邢台西门子S7-300代理商

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一、引言
 　　隧道窑是一种连续式窑炉，由预热区、高温区、急冷区和缓冷区组成，主要用于建筑陶瓷、日用陶瓷等烧制。隧道窑的控制涉及传动控制，温度、压力的检测、控制以及其它控制。我们采用科威EASY系列PLC开发出的高可靠性、高性价比的隧道窑控制系统，已于2005年7月成功应用在湖北华窑集团中亚窑炉公司承建的越南某隧道窑中。下面介绍此窑的控制方案。
 　　二、用户要求
 　　1、温度控制区8组。
 　　2、温度显示区10组。
 　　3、热电偶：18支。 其中： K分度11支 S分度7支
 　　4、风机选型
 　　排烟风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
 　　助燃风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
 　　急冷风机： 11kw 一开一备 （变频）
 　　抽热风机： 15kw 一开一备 要星-三角启动。
 　　快冷风机： 7.5kw 一开一备 直接启动。
 　　 轴流风机： 0.18kw 8台 直接启动
 　　5、安全连锁。
 　　 　　开关量互锁：必须是硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。
 　　6、使用人机界面控制
 　　现场设人机界面，所有操作均可在人机界面上完成；面板按钮与人机界面按钮互为备份。（集中分散型控制）
 　　7、关控制信息能传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制。
 　　计算机画面应含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定
 　　曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。
 　　三、解决方案
 　　1、系统分析
 　　1）温度采集部分
 　　10支热电偶，K、S两种分度号。
 　　2）温度控制部分
 　　18点温度中，其中8点（设计时需指定）用来作温度控制用。
 　　在这8点温度控制中，其中7点是控制执行器阀位值，改变燃料注入量，从而使温度稳定。另外一点是控制急冷变频器输出频率，改变急冷风机运行速度，从而调节急冷区温度。其它因素由人工调整（如助燃风、燃气压力等）。
 　　每个控温点占用一路模拟量输出，急冷变频器占用一路模拟量
 　　输出，执行器采取开度定位方式。
 　　因此温度控制占用：
 　　8路模拟量（输入、输出）。
 　　3）相关风机部分
 　　a、排烟风机控制
 　　排烟风机一用一备，二者逻辑上互锁，电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此排烟风机控制占用：
 　　6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
 　　6点开关输出：（主、星、三角）*2。
 　　b、助燃风机控制
 　　助燃风机一用一备，二者逻辑上互锁，电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此排烟风机控制占用：
 　　6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
 　　6点开关输出：（主、星、三角）*2。
 　　c、急冷风机控制
 　　急冷风机快慢由变频器调整，通过PLC内部PID运算输出4-20mA标准信号，来控制变频器的输出频率。同时在人机界面上也可以实行手自动切换进行控制。因此急冷风机占用：
 　　5点开关输入：急冷A启动、急冷B启动、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障 
 　　2点开关输出：（运行控制）*2。
 　　1点模拟输出：频率调节（手自动调节）。
 　　d、抽热风机控制
 　　抽热风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套独立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此抽热风机控制占用：
 　　6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
 　　 6点开关输出：（主、星、三角）*2。
 　　e、快冷风机控制
 　　 　快冷风机一开一备，直接输出控制，因此占用：
 　　 6点开关量输入：（启动、停止、故障）*2。
 　　 　2点开关量输出：（运行控制）*2。
 　　f、轴流风机控制
 　　 　轴流风机：0.18kw 8台，直接输出控制，因此占用：
 　　 3点开关量输入：启动、停止、故障。
 　　 1点开关量输出：运行控制。
 　　g、安全连锁
 　　 开关量互锁：必须的硬件互锁和软件互锁。在设计时进一步落实工艺互锁要求。
 　　2、控制器件选型
 　　据以上统计，有温度采集8点；开关量输入：49点； 模拟量输入：8点；开关量输出：34点； 模拟量输出：8点
 　　故需选用：温度采集模块：CAN—AD1216 　 1台
 　　温度控制：EASY—M0808R—A0404NB 　 2台
 　　风机控制部分采用：Easy-M1608R 　 2台
 　　 另需做主站的PLC（Easy-M1608R）1台，用于控制拖车部分的PLC（Easy-M1608R）4台，显示控制的人机界面一台（10.4英寸，真彩色），用于监控的普通计算机一台。其他电器部分：变频器，开关电源，空气开关，接触器，继电器，按钮，指示灯，报警器，柜体等。
 　　CAN-AD1216：
 　　有16路温度输入有与CAN网连接的现场总线接口，可与各采集模块、Easy系列的PLC互连组成网络。
 　　Easy-M0808R-A0404NB：
 　　有8点开关量输入、8点开关量输出。有4路模拟量输入、4路模拟量输出。
 　　有与CAN网连接的现场总线接口，可与各采集模块、PLC互连。
 　　有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监视和操作。
 　　有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
 　　Easy-M2416R：
 　　有24点开关量输入、16点开关量输出。
 　　有与CAN网连接的现场总线接口，可与各采集模块、PLC互连。
 　　有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监视和操作。
 　　有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
 　　每台块Easy-M1608R：
 　　有16点开关量输入、8点开关量输出。
 　　有与CAN网连接的现场总线接口，以便于各采集模块相连。
 　　有与通用人机界面相连的RS0串口，便于现场监示和操作。
 　　有与计算相连的RS1串口，便于计算机记录管理。
 　　3、控制结构图
 　　 

