6ES7222-1BF22-0XA8参数选型

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　目前，交流调速技术在节能方面已获得了广泛的应用，把一些原有的恒速交流电力传动系统改造成为转速可调的交流调速系统，可以取得明显的节电效果。因此，交流调速已成为节能方面的一项关键技术，它在工业中的应用将有广阔的前景。本文介绍一下阜新自来水公司在电气改造方面的情况。
1 水塔水位系统控制示意图（如图1）

　　（1）系统控制要求
　　如图1所示水塔水位系统控制框图是模拟现代生活中对水量的要求下，在对供应水的同时，对节水节能也有严格的要求之下，对水位的控制将有一定要求，所以采用通用变频器来驱动水泵电机，对水位的不同要求决定供电频率的不同，从而决定进水量的不同。在安全控制水位的前提下，系统还有一些必要的要求：液位显示、超液位报警、液位变化曲线打印等。
　　（2）系统控制方案
　　该控制系统的被控对象是水塔的水位，而水位这个被控对象的特点是非线性、大惯性，所以没有采用常规的PID调节器构成闭环控制系统，而是采用了BANG—BANG控制调节器来对变频器进行时实控制。
　　如图2所示，由PLC组成BANG—BANG调节器，PLC是该控制系统的核心。它不仅要完成控制任务，还要完成改变频率的功能。而8031单片机在这里起液位显示、曲线打印以及报警等功能。

2 PLC与通用变频器的接口技术
　　该系统的PLC采用的是德国西门子公司的s7—200PLC，共可配置5块I／O模块，每个模块上共有8个点，能够满足设计需要。通用变频器采用SAMCO—i系列中的IF一2．2K型号。变频器的给定频率通过面板给定，由PLC的输出端子进行控制，如图3所示。

接口设计中的一些注意事项如下：
　　（1）根据不同频率的要求决定变频器端子FR、2DF、3DF与PLC输出端子的连接方法。由表1可知有25Hz、35Hz、45Hz,50Hz4种频率。由PLC的输出信号对变频器相应端子进行组合，以产生上述4种频率。

　　（2）本例中PLC采用晶体管直流输出模块。由于这种无触点开关电路的输出级为光耦合器，其电源和变频器内部控制电路的电源间互相隔离，故无需外接其它装置便可确保不会发生误动作。
　　（3）将变频器的异常报警信号输出端接至PLC的输入端子，以随时通过PLC对变频器的工作状况进行监控。
3 PLC程序设计
　　本系统中PLC程序设计采取常用的顺序控制设计法（功能表图设计法）。首先作出功能表图，然后列写现场信号与PLC软继电器编号对照表，后由逻辑表达式作出梯形图在变频调速控制系统的梯形图设计中，应特别注意以下3个方面的问题：
　　（1）当PLC构成控制系统调节器时，应另外作出如表2所示的调节器I／O编号对照表，并按照PLC与变频器的I／O接口位置明确相互间的连接关系。

　　（2）在一般的功能表图设计中，各工步的状态是唯一的，并且事先是已知的，故只需根据切换条件便可写出各工步逻辑表达式。但在本系统中，有的工步只有唯一的状态（如水位低于SQ1），有的工步却需要从4种状态中进行选择（如水位从SQ1上升至SQ2的过程中），而选择的依据则是上一工步的频率以及本工步的执行时间。因此，需要对一般的功能表图进行修改，在工步中加入分支选择，从而写出正确的逻辑表达式和梯形图。图4是针对水位由SQ1上升至SQ2这一工作过程而作的功能表图。结合I／O对照表便可进一步得部分梯形图（图略）。

　　（3）通过上面的分析可知，某一工步的执行时间是决定该工步工作状态的重要因素之一，而不同的定时时间是通过若干定时器串联实现的。定时器的串联不只是为了增加定时时间，更重要的是把串联中各个定时器的工作切换作为该工步选择不同频率的控。

