西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8参数选型

西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8参数选型

1 引 言

　　酒钢200万炼钢有3座120t顶底复吹转炉，1#转炉已经于2005年4月份投产，2#和3#转炉于2006年初投产，三座转炉的倾动和氧枪系统均采用罗克韦尔自动化公司的Allen-Bradley Logix平台控制系统-ControlLogix，NetLinx网络架构ControlNet，和基于磁场定向矢量控制技术的1336 Force交流变频器，实现转炉倾动和氧枪系统的自动控制，其自诊断和保护功能可靠，降低了设备故障停机时间，大大提高了生产效率。

2　转炉倾动负载特性分析

2.1 转炉倾动负载特性分析

在转炉系统中，炉体倾动部分采用四台倾动电机，通过减速机刚性连接，并采用全悬挂固定方式和扭力杆力矩吸收方式，如图1所示。

图1 转炉倾动结构示意图

　　根据工艺要求，转炉的倾动角度为正反360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。故炉子倾动负载力矩为角度的函数Mfz=f(θ) ，属于反阴性的位能负载。另外，据工艺设计说明，转炉按正力矩设计，即炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上，这样不至于发生倒钢等事故。但当维修炉拆除炉底后以及炉口粘钢渣太多时，炉体可能出现上部较下部重，由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化，这样在修炉和出渣或出钢时，可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时，电动机处于电动运行状态，当炉体处于负力矩状态时，电动机处于回馈制动状态，电动机的机械特性和负载特性如图2 。

(a)正力矩状态 (b)反力矩状态

图2 倾动电动机的机械特性和负载特性

　　倾动机构工艺要求：

　　主要特性及参数：工作倾动力矩：240t.m；

　　过载倾动力矩：660t.m；

　　倾动速度：0.10-1.0r/min；

　　倾动角度：+/-360°；

　　倾动电机：变频电动机：YTSZ315L-10，4台；

　　额定功率/电压：110kW/AC380V；

　　额定转速/频率：585r/min / 50Hz；

　　额定力矩/电流：1750Nm/230A；

　　速度反馈用编码器：30-3641IA-1024；

3　变频调速的原理

　　我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：

n＝60f(1－s)/p

　　式中　n———异步电动机的转速；
　　　　f———异步电动机的频率；
　　　　s———电动机转差率；
　　　　　p———电动机极对数。
　　由上式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，这就是变频调速。

　　按照电力拖动原理，在基频以下属于“恒转矩调速”，而在基频以上，基本上属于“恒功率调速”。由于转炉倾动和氧枪升降属重起动或满载起动负载，故要求电动机在起动时要有足够大的起动转矩和足够大的过载能力。采用恒磁通变频调速，在低频时（低速时）可通过人为地提高电压来保证电机具有大恒转矩调速特性，因而可以满足重载起动负载要求。另外由于转炉倾动为位能负载，故有发电制动工作状态。而变频器可通过加“过压保护放电阻”提供这种“回馈”通路。

　　由于变频调速可以得到几乎与直流电机调速相同“硬度”的机械特性，因而可以说，变频调速传动系统完全具备了用于转炉倾动这种位能负载上的可能性。在本项目中使用的A-B 1336FORCE变频器，采用FORCE磁场定向控制技术，能够获得交流电动机速度和转矩的zhuoyue控制性能。FORCE技术是使交流电动机真正获得“类似直流调速”性能的变频技术。

4　系统功能

4.1控制功能

　　转炉倾动变频系统各变频器的控制分两种方式：

　　（1）变频装置的单机调试、检修在人机接口操作面板（HMI）上完成；

　　（2）设备联动运行通过PLC系统实现（操作地点：正常生产时在中控室或机旁，联机调试时在变频器柜柜门）。

　　在任何一种情况下，均能保证控制方式的唯一性，而且控制方式的切换通过柜门上转换开关、按钮实现，方便、可靠。

　　转炉4台倾动变频器在正常工作时以1主3从方式进行工作；当其中1台故障时，余下3台装置转换调整后以1主2从方式进行工作；进一步当其中2台故障时，余下2台装置转换调整后以1主1从方式进行工作。

4.2 系统配置和功能实现

　　根据倾动机构工艺要求及控制功能，每座转炉倾动变频系统配置了一套相对独立的PLC（1#转炉为PLC12）系统，通过控制总线Control Net网络接口实现转炉变频器及PLC间的通讯（如图3）, 同时实现与转炉主PLC（1#转炉为PLC11）系统的通讯（如图4）。系统主要硬件配置如下：

　　倾动变频器：1336T-B250-AA-GT3EN-L4 四台（含制动组件）

　　ControlNet光纤模块：1786-RPFS 四块

　　控制系统：1756-L55M22 Logix5555控制器 一个

　　在转炉传动变频控制系统中，4台变频器通过光纤连接，构成主从应用工作组，工作时其中一台设为主传动工作方式，另三台工作在从传动方式，从传动变频器以转矩模式工作，主变频器速度由PLC系统通过变频器I/O口给定，主变频器通过Drive-to-Drive bbbb通讯向从机发送运行信息，内容包括主机转速，转矩及开关状态等，由主从装置参数设定自动实现与主传动的速度/转矩跟踪和转矩准确分配，实现了多电机传动中速度同步和转矩分配。

