6ES7231-7PC22-0XA0库存现货

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1 引言

近几年，由于市场对彩涂板的需求量日益增加，广泛应用在家电产品，办公设施，汽车板等行业。同时，市场对彩涂板质量的要求与过去相比更加严格。为达到较高的成材率，节省人力和能源的目的，唐钢冷轧薄板彩涂生产线引进世界先进设备，自动化系统采用罗克韦尔自动化公司的ControlLogix系统，实现对彩涂生产线的数据采集、过程控制、顺序控制、传动控制及运动控制、安全连锁等。

2 彩涂生产线工艺简介

生产线由入口段、入口活套段、化学处理段、涂层段、出口活套段、出口段六部分组成。

2.1 入口段

通过测宽、测径后的钢卷由运卷小车输送并插入开卷机，钢卷头部由夹送辊送入双切剪，在这一区域安装两套入口钢卷座、入口运卷小车、开卷机和夹送辊。钢卷头部有缺陷的部分由双切剪剪掉，由带钢输送台把钢卷输送到缝合机，将前后两卷带钢头尾缝合在一起。入口处钢卷处理为自动和手动。本段特点：生产线上安装两台开卷机，双排型缝合机。

2.2 入口活套段

入口活套有效储量为 175米，与入口钢卷的处理时间对应，在穿带过程中，为了危险，活套上辊是移动的，下辊是固定的。当带钢缝合时，工艺段可以保持正常工艺速度连续生产。

2.3 化学处理段

在活套后部，安装清洗和洗设备，除去带钢表面油脂和氧化物。清洗设备由1个碱洗槽，1个刷洗槽，1段表面调整，4个热水漂洗槽清洗段和1台化学涂层机组成 。碱洗槽用喷淋法进行化学清洗和脱脂， 刷洗槽用机械方法进行清洗和脱脂，表面调整为了增加化学液与镀锌板的附着力，增强耐弯、耐剥落能力，热水漂洗槽使用喷热水除去带钢表面残留物，化涂机将带钢表面涂上化学保护膜，增加涂料与基板的附着力。预处理为铬酸盐辊涂处理。

各段的温度、液位被自动控制，浓度测量显示。

2.4 涂层段

这一部分由涂层机和炉子组成。

(a)涂层机

经过化学处理的带钢进入涂层机由涂层机对带钢进行涂层。在这条生产线上，涂层工艺分两步进行。第一步为初涂。第二步为精涂。涂层厚度由涂敷辊的频率和两个辊之间的位置可以很容易控制，在备用精涂机上安装快速更换颜色装置。涂膜厚度由辊子旋转速度和测辊缝传感器控制，连接处可以由**设备拆卸。涂层机维护方便：涂头可以从工作侧抽出，涂层机由轴承箱杆快速更换。

(b) 炉子段

炉子段由四部分组成，依此为No.1初涂炉，No.1冷却装置，No.2精涂炉，No.2冷却装置，目的是对带钢进行烘干。No.1初涂炉，No.1冷却装置安装在*二层上，No.2精涂炉，No.2冷却装置安装在*三层上。

经过No.1初涂机，带钢进入No.1初涂固化炉，由热空气加热到所需烘烤温度，然后进入No.1冷却装置。

No.1冷却装置通过喷水对带钢进行冷却，冷却后的带钢通过 No.1干燥器进入No.2涂层机。

经过No.2精涂机，带钢进入No.2精涂固化炉，由热空气加热到所需烘烤温度，然后进入No.2冷却装置。

每个炉子的温度由PLC 控制，目的是保证任何尺寸带钢的烘烤温度。炉内带钢位置由控制垂度传感器自动控制，为了保证安全，溶剂浓度由低爆炸极限（LEL）传感器显示，带钢温度由辐射高温计自动控制。

2.5 出口活套段

出口活套有效储量为175米，与出口段分卷造成的减速相对应。出口活套与入口活套采用同样的方法，在穿带过程中为了危险，活套上辊是移动的，下辊是固定的。

2.6 出口段

从出口活套出来的钢卷由出口剪分段，然后由张力卷取机卷取，卷好的钢卷由运卷小车放置在出口钢卷座上。这一区域安装转向夹送辊，带式输送台，皮带助卷器，出口运卷小车和出口钢卷座。出口处钢卷处理为自动和手动。贴保护膜装置布置在检查站之后保护涂层表面，在生产线上安装一台张力卷取机，从张力卷取机到钢卷座，出口钢卷处理是全自动的。