1 问题提出

　　目前, 我国正在运行的电梯七八十年代生产的占有相当大的比例, 特别是工业生产用电梯。这类电梯绝大部分都是以继电器接触控制系统为主, 运行过程中故障率高、维修工作量大、使用效率低, 严重影响了电梯用户的生产和管理。大多数用户由于资金原因不能及时更换, 但是这样电梯的机械部件都较好。国家政策从安全生产考虑, 劳动和建设管理部门又强制停用这类电梯, 因此, 对电梯老用户原有电气系统进行技术改造,tigao电梯安全运行保障生产和管理是行之有效的途径, 尤其对经济欠发达地区更有实际意义。

2 PLC改造电气控制系统方案的确定

　　电梯电气控制系统分为调速控制部分和逻辑控制部分 。调速性能的好坏影响电梯运行中的舒适感, 逻辑控制是保证电梯安全运行的关键, 需改造和电梯其控制方案必须满足上述两方面的要求。

　　2. 1 电梯电力拖动系统的设计方案

　　老型号电梯多数拖动的电动机为交流双速电动机, 电动机在起动、换速、制动时采用电抗器切换方法, 无论如何调节, 都有明显的“台阶”感, 其舒适感和平层精度都难以满足目前电梯标准对电梯运行性能的要求。因此在改造中换掉原有曳引电动机功率相匹配的变频器, 即可对电机的运行、调速进行理想的速度控制。图一所示为电梯速度运行曲线。

　　因为电梯运行属于位能性负载, 电动机将作四象限运行, 变频器的选择采用电流源型变频器（M ICOV ERT2000）是比较合理的, 这样就可以防止泵升电压过高的损坏变频器, 保证拖动系统的安全稳定运行。图二所示为电力拖动系统的控制框图。

　　变频器中的编程参数是根据电梯的速度运行曲线参数来确定的, 至于电梯何时起动、换速以及电梯的运行方向是由外招信号、内选信号、减速信号等外感信号作出决策的。PLC控制装置接收到控制信号后, 向变制器发出指令, 变频器就按速度运行曲线运行。经过改造后的电梯其电力拖动系统便成VVVF拖动方式。样就可大大的改善电梯运行的舒适感和平层精度, tigao电梯的运行性能。

　　2. 2 电梯逻辑控制系统的设计方案

　　原有电梯采用继电器控制, 线路复杂、故障率高, 改用 进行控制, 具有接线少、工作可靠、维修方便的特点。根据改造电梯的层站数可确定PLC的输入、输出点数, 选择与之相符要求的PLC型号（Fx 2—64 MR）、扩展模块（Fx—64 EYR）、功能单元（Fx2—40AW）。综合电力拖动控制系统和逻辑控制系统, 图三所示为电梯电气控制的原理图。

　　逻辑控制各部门（外招指令控制, 内选指令控制、主令控制、楼层显示控制等）的梯型图略。

3 结束语

　　经过改造后的电梯控制系统, 实践证明电梯运行平稳、舒适感好、系统的可靠性、技术性能有了较大的tigao, 运行效率也tigao了, 并减少了维修工作量。通过对旧电梯的改造, 可以使将要 或已废弃 的电梯重新投入使用, 具有良好的经济效益。

1 前言

板坯连铸机自动化控制系统包括公共部分、铸流部分、仪表部分、切割机、去毛刺机及结晶器液面（ 有些高端的包含结晶器自动调宽、液压振动、下渣检测、漏钢预报、轻压下等控制系统） 控制共六个子系统。前3 个子系统用一个西门子SIMATIC400 站进行控制, 切割机用 SIMATIC300 站进行控制, 去毛刺机用SIMATIC200 站进行控制; 结晶器液面采用工控机控制（ 配网卡） 。这六个站通过西门子通讯模块CP443 和CP343 挂在一个工业以太网- SIMATICH1 网上。同时还有五套工业微机通过西门子网卡CP1613 也挂在同一个 SIMATIC H1 网上, 作为人机界面完成板坯连铸自动化控制系统的监视和控制。二级管理系统包括一套服务器和一套工业微机, 主要完成对板坯连铸系统的管理任务, 及时下达连铸工作的计划和命令。