 　　
 　　 4、PLC接线示意图
 　　 
 　　1#从站接线示意图
 　　 
 　　2#从站接线示意图
 　　
 　　
 　　 
 　　3#从站接线示意图
 　　
 　　注：其中主站与拖车部分（6#从站-9#从站）的PLC接线示意图略
 　　四、系统控制的实现 
 　　1）所有的风机控制和电磁阀以及拖车都是由PLC的开关量控制。
 　　下面是排烟风机A的星--三角控制程序的梯形图程序：
 　　 
 　　2）模拟量温度采集由一台AD1216采集。
 　　3）所有的模拟量控制都由Easy-M0808R-A0404NB完成，温度由Easy-M0808R-A0404NB经过PID调节输出（4-20mA给执行器和变频器），控制执行器与变频器，从而控制窑炉的温度。
 　　4）所有的控制设备组成一个网络，整个CAN总线网络互联由CANSET软件来实现,它是图形化界面的软件,设置起来十分简便。设置内容包括：网络设备总数、网络设备地址、网络通讯数据的内容、网络数据通讯速度等。它还能根据用户的需要，灵活设置每个设备的任务级别，以保证网络资源的合理分配。
 　　下图是在CANSET下设置的本系统CAN网络配置：
 　　 
 　　5）相关信息通过RS485网络传到计算机，计算机只作信息管理用，不参与控制。
 　　在计算机中包含有：现场模拟图、温度实时曲线图、控制设定曲线图、历史趋势曲线图、并完成报表打印功能。计算机中的各个曲线图每隔2分钟自动保存一次。
 　　6）人机界面操作说明 
 　　 
 　　上图是主画面，由四部份组成。上面是日期时间显示与警报走马灯及中英文切换按钮。其中时间日期可以在“画面四”中进行设置（一般情况下无须设置）。警报走马灯显示11台风机的运行故障与燃气超限（上下限）以及9个从站掉线显示。当系统无故障时，报警走马灯显示设备运行正常。
 　　中间上半部分是现场模拟图， 从中可以观测到现场设备及工艺运行的一些情况，如11台风机的运行指示灯，在风机运行时，相应的指示灯会变成绿色；主电磁阀以及各支电磁阀开启时其对应的指示灯会变成绿色。
 　　中间下半部分是11台风机的启动、停止按钮以及主电磁阀的开、关按钮，根据工艺及安全连锁要求，只有排烟风机（A或B）启动后才能启动助燃风机（A或B），助燃风机启动后（A或B）才能开启总阀，总阀开启后才能开启各支电磁阀。以上各设备的连锁要求依次是排烟风机——助燃风机——总阀——各支电磁阀。在没有启动前级设备的情况下，是不会启动后级设备的，反之如果停止了前级设备，后级设备也相应的自动停止。上述各设备之间的启动顺序在程序上进行了连锁，同时在硬件配线上也进行了连锁。
 　　底部是四个换面按钮与警报解除按钮以及按键锁按钮，按压各个换画面按钮可以进入其对应的子画面。“警报解除”按钮是一个交替型按钮，按压“警报解除”按钮可以解除发生故障时的声光报警输出，它只能暂时解除当前的声光报警，报警走马灯上还会显示相应的故障，如果故障没有排除，在下次PLC启动运行时还会发出声光报警。“按键有效”按钮是一个交替型按钮，“按钮无效”键是为了保护界面按钮不被误按而设置的，当“按钮无效”时，按压风机启停按键及总阀按钮是不会产生动作的。 
 　　五、总结 
 　　本控制系统采用EASY系列PLC，硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，，还可以根据实际需要很方便地进行扩展，有极强的灵活性和适应性。现场使用表明，其性能稳定，运行可靠。
 　　参考书目：

