上。对某些画面需要用键盘进行初始化设定，也可操作键盘随时打印出所需的生产报表等。
结 语
该控制系统自1998年初在某钢厂投入运行以来，系统运行稳定，操作及维护方便。由于控制系统设计的自动化程度较高，减轻了工人劳动强度，大大提高了生产效率。
莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。水冷系统用于棒材温度控制。轧制过程中必须通过成组区主要接收来自冷床的棒材，并通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。
该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其成组系统采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了轧制过程中棒材的摆放整齐、定支、运送控制。
2系统组成
基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200／1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I／O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板DSMB176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I／O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。
操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时加速器板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控，主要功能有：（1）成组系统的自动/手动的启停（2）棒材支数设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。成组系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。
3软件实现
包括系统软件和应用软件。
（1）系统软件：
ABB Master Piece200中央单元是一高性能32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中，系统软件包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。
（2）应用软件
应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABB Master Piece语言（AMPL）编制，实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多该语言根据工业控制要求，将编程元素设计成一个个图形功能块，称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序结构的高层，旨在完成一个完整的控制功能，一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM，而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM，从而使整个程序结构呈阶梯状，实现了结构化设计。
另外，在CPU内还有一个实时数据库，它的作用是存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素，这些元素包括过程站所使用的的I／O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。
4控制功能
4.1工艺设备
成组区主要接收来自冷床的棒材，通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。
成组区包括以下设备：
拆叠装置(DPAS)、对齐辊道(LIN)：100 个带槽辊
成组设备：（1） 磁性成组小车(FT)；（2） 成组输送链(FC)；（3） 磁性手指(MF)；（4） 支撑活板(SFL)
提取传输设备：成组移送小车(ET1，ET2，ET3,MET)
成组区工艺流程图如图：
4．2 对齐辊道 (LIN)
对齐辊道位于冷床的出口侧, 由100
个带槽辊组成，每10个为一组,冷床尾端有一个固定缓冲机械挡板将钢材头部对齐。使用的辊道段由操作员或自动地根据轧制表设定.
由MCC控制正转(反转已取消)。运行状态有间歇或连续运行。间歇周期允许辊道起动条件：冷床起动周期信号延时、延时停止（T2）。
4．3 成组和传输区
4．3.1 概述
在这个区域用相同的设备接收来自冷床的棒材，通过磁性手jingque地将棒材摆放紧凑，成组并传输到辊道。
本区包括以下设备：
成组设备：
（1） 磁性成组小车(FT)；（2） 成组输送链(FC)；（3） 磁性手指(MF)；（4） 支撑活板(SFL)
提取传输设备：
成组移送小车(ET1...ET10,MET)
4．3.2 功能描述
4．3．2.1 磁性成组小车
为保证连续成组，提供两组同样的小车（A和B）。两组小车轮流工作，一组总是停在收集区（上部位置：从冷床接收棒材），而另一组向提取小车上卸钢材，或返回停放位置或一直停放(下部位置).
每个单元通过一齿轮箱由直流电机单独驱动。并配备以下传感器：两个编码器（速度和位置控制）、两个接近开关（用于位置编码器复位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、两个接近开关用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四个限位开关(电机紧急停止：DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B）。
4．3．2.2成组输送链
成组输送链有三组，每组通过齿轮箱由交流电机驱动。为每部分配备下列传感器：一个脉冲发生器和安装在马达上的过热电偶。成组输送链和磁性成组小车同步，这样钢材能够按要求的距离放置。成组输送链的检测元件:两个接近开关用于检测钢材在链子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、计算机给出速度给定值到变频柜（AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同时监视编码器的工作电压（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。
收集期间传送链与成组小车的运动总是同步的, 当成组完成后, 成组小车和传送链在小于冷床周期时间的短时间内移到提取区。成组小车轮流运行。
每组棒材由N根组成(在OS设定)。
成组小车从停止位置上升以后, 小车移到适当位置收集该组的根棒材， 在每个冷床周期，通过限位开关检测到的固定横梁后一齿上的棒材被装入成组小车上, 棒材计数器N1加一，棒材装入小车以后(冷床周期开始后一恰当时间)，如果N14．3．2.3 电磁手。电磁手用于在成组区抓起棒材且正确地放在成组小车上。提供两套手指“A”和“B”在小车定位时夹持钢材。当两根棒材被同时卸下时，（双齿槽周期）两套手指同时使用，否则用一套。手指到冷床的距离可根据根据产品尺寸进行机械调整。
4．3．2．4 支撑活板
活板和磁性指有相同的功能, 它们同时应用. 它固定在冷床架上. 配备两套活板(A,B), ,用于在小车定位期间抓起棒材，它们和磁性指一样以相同的周期工作。
检测元件有: 两个接近开关分别检测两套活板的下部位置（DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作员控制(CP3): 活板升/降控制。
4．3．2．5 棒材组传输设备
该设备分成四部分: 部分包括一个电磁提取小车; 其余部分为提取小车。提取顺序和在辊道上的输送
1 后一组成组小车步进信号和提取小车在停止位置(P1): 提取小车上升并磁化.
2 小车在收集位置: 成组小车去磁并下降.
3 成组小车在下部位置: 成组小车返回等待位置. 一个传感器( 由安装在冷床固定齿上的凸轮装置驱动)检测返回行程. 同时, 小车上升到高(*1)
4 提取小车在上部位置, 来自位置变送器和个提取小车传感器的信号并加延时Ts(*2):提取小车向辊道方向前移
5 如果辊道正运行或(和)检测到上面有原料, 提取小车停在中间位置(P2)(*3).
如果辊道和夹送辊停止并且没有检测到辊道上有原料:提取小车前进至卸料位置P3, P3在辊道中心位置(*4).
6 提取小车在位置P3(*3): 提取小车下降.
7 组提取小车去磁并降至低位置,所有小车降低, 所有提取小车返回停止位置(P1)，辊道启动。
ET1有上、中、下三个位置检测;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置检测; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置检测。在水平方向上, 每组小车分别有左右超限检测和上料位置检测开关. 在程序中, ET动作先后有如下七步，循环做矩型运动.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT；
(5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK
水平方向运动时，将水平位置给定（0，300，1460）赋给ET_POSREF, 后通过COM_CV01元素的I4ORD1和I4ORD2端通讯到四个小车的传动系统,控制设备动作.
4．4 拆叠缓冷系统
该系统用于弹簧扁钢. 对弹簧扁钢来说, 只用到60m 的冷床, 扁钢需要缓慢冷却. 因此它们被组成叠状送入冷床. 当进入卸货区域以后，扁钢被一个接一个卸下. 拆叠缓冷系统的主要设备：（1）拆叠设备(Unstacking)；（2）提升设备(lift)；（3）倾翻设备(tilt)；（4）升降挡板(stop)
