西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0正规授权

西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0正规授权

1.引言
弹力丝机是经高速纺丝生产出的预取向丝(POY丝) 的后加工设备，通过对POY丝进行加热、捻、牵伸、上油等工艺加工，制成性能稳定、具备服用性能的弹力丝(DTY丝)并卷装成满足工艺要求的纱锭，供后续的织造加工用。

传统弹力丝机采用直流电机调速系统，存在电机维护工作量大、机械齿轮传动结构复杂、改变工艺必须停机变换工艺齿轮等缺点，因此逐渐为新型的变频调速系统所取代。采用变频器调速系统的弹力丝机通过多台变频器带动各轴独立传动，不仅割除了工艺齿轮，简化了传动系统结构，而且减少了加工及装配工作量，提高了系统可靠性；同时，满足了降低制造成本，节约能源消耗，适应用户市场小批量、多品种的工艺变化的要求。

高速弹力丝机的传动系统包括4档牵伸罗拉(上喂入辊、中喂入辊、下 喂入辊、卷绕辊)以及捻器龙带辊、摩擦辊和横动辊，要求各传动部分同步运行、比例可调，同时保运转过程中丝线的张力恒定，即变频器带动的各电机转速稳定，稳态调速精度小于0.1%，因此一般采用两种变频调速控制方案：异步电机闭环矢量控制和同步电机开环控制。采用同步电机方案时，系统控制比较简单，但同步电机的成本较异步电机高很多；采用异步电机闭环矢量控制，因为需要引入速度反馈，系统相对复杂，但成本较低。此外，高速弹力丝机的温度控制部分一般采用温度采集、经PLC进行PID运算、通过脉宽调制(PWM)输出可控硅控制加热器的方式实现。

2.控制系统方案
高速弹力丝机的控制系统采用Micro PLC为控制核心，在CPU模块上配置Modbus通讯扩展卡(TSXSCP114，作为主站)，采用ATV58F或ATV58(配VW3A58202编码器反馈扩展卡)系列变频器(内置Modbus接口，作为从站)，通过Modbus总线通讯控制方式实现传动系统的控制；温度控制部分，采用带Modbus总线接口的**温度采集卡(作为从站)，通过同样的Modbus总线将温度信号采集入Micro PLC，经与设定温度比较的PID运算后，通过开关量输出口输出；同时配置Magelis XBT-G 10.4”黑白触摸屏实现线速度、牵伸倍数及各点温度等工艺参数的设定以及整个系统的监控。由于系统程序量较大，在Micro PLC的CPU模块上，同时配置了32K内存扩展卡(TSXMFP032P)。


3.控制系统简介
ATV58/58F变频器采用带速度传感器反馈的闭环磁通矢量控制方式时，静态调速精度为0.02%，完全满足高速弹力丝机的调速要求。 此外，ATV58F变频器内置了增量编码器接口，编码器电源电压为+5V；采用ATV58变频器需要配置VW3A58202编码器反馈扩展卡，编码器电压电压为+24V。

对ATV58/58F变频器内置了Modbus接口(即操作面板接口)，可以通过通讯控制方式进行控制，控制精度为1转(相当于0.015Hz)。对变频器采用通讯方式控制，不仅可以有效避免传统模拟量信号控制所带来的共模干扰和模/数转换精度误差等问题，提高的可靠性和精度；同时可以较大地简化接线方式，并实现信息的双向交换。

ATV58/58F变频器内置的Modbus接口物理层为RS485，采用Modbus RTU方式 (8个数据位、1个停止位、无校验位)，波特率必须为19.2Kbit/s，连接介质可采用屏蔽双绞线，传输距离可达1000 米，物理层限制单总线上连接变频器较多为18台。该接口(SUB-D9)RS485管脚定义及匹配终端如下图。

使用ATV58/58F变频器内置Modbus接口时需要通过操作面板预先予以如下设置：
控制菜单 (CTL: 4-CONTROL)
面板控制 (LCC: Keypad Comm.) – No (取消面板操作)
变频器地址 (Add: DriveAddress) -- 1,2,…, 31 (Modbus从站地址)

Micro PLC编程软件PL7 Pro提供丰富的库函数(Library Funtion)，如PID、PWM调节指令等，为系统编程提供了较大的便利。面：

1．标准、开放：用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不用交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家**过400家，支持Modbus的产品**过600种，而且在国内也有很多的用户支持和使用Modbus的产品。