2 硬软件组成及特点

2.1 硬软件组成

板坯连铸机自动化控制系统硬件包括: 3 个西门子SIMATIC400 站（ 每个站包括1 个电源模块、1 个CPU、1 个 CP443 通讯接口模块和数量不等的模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块） 、一套SIMATIC300 站、一套 SIMATIC200 站, 6 套研华工控机及6 个西门子CP1613 网卡。
系统软件包括:bbbbbbs NT 4.0 中文版操作系统、Wincc6.0 监控软件和STEP7 西门子编程软件。

2.2 硬软件特点

（ 1） 硬件
SIMATIC H1 网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP 协议的标准以太网, 它具有连接简单、便于扩展、速度快及兼容性好等优点。板坯连铸机自动化控制系统采用屏蔽双绞线通讯电缆或光缆作为SIMATIC H1 网的连接介质, 有效地实现了工业以太网数据传输过程中的抗干扰功能, 保证了系统运行的可靠性; SIMATIC Profibus DP 网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网, 它的特点是可以在PLC, 即可编程序控制器与现场设备之间交换数据。该控制系统采用屏蔽双绞线作为ProfibusDP 网的连接介质。SIMATIC 400 站是西门子公司的拳头产品, 无论在控制速度、精度还是抗干扰性、灵活性等方面都处于PLC 产品的地位。

（ 2） 软件
此系统是微软公司出色的产品之一, 也是世界上应用广泛的软件平台。该板坯连铸机自动化控制系统选用bbbbbbs NT 4.0 中文版操作系统。Wincc6.0 工控软件是西门子公司近期推出的可靠性较高的工控产品, 不但可以画出逼真的图形, 而且还能将现场数据快速地显示在屏幕上, 使用屏幕上制造出的按钮取代真正的按钮, 完成对现场设备的软操作; 它可以将数据按时间存放在数据文件里, 供历史趋势文件调用显示, 以便分析事故和改进工艺。它可以利用bbbbbbs DDE（ 动态数据交换） 功能把SQL 数据库的数据传送到 Office Excel 文件和OfficeAccess 文件, 从而实现报表打印和数据查询功能。STEP7 是西门子公司为S7- 400 和 S7- 300 系列PLC设计的编程软件, 它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制。它的组织块、功能块及数据块相结合的编程理念能够满足各种控制要求。因此,bbbbbbsNT 4.0、Wincc6.0 和STEP7 可以说是板坯连铸机自动化控制系统中的“ 三剑客”, 能共同完成对连铸系统的监视控制任务。

3 系统配置

板坯连铸机自动化控制系统中3 个SIMATIC400 站、1 套SIMATIC 300 站、一套SIMATIC 200 站通过西门子 CP443 和CP343 接口模块挂在一个SIMATIC H1 工业以太网上完成控制功能（ 见图1） ,同时6 套研华工业微机也通过西门子 CP1613 网卡挂在同一个SIMATIC H1 工业以太网上完成监视和操作功能。SIMATIC 400 各站通过以太网互相交换数据, 公共和铸流部分SIMATIC 400 站通过现场总线Profibus DP 网与各个远程I/O 进行数据通讯。铸流控制系统的SIMATIC 300 站作为一个远程I/O 分站与主站进行数据交换。公共部分控制系统的SIMATIC400 站通过现场总线Profibus DP 总线与大包回转台和中间罐车等配备了CBP 2 通讯板的变频器进行通讯和控制。铸流SIMATIC 400 站通过现场总线Profibus DP 总线与 SIMATIC 6SE70 交换数据, 并且在同一个Profibus DP 网上挂了一个工业触摸屏MP270 对结晶器调宽或液压振动进行控制和监视。

4 难点分析及解决措施

（ 1） 数据通讯
板坯连铸机自动化控制系统中各站之间的数据通讯方式各异, 其中∶SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC400 PLC 之间是通过SIMATIC H1 工业以太网通讯,编程使用FC5（ 发送数据功能块） 和FC6（ 接收数据功能块） ; SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC 300 PLC 之间是通过现场总线Profibus DP 网通讯, 编程使用 SFB15（ 存放数据功能块） 和SFB14（ 得到数据功能块） ; SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC 6SE70 之间是通过现场总线Profibus DP 网通讯, 编程使用SFC14（ DP读功能块） 和SFC15 （ DP 写功能块） ; SIMATIC 400PLC 与Wincc 之间的数据通讯通过SIMATIC H1 工业以太网通讯, 使用SIMATIC NET 软件完成CP1613网卡的设置。特别是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14及SFC15 功能块必须在OB32 （ 1s 时间中断组织块）中调用。