3 系统设计

3.1.1网络

整个彩涂生产线ControlLogix控制系统通过ControlNet网实现控制站之间进行通讯、控制器与传动控制系统的通讯、控制器与一级服务器之间的通讯。通过以太网实现一级服务器与客户端以及服务器之间的通讯。ControlNet网络通讯接口模块采用1756CNBR。ControlNet网是一个实时的控制网络， Controllogix控制系统的ControlNet网打破了PLC系统传统的Souce-Destination(源-目的地)的点对点和巡检的通讯模式，而采用了先进的Producer-Consumer(生产-消费)的通讯模式。其支持计划性信息和非计划性信息的传输，用ControlNet取代了以往多种主控网和现场网的功能。并具备了对实时性数据传递的确定性，可重复性和实时性要求。ControlNet和ControlLogix框架的连接由模板CNB或CNBR来实现，网络介质用75Ω同轴电缆组成，网络每段较大传输距离1000m，段与段之间用中继器可以延伸网络，网络传输速率达到5Mbps，既可以组成单独通讯网络，也可以组成冗余通讯网络。ControlNet网络配置的特点是无论是CPU框架还是远程扩展框架均由CNB(CNBR,冗余配置)模块挂在ControlNet网络上，然后由软件进行管理扩展模块的归属，这一特点使网络的扩展和走线十分灵活。该系统还可以用以太网通讯模板和DH+通讯模板做网桥，将ControlNet网分别连到以太网和DH+网上，做到控制网和管理网合二为一。

3.1.2 ControlLogix控制器和模板

CPU选用较新的ControlLogix控制器1756-L61，控制器内存为2M。数字量输入模板采用1756-IB32；数字量输出模板采用1756-OB32；模拟量输入模板采用1756-IF16；模拟量输出模板采用1756-OF8。

3.2 软件组成

编程软件采用RSLogix5000，实现对ControlLogix系统组态及控制程序的编制及调试。通讯软件RSLinx，用于RSView32、RSLogix5000的通讯驱动。网络软件RSNetwork for ControlNet 用于ControlNet网络组态、规划和调度。

工作图形软件采用罗克韦尔公司的RSView32 6.3工控组态软件。

4 控制功能

4.1 入口段控制

入口段功能：入口小车自动运卷控制；钢卷高度对中、宽度对中、自动侧宽测径。自动上卷、自动穿带、自动切带头、带尾。入口段速度和张力的控制等。

4.2 入口活套段控制

主要控制入口活套的张力以及入口活套的充放套，以满足工艺段可以保持正常工艺速度连续生产。

4.3 化学处理段控制

主要控制清洗、漂洗、表调各槽的温度、液位及浓度；化学处理段带钢的速度和张力。

4.4 涂层段控制

主要控制固化炉的温度、压力及带钢在炉内的垂度；各个涂机的运行速度；该段的带钢张力和速度。

4.5 出口活套段控制

主要控制出口活套的张力以及出口活套的充放套，以满足工艺段可以保持正常工艺速度连续生产。

4.6 出口段控制

出口小车自动运卷控制；自动称重。自动卸卷、自动穿带、自动切分切、缝合点剪切。出口段速度和张力的控制等。

5 结论

ControlLogix系统在唐钢彩涂生产线的应用结果表明，该系统具有以下优点：

（1）高可靠性：系统自2004年5月份投运至今未发生任何控制系统故障，保了生产的可靠性。

（2）系统的升级灵活：ControlLogix的内存采用FlashMemory结构，控制器版本的升级，通过软件完成。

（3）适合顺序、过程、传动和运动控制的模块化、高性能控制平台：每个ControlLogix处理器可以执行多个控制任务，减少所需要的控制器个数，这样，排错更快。可以分别触发多个周期任务以便达到更高的性能水平。

（4）通用的编程环境和Logix控制引擎：无论选用的平台和网络，通过使用通用的控制模型，都可以降低系统成本，简化集成。组态和编程是一致的，这样，不论开始的程序开发还是长远的系统维护，都很方便。

