西门子模块6ES7231-7PF22-0XA0全年质保
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1 引言
在浮法玻璃生产过程中，玻璃带经退火窑退火后送达冷端，经切裁工段切成一定规格成品玻璃，通过冷端机组输送到取板装箱工段。由于玻璃生产要求不间断的特殊性，在生产过程中，一旦在冷端发生玻璃叠板、堆积、碰撞、划痕等情况，将对成品玻璃板造成极大损伤，给生产厂家带来巨大的经济损失。这就要求冷端机组每一部分的输送辊道以高精度的合理速度输送玻璃。既要满足生产的连续性，还要有利于人工或设备的取板、装箱，并和生产线其它部分相配合以满足大的生产量。因此，冷端机组在玻璃生产线中具有非常重要的作用。
2 冷端控制系统的主要内容和控制要求
本文以明达玻璃(成都)有限公司浮法二线为例，说明冷端控制系统的功能和要求:
根据工艺要求，冷端系统主要由加速系统、掰边系统、主线输送系统、堆垛系统、转向系统和支线输送系统等6部分组成。整个系统以速度控制为核心内容。
(1) 加速系统
加速系统的作用是以冷端速度(一般为退火窑速度的3~4倍)快速地把已经切割成一定规格的玻璃板拉开一定距离，便于后续工段的输送和取板装箱。系统分为大片、中片、小片3个加速区，每一区的输送辊道分别由1台伺服电机驱动，速度信号由PLC模拟量输出模块送给伺服驱动器。每一区的速度变化分别由现场光电开关作为输入信号控制。
(2) 掰边系统
此系统除输送玻璃板外，还有板宽调整和跑偏跟踪的功能。其输送辊道由1台变频电机驱动，速度信号由PLC模拟量输出模块送给变频器。由现场按钮作为开关量输入点，通过程序控制中间继电器来实现玻璃板宽调整和跑偏跟踪功能。
(3) 主线输送系统
此系统用于输送玻璃板。由9个传动站组成，每个传动站分别由1台变频电机驱动。速度信号由PLC模拟量输出模块送给变频器。
(4) 堆垛系统
分为大片、中片2个区域，每一区辊道分别由1台伺服电机驱动，由PLC模拟量输出模块给出速度信号，通过伺服驱动器控制伺服电机把玻璃板停在合适的位置，便于堆垛机的取板、装箱。
(5) 转向系统
此系统用来选择将玻璃板送往主线或者支线。其辊道速度由1台变频电机控制，速度信号由PLC模拟量输出模块送给变频器。其抬起、落下动作由现场光电开关作为输入信号，经PLC程序控制输出继电器进而控制气缸来实现。
(6) 支线输送系统
此系统在主线出现故障或主线输送量不能满足生产要求时使用。其前段输送辊道由1台变频电机驱动，后段输送辊道由1台伺服电机驱动。速度信号均由PLC模拟量输出模块给出。
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3 PLC系统选型及硬件配置
SIEMENS S7-300是模块化的中小型PLC系统，其大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，简单实用的模块化和分散式结构使得其应用十分灵活，当控制任务增加时，可自由扩展。高电磁兼容性和强抗振动、抗冲击性使得其具有很高的工业环境适应性。易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种中小规模控制任务的方便又经济的解决方案。
鉴于以上原因，经过认真分析比较，决定选用SIEMENS S7-300 PLC系统作为冷端控制系统的核心部件。
(1) 根据生产工艺要求和所控设备的数量，本系统需要配置点数为:
a) 单通道高速计数 1路
b) 直流输入 39点
c) 直流输出 18点
d) 模拟量输出 10路
(2) 考虑系统的完整性、可操作性及点数冗余量，本套PLC系统硬件配置如图1所示。具体配置如下:
a) 单通道高速计数器模块FM350-1 1块
b) 中央处理单元CPU314 1块
c) 电源模块PS307 5A 1块
d) 通讯接口模块 IM360 1块
IM361 1块