（ 2） 装送引锭杆控制
装送引锭杆是连铸机控制系统的一个关键环节, 一旦控制失败将导致炼钢失败, 甚至引发安全事故。该系统引进了“ 激光对射装置”, 为系统提供初始信号, 并采用增量编码器（ 每圈20 个脉冲） 对引锭杆的位置进行跟踪控制。实践证明, 这种方法可靠, 其精度可达10mm 左右。为接收计数脉冲, 特选用西门子高速计数模块, 软件使用FC0（ 高速计数功能块） 。鉴于以往的使用经验, 为防止丢失脉冲而发生不稳定情况, 建议采用轴套型增量编码器, 直接将编码器装到电机的输出轴上, 这样定位会更加准确。

（ 3） PID 调节
板坯连铸机炼钢过程中对于水liuliang、水压力、氩气liuliang、液面控制及钢包温度等方面控制要求很高,均需要有稳定的值。该系统采用西门子 SIMATIC400 PLC 取代智能仪表, PID 调节在STEP7 中使用FB41（ 连续PID 调节控制） , 在Wincc6.0 中使用画图功能模拟一个PID 调节器的操作面板, 能够很好地完成PID 调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入及PID 参数（ 比例系数、积分时间）输入等功能。

（ 4） 中间包的水平调节
中间包车采用液压升降式高低腿的样式, 在液压缸内装设位置传感器以保证中间包水平。若中间包有足够的水平面, 就能保证钢水中的夹杂物在中间包内得到充分地上浮, 同时还能减少钢水旋流的形成。中间包的水平调节方法是先对单个液压缸位置的变化进行PID 调节运算, 然后根据各个液压缸的位置进行平均计算, 后把这个平均数值传送给执行阀组, 以求出佳水平效果。

（ 5） 标准化编程
标准化编程主要体现在以下几个方面;
●根据设计图纸编制各系统的地址表（ 包括图纸设计和硬件配置的对应关系） ;
●根据地址表填写Wincc6.0 SQL 数据库;
●根据地址表编制STEP7 符号表;
●根据地址表找出各控制设备的输入/输出点号, 据此定义下列STEP7 使用的中间线圈点号: 模拟手/自动转换选择开关; 启动按钮、停止按钮（ 对单线圈的泵或电磁阀） ; 开启按钮、关闭按钮、停止按钮（ 对双线圈的电动阀） ; 手动输出值、给定值、比例系数、积分时间（ 对 PID 调节阀） ; 再根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序;
●后根据设计说明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序, 即自动程序。

（ 6） 画面强制
由于大型钢厂自动化控制系统涉及的控制设备很多且工艺复杂, 致使主要设备动作的诸多条件很难同时满足控制要求。为了调试程序的需要, 在画面上增设许多选择开关, 当某开关置为“ 1”时, 就假设此条件满足。当所有条件满足时, 程序就可以对设备上增设许多选择开关, 当某开关置为 “ 1”时, 就假设此条件满足。当所有条件满足时, 程序就可以对设备进行操作, 而不必再等待实际条件满足。在生产中有时某设备出现临时故障, 为不影响正常生产, 也可以在画面上强制, 直到设备修好, 再把强制解除即可。

5 结论

实践证明, 西门子S7- 400 系列PLC 的硬、软件是完全适用于大中型成套系统控制的可编程序控制器。该系统综合集成了西门子公司PLC网络结构实现了板坯连铸机基础自动化与过程自动化控制, 能共同完成对连铸系统的监视控制任务。实践证明: 该系统安全稳定, 既可tigao生产效率, 又可改善工作环境, 完全能满足生产要求, 为用户取得了较好的经济效益。