1 引言

集中供热因具有节约能源和改善城市环境等方面的积极作用，而日益成为城市公用事业的一个重要组成部分。着眼于青岛市向现代化国际大都市的发展，华电青岛发电有限公司在市委、市**及集团公司的支持下，积极开展热电联产项目，满足了青岛市集中供热布局的大调整、大发展，及2008年会青岛赛区的要求。同时，也使整个青岛市区大气环境质量和市民生活品质得到了大幅度的提高。

作为集中供热系统的主要组成部分——换热首站，是热源输出的重要关口。2004年10月在华电青岛发电有限公司建成了青岛市市内较大的无人值守换热首站，供热面积达70万平方米，成为了青岛市自动化程度及投入率较高的换热首站之一。

2 换热首站自控系统的设计要求

该换热首站主要由三台汽水换热器组成的换热系统、四台循环水泵组成的循环水系统及两台泵组成的系统来构成。根据生产工艺设计要求，换热首站的自控系统采用典型的两级监控方式。上位机以标准的工业控制计算机（IPC）作为主要的人机界面（HMI），为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器（PLC）构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。

（1）在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数。需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。

（2）换热首站的自动控制，即实现整个进汽和供水过程的全自动控制，进行故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数并控制设备运行状态。

（3）根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供水温度之间的对应曲线。控制器可以通过这条曲线根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽流量进行控制，已达到对二次供水温度的控制。此设计的特点在于能够通过室外温度对二次供水的温度进行控制，以达到节省能源，提高供热质量的目的。另外在控制器中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。

（4）自控系统通过加入时间日程表的控制，实现一天当中不同时刻对应不同的温度。

（5）通过采用西门子的压力传感器、控制器以及变频器来实现对二次供水压力的控制，由于控制器可编程的灵活性，可以实现变频器的低频限制，以避免变频器、水泵长时间在低频运行，从而保护电机及变频器。当一台泵无法通过变频达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行。较终实现更加智能化的恒压控制。

（6）对调节系统可采用手操器控制，确保进汽和供水的温度、压力准确稳定，使换热温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。以1#换热器为例，具体调节控制单元如下：

①1#换热器二次供水温度调节控制回路
主要功能:通过控制1#换热器一次蒸汽管网入口蒸汽调节阀CV-101A实现1#换热器二次侧热水出口温度的自动控制。
控制回路名称 : TIC-101A
过程变量 : TI-202A(1#换热器二次供水温度)
控制输出 : CV-101A(1#换热器一次蒸汽调节阀调节信号)

②1#换热器冷凝水水位调节控制回路
主要功能:通过控制1#换热器冷凝水排水调节阀CV-301A实现1#换热器冷凝水水位的自动控制。
控制回路名称 : LIC-301A
过程变量 : LI-301A(,1#换热器冷凝水水位)
控制输出 : CV-301A(1#换热器冷凝水排水调节阀调节信号)

③流量调节控制回路
主要功能:通过控制流量调节阀CV-302实现二次回水压力的定压自动控制。
控制回路名称 : FIC-302
过程变量 : PI-204(次回水压力/泵入口)
控制输出 : CV-302(二次回水流量调节阀调节信号)

④二次供水压力调节控制回路
主要功能:通过控制循环水泵变频器转速实现二次供水压力的定压自动控制。
控制特性:
变频器较小转速为额定转速的20%(10Hz)。
控制偏差为±0.625%(±0.01MPa)
待系统运行稳定后将1#/2#泵调节回路设为自动控制。
控制回路名称 : BPQ2
过程变量 : PI-203(二次供水压力/换热器出口总管)
控制输出 : 2BPQ-F(1#/2#循环水泵变频器转速调节信号)

⑤二次回水压力自动控制回路
主要功能:通过控制疏水水泵变频器转速实现二次回水压力自动定压控制。
控制特性:
当二次回水压力低于0.46MPa时自动启动变频器对系统进行,当压力达到额定值时变频器稳定在某转速恒定运行,系统稳定后可手动停止变频器运行。
为避免变频器在达到额定压力时出现转速波动的情况,控制死区宽度设置为1.6×±0.625%=±0.01MPa,即当测量压力与设定压力出现±0.01MPa误差时,变频器转速恒定不变。
变频器较小转速为额定转速的20%(10Hz)。
待系统运行稳定后将1#/2#泵调节回路设为自动控制。
控制回路名称 : BPQ1
过程变量 : PI-204(二次回水压力/滤污器出口)
控制输出 : 1BPQ-F(1#/2#疏水泵变频器转速调节信号)