 1系统结构
 　　辽化鞍山炼油厂催化主风机组(以下简称“鞍炼机组”)选用GE Fanuc公司的90-30PLC，设计上主要保证系统处理时间块、安全性高及低成本(图1)。

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 　　PLC主机及I/O站组成本系统的基本控制层。PLC主机采用的是5槽底版，其上的卡件分别为一块PWR卡，一块CPU卡，两块GBC卡，一块ETH卡及一块空卡。用户通过编程器，使用其强大的内部控制指令来实现逻辑控制。I/O站采用的是VersaMax，本套系统总共挂接了5组VersaMax，每组VersaMax由一个网络接口单元(NIU)及多8个现场I/O模块构成。
 　　上位控制层采用的是两台性能优良的ADVANCE工控机，其主要任务是控制和管理，并通过数据通讯对PLC进行监视与控制，进入PLC的信号通过以太网可在工控机上显示。 

 2系统特点和组态
 　　两组PLC控制器互为冗余，双机热备软件MaxON负责管理两PLC之间的主、备切换以及数据的交换。正常情况下，主PLC控制器完成系统操作，一旦主PLC控制器失效，则备用PLC将立刻接管对整个系统的控制。主、备控制器的确定可以人为指定(％M1020)，也可以由系统根据情况确定。
 　　PLC与VersaMax进行通讯的Genius总线采用冗余结构。正常情况下，系统从Genius A总线获取数据，同时检测Genius B总线的状态，一旦系统检测到Genius A总线故障，则会对Genius B总线存取数据，从而保证了系统的安全运行。
 　　GBC模块可以自动报警及某些PLC故障。在一个总线扫描周期，只有一条诊断信息发送，设备保存其余的诊断信息直到下一个可获得的总线扫描周期。GBC保存其接收到的任何诊断信息，该信息被CPU自动读取，并在Versapro软件的PLC故障表中显示。
 　　CPU的扫描既可以尽可能快的进行也可以被分配一个恒定的时间段。不管是否使用恒定的扫描时间，CPU的扫描总是从执行逻辑程序及变更I/O开始，其余的时间用于通讯及后台任务。
 　　GE90-30系列PLC有两种冗余方式，本套系统采用的是HBR冗余中的“Hot Standby(热备)”模式。
 　　Maxon主要用于完成冗余系统(PLCA，PLCB)之间用户数据范围的定义、冗余变量的定义及冗余软件与VersaPro之间的结合。由于Maxon1.5与VersaPro2.02之间的版本兼容性问题，要求编程器系统平台为英文操作系统。
 　　VersaPro的组态包括PLC硬件配置的组态及逻辑组态两部分，由编程器执行逻辑及配置信息的下装。
 　　I/O系统的硬件配置由编程器来完成。通过编程器可设置NIU在Genius总线上的地址，所挂I/O模件的类型，每个通道的信号形式、范围与通讯有关参数的设置等。通过专用接口线缆将编程器的COM口和每个I/O站的NIU接口连接，并将相应组态文件下装。
 　　PLC硬件组态包括CPU的组态、GBC(2个)的组态及以太网卡的组态。
 　　本系统所选用的CPU为IC693CPU364，在CPU的组态过程中，需要注意的问题为：(1)对于双机热备的控制系统，在CPU的组态中，主PLC CPU的Chksum Wrds必须被设置为11，备PLC CPU的Chksum Wrds必须被设置为12，对于单片机系统该值为8。(2)SWEEP MODE通常设置为“NORMAL”。
 　　本系统所选用的以太网卡为IC693CMM321，在以太网卡的组态过程中需设置的内容为：(1)IP Address(IP地址)：用于标识TCP/IP主机的唯一32位地址。(2)Subnet MASK(子网掩码)：辨别某IP地址是在本地网络还是在远程网络。
 　　本系统所选用的GBC卡为IC693BEM331，在GBC的组态过程中，需要注意的内容为：(1)PLCA中的两炔GBC的SBA均为31，PLCB中的两块GBC的SBA均为30。(2)对于冗余系统，GBC中bbbbb Def选项必须为OFF，Out at atart选项必须为DISABLE。
 　　本系统的上位控制层采用的是美国GE Fanuc公司推出的能够提供企业级解决方案的人机界面和数据采集与监督控制软件CIMPLICITY HMI6.0。 