图3 变频器系统通讯配置图

图4 转炉变频器系统I/O配置图

　　系统正常运行时， PLC系统通过CNB总线与转炉倾动变频器正常通讯，实现控制和数据采集。当因某种原因引起故障时，例如某台从变频器或电机故障时，故障变频器自动停止工作，另外三台变频器继续工作，主变频器控制负载在这三台变频器之间平均分配；当主变频器或电机出现故障时，主变频器停止工作，并发出故障信号，此时可设置另外一台变频器为主传动，组成新的主/从工作组，按主/从方式继续工作，新的主变频器负责速度控制和负载分配。

　　另外，转炉倾动需严格监控，防止出现“溜车”故障，在转炉传动变频控制系统中，利用了PLC控制程序，使抱闸在系统起动后转矩建立在一定的输出转矩时松开，在系统停止后转矩下降至一定的输出转矩时抱紧，大大提高了系统应用的可靠性。

　　为了监控转炉的倾动的位置，在设备主轴上安装有编码器，通过现场总线将信号传送到PLC系统，通过PLC来计算、转换，在画面上显示。

5 1336 FORCE变频器的参数设置及链接

5.1 术语

　　(1) 参数（bbbbbeter）：存储在装置中包含有信息的内存区域。包括参数号，参数数据，以及和该参数有关的所有其余信息

　　(2) 汇参数（sink）：可用于与其他参数接受和发送信息的读写参数，汇参数仅能从一个参数接受信息，但可同时发送信息至几个汇参数。

　　(3) 源参数（source）：可用于发送信息至汇参数的只读参数。一个源参数可同时发送数据至几个汇参数。

　　(4) 链接（bbbb）：在两个参数(sink source)间，允许数据传输的软件链接.在bbbb中source可以是源参数，汇参数或者功能块代码。

5.2 1336 FORCE变频器的参数设置

　　1336 FORCE变频器的参数较多，包含在以下四个文件中：

　　（1） Startup File

　　（2） Communications I/O File

　　（3） Velocity Torque File

　　（4） Diagnostics File

　　每个文件包含若干个参数组，变频器某项功能所需要的参数都在一个组内，这样在完成一种功能设定时不需要改变参数组，但一个参数可以在多个组中。

　　由于变频器功能参数很多，实际应用中，没有必要对每一参数进行设置和调试，多数可采用缺省值，有些参数可以通过做AUTOTUNE后产生，例如：速度调节器和滑差调节器的PID参数、额定转速和额定电流下的Q轴和D轴电压、电机的额定和大小滑差频率等等，不需人工设定。而有些参数则要根据电机的负载特性和功能来设定，主要设置的参数为电机铭牌参数，极限参数（包括速度和电流），定标参数，链接参数和通讯口等。另外，更换同型号电机后，可以继续使用原有参数而不需要改变。但反馈类型改变后，由于对整个系统的影响较大，需要重新做AUTOTUNE。根据倾动电机工艺参数和相关特性，表1列出了1＃倾动变频器部分参数的设置。

表1 1＃倾动变频器参数的设置

5.3 变频器的参数链接

　　通过参数链接，可以实现PLC 对变频器启停信号的控制，变频器反馈信号的接收以及变频器与变频器之间信号的传输。表2以1＃倾动变频器为例说明参数链接及与PLC的对应关系。

表2 1＃倾动变频器参数链接及与PLC的对应关系

5.4 DriverTools调试软件

　　1336 Force系列交流变频器可通过计算机图形化参数设置、编程及监控软件DriveTools32，通过与变频器通讯下载/上载方便地实现下列功能：
　　* 菜单索引的参数存取
　　* 参数组读及写
　　* 将现有的参数组复制到同系列的其它装置上
　　* 打印参数组
　　* 对控制字进行操作（开关量命令、如开/关命令）及施加给定值
　　* 通过状态字进行观察及读出实际植
　　* 读出故障信号和报警信号

6　结束语

　　酒钢200万炼钢1#转炉于二零零五年四月投产以来，倾动变频器系统满足工艺要求，运行稳定可靠，取得了良好的效果。

　航空快件处理区自动分拣系统是机械、电气、自控及信息管理系统高度集成的一体化物流　设备。该系统由供baopi带机、输送主线、分拣单元和分拣滑槽等基本组成部分构成，基于EDI数据库信息，通过PLC自动控制系统，实现对海关要求放行、查验和暂扣的快件进行自动分拣的功能，其中海关放行货物将按照快件所属公司名称进行自动分拣(见图1)。