e) 16点直流输入模块 SM321 3块
f) 8点直流输出模块 SM322 3块
g) 4路模拟量输出模块 SM332 3块
h) 操作员面板 OP17 1块 4 控制系统软件编制
4.1 设计思路
本程序采用SIEMENS STEP 7作为编程软件。根据冷端的生产工艺流程特点，采用模块化编程的程序设计方法。程序框架如图2所示。设计过程如下:|
(1) 首先将项目划为若干子任务。每一个子任务在程序中对应为一个功能(FC)。功能含有一些设备和任务的逻辑指令，相当于一个子程序。由组织块(OB1)中的指令控制这些功能的执行。
(2) 规范并设定各输入/输出量，确定其类型和地址。本程序采用符号地址编程，即在程序中以符号名识别专门的地址。方便程序的编写和调试，增加程序的可读性。在程序中所有的块都可以对符号地址操作。地址表如附表所示。
(3) 建立可读/写的全局数据块(DB)，用于保存功能的数据或信息。其中，DB1用于保存高速计数过程中的数据，DB2用于保存其他功能中的数据。程序中每个FC或OB都可以读/写一个共享数据块DB。
(4) 为所控各主体设备的运行状态分配中间变量。
(5) 根据冷端电气系统的主要内容，确定各输出信号与输入信号的逻辑关系，并转化成梯形图实现。
(6) 编制、调试、连接所要求控制任务的各部分功能FC。
(7) 规划从组织块OB1中调用各部分功能FC的程序执行过程。
(8) 使用Protool软件组态操作员面板 OP17,做到人机界面友好，操作方便。组件包括:
l 设置PLC和连接类型，如:波特率等
l 对OP17的常规设置，诸如:功能键赋值、口令管理等
l 对象设置，诸如:变量、画面和信息文本等。本项目中，主要包括工艺参数设定、工艺参数显示、过程参数监控、程序实时诊断、故障报警信息等。
l 设置PLC与OP17 用来互相通讯的驱动程序和驱动参数。PLC与OP17之间通过MPI协议通讯。
(9) 现场安装接线各外部输入/输出点，整定、调试程序，试运行、运行。
4.2 注意事项
(1) 在硬件配置中设置CPU参数，主要包括启动特点、性能、循环中断、诊断/时钟、保护等。
(2) 通过硬件组态工具设置模拟量模块的参数。本配置中将输出至变频器的信号通道类型设为4~20MA，将输出至伺服驱动器的信号通道类型设为0~10V。
(3) 在硬件配置中设定CPU和OP17的MPI地址，确认两者具有不同的MPI地址，本配置中设定OP17的MPI地址为1，CPU的MPI地址为2。
(4) 在硬件配置中设定高速计数器模块的计数方式和所连接旋转编码器的信号方式等。
(5) 在用户程序使用之前，符号必须在符号表下建立。并且用户程序的符号必须唯一。也就是说，一个符号或地址在符号表中只能出现一次。
(6) 除OB1外，操作系统还可以调用其他的组织块以响应某些事件。在本程序中，通过循环中断程序OB35设定每隔2秒采样计算一次退火窑辊道实时速度。OB35根据程序设定的时间间隔反复执行，时间间隔在CPU模块参数中设定。
(7) 确定各部分状态的先后次序及联锁关系，使各动作间严格确保相互约束和定时关系，以提高程序的可靠性。
(8) 灵活运用各逻辑指令，完成各部分功能的同时力求程序简洁。
5 结束语
浮法玻璃生产线冷端控制系统构成复杂，逻辑繁琐，数据采集量大，控制站多，系统可靠性要求较高。既要实现对各传动站高精度的速度控制，又要完成对现场光电开关、按钮等各种数字量、开关量的检测以及对转向装置升降动作的jingque控制。通过采用SIEMENS SIMATIC S7-300可编程序控制器，实现了冷端系统全过程的自动控制。系统性能优良，操作方便可靠，确保满足工艺要求的同时又充分考虑人为干涉自动控制的能力，缩小故障的影响面。本系统自2001年8月正式投入运行以来运行状态良好。本系统的应用成功为浮法玻璃生产线冷端系统提供了一个很好的自动控制范例。
1 引言