（7）该换热首站监控系统共需处理72个数字量输入点、64个数字量输出点、48个模拟量输入点和10个模拟量输出点。

（8）可使运行操作人员通过上位机中的视频窗口实时监控现场设备运行状况。
按照上述设计要求，整个换热首站自控系统可具有良好的自适应能力，完全可以实现无人值守、节能的设计目标。

3 系统选型及特点

为了满足上面提到的换热首站自控系统的设计要求，我们选用西门子公司SIMATIC S7-300可编程控制器（PLC）和研华公司IPC-610工控机（IPC）构成的自控系统，再配以先进的WinCC软件，来实现换热首站自控系统的各项功能。

当前可编程控制器（PLC）是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为电气控制系统中应用较为广泛的核心位置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，可方便各级连接。

S7-300采用模块化结构、适合密集安装，模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、通信处理器CP等模块，并且可以通过接口模块实现多个机架的扩展工作方式。根据要求本系统所选用的硬件产品，如下所示：

（1）工业控制计算机（IPC）
ADVANTECH IPC-610，Pentium Ⅳ 2.8GHz处理器，512M内存，80G硬盘；

（2）*处理单元 (CPU)
CPU 314，24V供电，48KB工作内存，DI/DO较大1024点，AI/AO较大256点；

（3）信号模块 (SM)
SM 321，数字量输入模块3块；
SM 322，数字量输出模块2块；
SM 331，模拟量输入模块6块；
SM 332，模拟量输出模块2块；

（4）通讯处理器 (CP)
RS485 中继器2块；

（5）负载电源模块 (PS)
PS 370，电源模块1块。

（6）接口模块 (IM)
IM 365，接口模块2块。
4 软件组态过程与效果

工控组态软件WinCC(bbbbbbs Control Center)是一个集成的人机界面（HMI）和监控管理系统，它是西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能相结合的产物，是世界上**个集成的人机界面（HMI）软件系统。它真实的将工厂控制软件集成到自动化过程中。HMI人机界面系统作为基础自动化系统重要组成部分，用于控制系统的各种数据的设定、显示、故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。换热首站HMI系统信息以友好方式与用户交互。通过自动化控制系统接收过程计算机（PCS）和操作人员通过HMI输入的数据进行处理，处理后再将过程数据信息、机组状态信息和各种测量值以符号、数值、曲线、图表及历史记录的形式在HMI画面上显示。较终实现了在HMI操作站（上位机）上以较少的设备数量提供较大可能的信息，帮助操作人员和设备维护人员快速准确的了解系统当前状态及其相关信息的设计目标。

在上位机上用WinCC软件设计了标准的人机界面，主要包括以下几个方面的内容：

（1）工艺流程图：在画面中通过编程实现模拟显示整个换热站现场进汽供水的全过程，并且在换热器本体上实时显示了各路汽、水的温度与压力，以便于操作者能及时准确的掌握本体内的换热情况，能够对现场设备的故障进行实时诊断。

（2）手操器的操作与对现场仪表的监控：手操器有手动和自动两种工作方式，在设备安装调试阶段一般用手动操作方式，进入正常运作时常用自动方式，以实现对一些重要的模拟量数据的精确控制，自动调节程序由PID闭环控制回路完成。

（3）报警记录：对于如进汽流量、供水压力等一些重要的模拟量输入参数进行实时报警，当处于监控下的任何一个变量**出预先设定的安全值时，报就会立即闪烁，同时通过报警一览表对话框可以检查报警**出的范围以及错误的出处，并对此采取相应的措施。

（4）历史趋势：在此画面中除了实时显示变量的变化趋势，操作员还可以检查过去的过程数据记录，通过对过去历史趋势的比较进而可以对变量未来的发展趋势做进一步的预测。另外，还具有报警或变量记录档案库数据的运行报表。

（5）摄像监控：通过摄像及图像采集设备对图像的处理，使操作人员通过视频窗口实时监控现场设备运行状况。

5 结论

本文讨论了基于可编程控制器的换热站自控系统的设计与实现，充分发挥了可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便和可现场调试的优点，使整个系统的稳定性有了可靠**。该控制系统已在较近的采暖期中得到实际应用,为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。