 3软件编程
 　　PLC接收的现场输入模拟信号在CPU中是以0～32000的数值形式表示的，但是，由于各被测参数的测量范围不同，使相同的信号输入，代表的实际工业值却不同，大大降低了程序的可读性，同时给报警的测定运算带来不便，因此，我们对输入信号进行了相应的转换，利用VersaPro软件提供的乘、除运算模块先计算出相应的工程单位值，再进行数值比较，具体公式如下：
 　　　(PV*量程/32000)=工程单位值
 　　其中PV代表以0～32000表示的现场输入信号值。
 　　在VersaPro中提供了PID模块，“鞍炼机组”工程中有10个PID控制回路。下面以“主风机润滑油压力控制回路—1412”为例来介绍此模块的用法：
 　　(1)PID ISA模块（图2）

  

 　　PID ISA模块从％R4201开始到％R4240，共占用了40个％R寄存器，其中第14个即％R4214就是PID模块的输出“CV”。在PID ISA模块中填上相应的“测量值PV”、“给定值SP”、“手/自动切换开关量MAN”等参数地址，就构成了一个完整的PID控制模块。由于是在上位机HNI中用脚本来控制手动情况下PID的输出，所以“UP”、“DN”参数可以只定义地址，但不使用。
 　　(2)无扰动切换的实现
 　　在闭环控制回路中，当进行手/自动切换时要求输出无扰动。实现的办法是在手动状态下，“给定值SP”始终跟踪“测量值PV”的变化，只有这样才能实现从手动到自动状态时输出无扰动。 

:引言
     在制造业现代化高速发展的，生产的高效率和产品的高质量要求使得一些高精度电气系统和高性能自动控制系统应运而生，同时也使许多普通电气控制系统难以解决的问题变得相对的简单一些，并且在很大程度上增加了自动控制系统的稳定性。三菱电机有限公司目前推出的Q系列PLC以及Q系列运动控制器Q172CPUN和Q173CPUN就是专门针对需要高精度电气控制的产品。下面对Q系列PLC以及Q系列运动控制器系统和三菱驱动伺服（MR-J2S-口B）以及机械结构介绍如下：

2：连轴压模设备工艺说明：

（一）：工艺简介：该设备是压模生产厂家自行开发的三轴伺服高速高精度同步连轴压模机组。但根据加工不同产品和相应的工艺以及控制精度的需要，该设备实际由五个伺服轴和一个变频主轴组成。中间三个伺服轴为连轴同步轴。在中间三轴伺服同步连轴压模机组前后分别有一个伺服放料轴和伺服收料控制轴，分别用于在自动控制过程中的放料动作和收料动作。压模的模具由变频主轴直接驱动，由于压模模具下压进行压模加工动作时，被加工的物料必须静止地保持在加工台面上才能保证加工物料的高精度和高稳定性。因此系统的生产过程中，被加工的物料动作并不是连续的；而是断续的。经过一高速高精度定位后就静止停在被加工台面上等待压模动作。这样一来加工的物料之间虽然有张力但很难被准确检测出来，这就增加了控制的难度。于是在三轴伺服同步连轴压模机组前后的伺服放料轴和伺服收料控制轴分别加了位置检测开关，用来模糊控制放料和收料之间的张力，而没有采用压力传感器来检测压力进行控制张力。其系统工艺控制图如下：