为了进一步调整产业结构，提高安钢集团公司的经济效益，由武汉设计院设计建造的6流小方坯连铸机2000年6月投产竣工，后又经过两次较大规模的技术改造，该工程自动控制系统技术先进、价格合理，运行性能安全可靠，电仪一体化程度高，运行几年来，运行效果一直很好，2003年产钢达80万吨。
2 PLC自动控制系统功能介绍
根据生产工艺的要求，自动化系统分为一级自动化和二级自动化控制，其中一级自动化为基础自动化级，是一套完整的电/仪一体化控制系统，连铸机每流设置一台德国西门子公司的S7-300系列PLC控制器，公用设备采用一台S7-400 PLC，电磁搅拌系统采用ABB公司的PLC，1～3流，4～6流液面控制系统各有一台S7-300 PLC，另设两个CRT操作站，其配置柜图如附图。
附图 连铸机自动化系统配置图
一级自动化的主要作用，一是完成各工艺装置的逻辑控制和操作，工艺参数的设置;二是工艺参数、设备状态的显示和报警及工艺流程画面的监控;三是过程控制及计算机的通讯等。该系统的主要特点是:采用电/仪一体化设计，结构严谨，自动化程度高，S7系列PLC数据处理能力和逻辑运算能力非常大，编程灵活，抗干扰能力强，使用维护方便等。
(1) 传动部分
对拉矫机、大包回转台、振动电机等需要调速的设备采用西门子公司的6SE70系列矢量控制变频调速装置，电磁搅拌采用瑞典ABB公司生产的可控硅逆变器柜组。
(2) 铸机公用PLC的功能
大包回转台包盖升降施转控制;中间包车行走、升降控制;风机控制;液压系统控制;连铸机水系统电动阀门控制;推钢机和翻转冷床控制;工艺过程的数据采集;相关设备逻辑关系联锁控制;铸机运行状态信息控制等。
(3) 铸流PLC功能
结晶器振动控制;拉矫机拖动控制;引锭杆传动控制;切割车控制;铸流辊道拖动控制;二冷水控制;故障报警等。
(4) CRT操作站画面
采用西门子产品Wincc组态软件，其主要功能为:生产过程的操作和参数修改;工艺流程画面显示;故障报警画面显示、报表打印和过程值趋势图显示等。
系统控制分为自动控制、手动控制和维修控制三种方式。自动控制分为过程计算机控制和电气自动控制两种。选择过程计算机控制方式后，控制的设定值来自二级计算机。选择电气自动化控制方式后，系统按PLC程序自动完成，系统的操作和设定置来自CRT操作站。选择手动控制方式，借助于CRT操作站和操作台进行操作。此种方式通常控制单体设备。在维修方式下，选择开关打在机旁，主要用于设备的现场调试与维修。
3 系统的完善与改进
在铸机的运行过程中，根据现场情况和工艺要求的变化。我们也实时对某些方面做进一步的完善和改进措施。如一台变频器控制三台拉矫机改为脱坯辊单独采用一套变频调速装置;对24V直流系统进行更为详尽的按类分别供电控制;在Wincc画面上增加部分过程值的显示和趋势图;增加Wincc变量用于报警显示等等，这些改进在运行实践中证明是有益于连铸机的正常运行和方便设备的维修维护。
4 结束语
该铸机PLC控制系统运行至今，铸坯表面及内部质量都完全满足工艺要求，为我厂成功开发品种钢、促进产品结构多元化发挥了重要作用，也取得了十分可观的经济效益。
3 项目评估
3.1 硬件评估
PLC采用SIEMENS SIMATIC S7-200系列PLC。S7-200适用于全面的过程与逻辑检测、监测及控制的自动化。它的强大功能使其无论在独立的运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。并且，S7-200具有极高的性能价格比。
(1) SIMATIC S7-200系列PLC具有如下特点:
●SIMATIC S7-200的结构牢固紧凑;易于安装和接线。
●SIMATIC S7-200在电气上符合VDE、UL、CSA、CE、FM标准和船籍社船用电器认证，其体系已获得ISO9001认证。
●SIMATIC S7-200的CPU配有EEPROM，可性地存储用户程序和其它重要的系统参数。
●SIMATIC S7-200的CPU内设有硬件实现的实时时钟，以便用户作故障报警时间记录工作以及其它基于时间控制的工作。