图1 航空快件处理区自动分拣系统现场

2　作业流程

　　快件EDI预报关；

　　卸货扫描；

　　快件称重；

　　X光机扫描；

　　快件查验；

　　快件放行；

　　快件暂扣；

　　对海关下达暂扣指令或者无报关数据的快件，系统将其自动分拣至暂扣库，由仓库工作人员办理相关入仓手续。

　　快件容错；

　　由于各种原因造成的无法自动分拣的货物，由人工进行集中处理。作业流程如图2所示。

3　控制系统

　　系统使用ControlLogix 系列1756-L61控制器，采用集中管理，分散控制的方式，各个I/O子系统根据现场机电设备的位置分布，负责采集不同的数据。

3.1控制方式

　　该系统设有自动和手动控制方式（就地和远程方式）。

　　(1)自动控制方式

　　如果现场设备和检测信号准确，控制系统通常使用此种运行方式。运行人员在操作员站上将控制方式切换到自动后，控制系统将按预先编制好的启动顺序、时间顺序、联锁条件的自动控制全部被控设备的启动、切换等，并根据联锁条件自动停止或有某些（控制系统以外的）异常情况是人工停止。

　　(2)自动控制方式

　　手动控制方式时，根据需要实现的动作，按操作箱上相应的动作按钮来完成，操作箱上的相应的指示灯亮。例如：在手动方式或检修时（检修时如需通电操作必须在手动方式下进行）需要实现某皮带机动作则按相应皮带机的启动按钮，皮带机即会实现相应的动作要求，同时运行指示灯亮，说明该控制回路通电正常。

3.2控制系统网络及外设

　　分拣控制系统的网络拓扑结构如图3所示。

图3 网络拓扑结构

　　控制室布置有2台监控机、2台上线机（操作员站）和其它必须的相应外设，这2台监控机软硬件配置完全相同，所实现的功能也完全相同。操作员可以在任何一台监控机上对整个系统设备进行控制，同时工程师也可以在任何一台监控机上对整个系统进行维护。

3.3软件

　　工程师站上安装有LOGIX5000控制器编程软件和RSVIEW32 WORKS操作员站监控组态软件。LOGIX5000可在线对PLC程序进行修改，RSVIEW32 WORKS软件可在操作员正常监控操作的环境下对上位组态、数据库及操作员界面进行修改。

3.4数据操作

　　系统中安装有2套RSVIEW32，可将设备历史数据、操作记录、报警记录等保存到数据库里，在操作员工作站上的每一个报警，每一个操作信息都写到数据库中。操作员可在自动控制系统环境下自由地查询、打印记录信息，只有拥有权限的工程师才能对历史记录进行修改。

3.5 ControlNet现场总线

　　ControlNet网络是一种高速确定性网络，用于对时间有苛刻要求的应用场合的信息传输。它为对等通信提供实时控制和报文传送服务。它作为控制器和I/O设备之间的一条高速通信链路，综合了现有各种网络的能力。

　　ControlNet是一种现代化的开放网络，提供了简单、高度确定而且灵活的传输数据方式；ControlNet在执行程序的上载/下载操作、数据实时监控时不会影响到I/O控制的性能。其优越性体现在以下三个方面：控制（Control）、组态（Configure）、数据采集（Collect）。

　　控制（Control）：ControlNet可以以多中灵活的方式，在各种不同的应用中实现您所需要的实时控制数据交换。

　　组态（Configure）：ControlNet网络可以对PLC可编程控制器编程，可以在设备调试时对设备组态都不会对控制性能产生任何影响。、

　　数据采集（Collect）：ControlNet在人机界面显示、趋势分析、配方管理、系统维护与故障排查等方面都非常理想。

4　系统优点

　　由于采用了现场总线技术，减少了现场电缆的数量和接线工作量，降低了系统故障率。同时对系统提供了很强的诊断工具，可用于检查和定位ControNet网络站点的错误。这些诊断功能也可用作调试、监控功能使其系统结构简化。由于采用ControNet现场总线方式，使其从设计、安装、调试，投入到正常生产运行及检修维护，都体现出较好的优越性。

　　系统扩展：现场总线ControNet用一根同轴电缆连接PLC和远程机架，若要扩展远程机架，只需将总线延伸加入其它机架设备，不再增加布线的工作量和费用。选用现场总线ControNet为今后的工作创造了有利条件，由于该协议是公开、规范的协议，凡是支持该协议的其它厂家的设备均可方便接入，有利于以后的产品更新换代。

　　该系统方案为航空快件处理领域较为成熟的一个方案，具有优化的生产工艺，稳定可靠的系统，人性化的控制接口。

5　结束语

　　联网是PLC 技术发展中的活跃领域，内容非常丰富，并不断有新的技术及系统推出。PLC 网络系统适应工业大规模化的需要，是未来发展的方向。Control Net 是开放网络，具有高速（5Mbps）确定性实时控制和扩展I/O 的能力，采用高柔性控制系统架构，使之应用越来越广泛。如果采用由EtherNet、ControlNet、DeviceNet 组成的3 级计算机通信网络结构并形成具有优异通信性能的罗克韦尔网络结构，那其功能将更加强大，完全可以使分拣系统全部实现集中监控。