（二）：工艺动作说明：如图当整个系统初启动时，变频主轴首先得到启动命令旋转起来，并负责给模具一和模具二直接提供动力驱动。在变频主轴的轴承上套轴连接了一个高速光电位置检测开关，用于检测变频主轴的旋转次数，也就说变频主轴每旋转一转，高速光电位置检测开关就给出一个高速脉冲信号给Q-PLC。Q-PLC将其传送给运动控制器。运动控制器利用这一个高速光电脉冲信号作为同步一、二、三轴的位置同步控制启动信号。进行高速同步定位控制，高速同步定位控完成后。由Q-PLC程序控制过程中输出一个定位完成信号，定位完成信号作为模具一和模具二的向下压模动作启动信号，压模动作动作完成后，模具一和模具二自动返回。等待下一个周期的到来。

（三）：系统控制部分启动时时序图

系统控制部分启动时时序图

（四）：放料轴收料轴控制。放料轴和收料轴则采用速度控制，放料轴检测到物带在检测一位置时，则启动速度控制，当放料轴检测到物带在检测二位置时，则停止速度控制。收料轴也采用速度控制，收料轴检测到物带在检测二位置时，则启动速度控制，当放料轴检测到物带在检测一位置时，则停止速度控制。利用这样方式可以不考虑放料和收料轴的半径的改变。

3：系统硬件配置

    该系统采用了三菱公司的Q系列PLC（Q02CPU）和MOTION运动控制器（Q172CPUN）作为整个系统的电气控制部分。Q02CPU主要用于协调整个控制程序的运行和管理，Q172CPUN运动控制器作为系统的运动控制处理器，协调和控制整个系统的运动定位控制。A970GOT-TBA-CH人机界面主要用于控制数据的输入和显示。

    伺服放大器采用了三菱电机MR-J2S-40B，该伺服放大器具有SSCNET高速串行总线通讯完全同步功能，控制器和伺服放大器之间的通讯循环时间长为0.888ms。这样一来可以确保整个系统的高速响应和控制精度。

4：Q系列的运动控制器功能介绍

   Q系列的运动控制器采用运动SFC专用编程软件编程，该软件采用流程图形式编程。编程介面形象、直观、易懂。十分适合初学者使用。并且其功能强大。主要分为实模式和虚模式二种形式。

实模式下提供了6种原点回归方式。分别为下：
1：近点DOG型。
2：计数型。
3：数据设置型。
4：DOG支架型。
5：停止器停止型。
6：限位开关混合型。
另外在实模式下还有各轴JOG操作功能以及多种速度控制功能和多种定位控制功能，并且实现多四轴插补控制。
   虚模式下提供了多种传递模块和输出模块。其中传递模块有以下四种：分别为1：齿轮输入模块。2：离合器输入模块。3：变速机输入模块。4：变速齿轮输入模块。输出模块有以下四种：分别为1：滚简输出模块。2：滚珠丝杆输出模块。3：回转台输出模块。4：凸轮输出模块。在虚模式下可以设置虚模电机进行多轴同步控制。其控制图如下：

    上图中V.1电机为虚拟电机。可以通过虚模式程式对其进行速度控制和定位控制，从而实现其虚轴上的三个电机的高速高精度同步控制。
在Q系列运动控制器的SFC专用编程软件编程过程中实模式和虚模式很容易地被用户切换。可以灵活地现实多功能的复杂控制。

5：调试和用户反馈

   当客户将电气设备和机械设备安装完毕后，经检查无接线错误后次上电，伺服电机动作并不是很理想，个别电机有轻微的抖动。可以用SETUP161E调试软件进行细致的调试。增加其滤波功能，提高伺服电机的响应频率。确保整个系统高速、稳定地运行。
   用户使用三轴连轴压模设备生产以来，该设备一直处于稳定运行中，生产出来的压模产品也完全符合设计的要求，还提高了产品的市场竞争力。