●SIMATIC S7-200可对外供给传感器/负载直流24V电源，输出电流可达180mA~400mA。此外，还有电源模块可供选用。
●SIMATIC S7-200备有专用的扩展模块，可以很方便地对系统的输入输出点作扩展。
SIMATIC S7-200具有极高的可靠性;极丰富的指令集、集成功能和强劲的通讯能力;易于掌握和操作。
●SIMATIC S7-200 PLC具有极高的抗干扰能力，特别适用于电磁干扰大的场合。
●S7-200 PLC编程灵活、调试方便，便于工程技术人员现场根据实际情况随时修改调整参数，节省调试周期。
●S7-200 PLC通过液晶中文文本显示器，方便用户管理人员现场察看设备运行使用情况及报警信息，同时可以操作现场液晶中文文本显示器调整参数。
●S7-200 PLC通过EM277模块接口，就能够联网到现场总线PROFIBUS-DP上进行高速数据传输，高波特率为12Mbps。
(2) Pro-face Simple Touch可编程触摸屏特点
HMI则采用Pro-face公司新推出的小型可编程触摸屏Simple Touch系列。Pro-face(即Digital)公司是一家一直致力于Human Machine Interface(HMI)的领域，从1989年开发出一台可编程触摸屏以来，一直以高品质的产品满足客户的使用要求。Simple Touch系列小型可编程触摸屏作为Pro-face新推出的产品，具有以下特点:
●3.8英寸亮丽外观、体积小仅104mm×130mm,安装方便节约空间。
●强大的编程功能，6个功能键可自由定义。
●可连接国内外多种PLC，适应各种恶劣运行环境。
●琥珀色背光灯，支持2级亮度8级灰度。且可更换背光灯，维护简易。
●ST402型具有RS285(MPI)口，专门用于和SIEMENS PLC通信，速度可高达187.5kbps。
●和GP系列触摸屏共用一套编程软件GP-PROPBIII，该软件具有强大的网络通信功能，使用简单、组态方便。使用时，只需要设置PLC的类型和通信参数，并在监控画面的部件属性中设置正确的PLC位地址或字址，触摸屏工作时就能根据不同PLC的通信协议建立起与PLC内部地址的连接和通信。
3.2 软件评估
(1) 中央监控软件—WINCC6.0
“WINCC”即“bbbbbbS CONTROL CENTER”(窗口控制中心)，它是应用于标准PC机和bbbbbbS标准环境中的,拥有各种便利功能，确保安全可靠地对生产和工艺过程进行控制的人机界面(HMI)。WINCC是结合SIEMENS在过程自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能的产物。其zhuoyue的技术突出地表现再以下几个方面:
●全面开放—WINCC采用开放性标准，集成更简便。Microsoft SQL Server 2000—高性能的实时数据库，在任何场合下，可在压缩的基础上每秒大存储10,000个测量值或100条消息，然后通过WINCC内置工具进行分析。通过各种开放性接口(SQL，ODBC，OLE-DB和OPC)，可以随时应用外部工具进行数据归档处理。
●组态简便、高效—WINCC提供方便组态的用户界面、工具提示以及范围广泛的在线帮助和应用实例。超级控制面板、组态向导、图形库、交叉引用表、多语言应用、离线检查、在线组态等一系列功能可使原本烦琐单调的组态工作变得简便和有趣。
●生动的用户界面—WINCC提供大量的图形库、开放的结构能导入各种制图软件所生成的图形，并能通过C++或VB对图形的各种属性进行变量连接或控制，从而使用户界面生动漂亮。
●可靠性高—WINCC是SIEMENS公司与Microsoft公司共同开发的人机界面产品，结合SIEMENS公司在自动化控制领域的zhuoyue技术与Microsoft公司在IT行业的优势，WINCC在运行和控制上都非常稳定可靠。
●强大的延展能力—WINCC提供大量的扩展功能，用户如有需要，只需花少量的价格,便能选购WINCC的其余功能软件，实现诸如多用户系统、服务器/客户机系统、Web Navigator、ProAgent、冗余、过程可视化和数据分析等功能。
(2) 远程数据caijiruanjian—WINAC4.0
由于本工程有210台单机控制设备,而WINCC只能提供126个PROFIBUS从站的连接。故本系统采用WINAC 4.0作为从站设备数据采集。
西门子公司提供全范围的基于PC的自动化产品。作为工业领域中成熟的市场领导人，它已发展成为全集成自动化的中流砥柱，并把PC科技的开放性引入到了所有的自动化任务中。其优点在于:
●NAC 4.0与上位监控软件WINCC通过bbbbbbS内部连接,将可视化功能和数据采集运算功能完美结合在同一台工控机,为用户节省投资成本。
将IT科技与远程数据采集结合在同一平台上，SIM- ATIC NET通过PROFIBUS现场总线使基于PC的自动化与高端管理系统以及现场领域的I/O之间得以通讯。
上传的采集数据由CP5613卡通过PCI总线与工控机CPU数据交换,PCI总线具有133MB/S的数据传输率及很强的带负载能力,故与传统的RS-232串口115.2K/S的数据传输率相比提高了上千倍的速率,突破了大型建筑楼宇自控中央监控系统的数据传输速率的瓶颈,为本系统成功实现提供了有力的保障。
工控机内插三个CP5613卡通过三条PROFIBUS-DP总线与208台单机控制设备相连，PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，它主要特点如下:
●高12M的通信速率和可靠的通信质量(海明距离=4)
●适用多种通信介质(电、光、红外、导轨以及混合方式)
●灵活的拓扑结构,支持线型、树型、环型结构以及冗余的通信模型
●强大的通信功能,支持基于总线的驱动技术和符合IEC61508的总线安全通信技术
●先进的网络规模(多支持126个总线站,网络规格可达90公里)
4 触摸屏(HMI)典型画面设计
共分为三个画面:控制画面、数据显示画面及报警信息画面
4.1 控制画面
用于选择空调运行模式:夏季模式和过渡季模式,设备启动和停止并显示设备状态,如图2:
图2 控制画面
4.2 报警信息画面
用于显示设备错误报警及报警发生的时间,如图3:
图3 报警信息画面
5 结束语
系统采用SIEMENS公司以及Pro-face公司高端科技产品，其产品质量和性能是不用致疑的，的产品使得本系统的自动化和先进性保持，以确保中央空调系统的正常稳定运行
1 引言
目前，西门子PLC以其强大的功能，优越的性能和良好的稳定性，在各行各业的生产线的控制中被广泛地使用，尤其是在轧钢领域应用得更是普遍。冷轧实验机的控制系统对控制器的精度和速度的要求都很苛刻，因为冷轧机的产品原料通常都很薄，轧制过程厚度控制的难度较大，同时还要对张力、速度进行jingque控制。作为实验机，不仅要控制好，同时还要对控制过程的实验数据jingque的测量，以便对工艺过程参数做进一步地分析和研究。
整个冷轧的机械部分包括主轧机(机架、两支撑辊和工作辊)、卷取机、减速机等。控制部分包括主传动电机、电动压下电机、左/右卷取电机、西门子直流调速器和液压缸。液压站中的五个电机和润滑站中的工艺润滑、设备润滑两个电机、加热器等。
2 系统的硬件设计
控制系统包括两部分，即控制部分和数据采集处理部分。控制部分采用西门子公司的S7-400系列PLC，并利用FM458作为高速模拟量控制器，与ET200组成ProfibusDP网，对分散的对象如操作台的控制时减少接线。使用S7-300PLC作为从站对液压站和润滑站进行控制。利用S7-400系列的443-1完成S7-400主站与人机界面计算机的通讯，人机界面计算机位于操作台上，采用西门子公司的触摸屏，软件为WinCCflexible。
主液压缸位移的测量选用德国的MTS值传感器，左/右卷机的转速测量选用雷恩增量编码器，利用FM458控制器通过FM438-1扩展板上的值和增量编码器模块读取位移和转速值，另外卷径也是通过增量编码器计算出来的。冷轧薄带钢在卷取时的张力是通过力传感器检测的。硬件配置见图1所示。
图1 控制系统硬件配
3 系统原理设计
首先慢速点动将原料带钢上卷，此时的主传动电机和卷取电机都是由S7-400站上的FM458通过6RA70直流调速器来控制的，其反馈信号如电机的速度是由FM438上的增量编码器检测，电机电流有调速器提供。构成速度闭环和电流(即转矩)闭环，同时通过力传感器检测到带钢的张力，完成力闭环控制。然后在触摸屏上输入工艺参数，如轧制的道次及相应的厚度值等。带钢的厚度控制是有MTS高精度位移传感器检测液压缸的位置，通过FM438模板上的值编码器采集信号，经过PID算法后，输出电压值到高速伺服阀，从而完成对液压缸的位置闭环控制。当轧辊需要大位移移动时，需要对压下电机的控制来完成。
轧机在工作之前，液压站要首先工作，即要将主泵和背压泵打开，冷却水泵打开，以降低油温。将加热器打开，使乳化液的温度控制在50℃左右，打开搅拌电机时乳化液温度均匀。打开工艺润滑泵和设备润滑泵。
乳化液的温度控制是有S7-315 CPU，通过8通道模拟量输入模块7KF02检测来自温度变送器的温度值，通过与设定值的比较，控制两个加热器的通和断。当实际温度与设定温度相差较大时，两个加热器都打开，当实际温度接近设定温度的一个范围内时，关掉一个加热器。当轧机工作时，S7-315还要检测乳化液出口处的压力，并将压力、温度、液压站滤油器的状态等值通过Profibus-DP网发送到S7-400主站中的DB块中，以便在HMI计算机上显示，同时将速度、电流、张力等信号保存的数据库中。
4 系统通讯设计
在控制系统中将S7-400设为主站，将S7-300设为从站，它们之间的地址映射关系见图2和图3。
●Mode:通讯模式，MS为主从方式的通讯模式。
●Partner DP Addr:DP通讯伙伴的地址。
●Partner Addr:通讯伙伴的输入/输出地址。
●Local Addr:本站的输入/输出地址(S7-300站的地址)。
●Length:连续的输入/输出地址区的长度为32个字节。
●Consistency:数据的连续性。
图2 主、从站的地址映射关系
图3 报警信号发送到主站
5 系统软件设计
冷轧实验机机组的控制软件分为两部分，一部分是轧机的逻辑控制，即由梯形图或语句表编写，另一部分是模拟量闭环控制，由CFC结构流图编写。液压站部分的软件都是由梯形图或语句表编写。
液压站部分的软件分为模拟量检测，即乳化液温度和压力，温度控制;逻辑控制。具体的子程序块及其功能如下。
(1) 模拟量检测及主从站通讯子程序:完成乳化液温度、压力的检测，温度控制，并将温度、报警信号等，发送的S7-400主站，同时主站要对从站中控制乳化液的两个阀进行控制。
(2) AGC及弯辊站逻辑控制子程序:完成对主、辅电机及其伴随阀的逻辑控制。
(3) 水泵及搅拌器的逻辑控制子程序:完成液压站的油温控制，使其温度保持在一定范围内，按工艺要求完成搅拌器电机逻辑控制，使乳化液的温度保持均匀。
(4) 工艺润滑和设备润滑站电机逻辑控制子程序
(5) 故障报警子程序:当液压站油温持续过高、滤油器堵塞、乳化液温度不工艺在要求范围内等，将产生报警信号。
(6) 公共子程序:公共子程序包括很多，如图4、图5、图6示出了数据标。度变换、数据类型转换、控制算法、数据处理等子程序。
图4 标度变换子程序
图5 温度逻辑控制子程序
图6 数据检测子程序
6 结束语
该实验轧机的控制系统采用了性能稳定稳定、抗干扰性强的西门子系列PLC，使整个设备的运行安全可靠，完全达到了设计要求，利用该设备承揽了与韩国一家公司的润滑油性能研究的科研项目。该实验机是具有自主知识产权的设备，得到了国家九八五自然科学基金的资助，在此基础上我单位又与上海宝山钢铁公司上钢一厂签定研制一台了同型号的实验轧机。该设备是冷轧科研部门不可缺少的实验手段。