2．Modbus是面向消息的协议，可以支持多种电气接口，如：RS232、RS422、RS485等，还可以在多种介质上传送，如：双绞线、光缆、无线射频等。要说明的是：和很多的现场总线不同，它不用**的芯片与硬件，完全采用市售的标准部件! 这就保证了采用Modbus的产品造价较为低廉。

3．Modbus协议的帧格式是较简单、较紧凑的协议，可以说：简单，通俗易懂。所以用户使用容易，厂商开发简单。用户和厂商可以通过ww．Modbus—IDA．org网站和其他网站，下载各种语言的样例程序、控件、以及各种Modbus工具软件，更好地使用Modbus。

多年的现场证明：Modbus具有的通讯能力

1989年Modicon公司又开发推出了新一代的Modbus＋网络，以满足用户和市场的需求。Modbus＋也以Modbus为基础，它采用了令牌传递、对等方式、即插即用的网络结构，为用户提供了更快的工业网络。多年的实践表明：Modbus＋仍然是较好的工业实时网络之一。

1998年施耐德公司又推出了新一代基于TCP/IP以太网的ModbusTCP，目的是满足用户和市场的进一步要求。ModbusTCP是**家采用TCP/IP以太网用于工业自动化领域的标准协议，是至今一获得IANA赋予TCP端口的自动化通讯协议。我们知道：因特网上前1000个端口都分配给*的、公开的通讯协议，如：80号口分配给了*的HTTP(**文本传输协议)，供因特网浏览器使用。这说明：ModbusTCP是标准的、开放的、免费的通讯协议，这也秉承了施耐德公司的一贯做法，为用户提供了新的选择。

ModbusTCP的应用层还是采用Modbus协议，简单；传输层使用TCP协议，并使用TCP502号口，用户使用方便，连接可靠；网络层采用IP协议，因为因特网就使用这个协议寻址，故ModbusTCP不但可以在局域网使用，还可以在广域网和因特网上使用。

要强调的一点的是：ModbusTCP全部采用标准的以太网硬件!因为目**些厂商对标准以太网进行了改进，所以不能使用市售的产品，势必增加了用户成本，而施耐德向用户承诺：决不使用特殊硬件，确保用户选择的自由度。

目前的ModbusTCP以太网的速度为10M/100M位/秒，大大提高了能力。除此之外，施耐德的以太网解决方案TCP/IP以太网还为用户提供了更多的服务，如：I/O扫描、全局数据、故障设备替换、网络管理、电子邮件报警、时钟同步等功能，为用户带来多的附加值。

Modbus今后的发展

为了更好的普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，自前拖耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA(Interface for Distributed Automation分布式自动化接口)组织，并成立了Modbus—IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。

Modbus—IDA组织是一个非盈利、独立的、基于web的社团，网址为：www.Modbus—。Modbus—IDA组织的任务是：鼓励自动化设备的独立使用者和制造商，采用Modbus通讯协议，使用分布式自动化架构，为多个市场提供相应的产品。Modbus—IDA将提供基础平台，使用户能得到和共享协议、应用和认信息，较终降低使用的成本。

施耐德公司在Modbus-IDA组织中的角色为：创建网站作为市场上共享信息的web平台，帮助建立Modbus组织，成为分离的、非盈利的组织，并在开放市场上管理Modbus协议。施耐德公司是Modbus—IDA创建成员，较力把两个组织二合为一，目前还是Modbus-IDA组织中的执行成员和积极参与者。

Modbus—IDA被IEC授予世界良好的电气务标准组织“类别D”的联络员身份。Modbus—IDA正参与制造和过程自动化环境的数字化通讯方面的定义，目前己提交了基于TCP/IP的Modbus和R(Real—time Publish/Subscribe：实时数据的发布与订阅)协议，作为IEC的PAS(Publicly Available Specification：公共可用规范)。

施耐德电气(中国)有限公司总裁杜华君表示：作为Modbus的**和市场的积极推广者，施耐德将不遗余力的推动Modbus在能源、电力、建筑、基础设施和工厂中的应用，并把Modbus内置于全系列产品中。施耐德公司现在已经实现的产品有：

Web内置的功率设备；

工业用计算机；

软启动器和变频调速器；

可编程控制器；

功率表和电路监视器；

断路开关和中压继电器；

为用户和开发者使用的工业以太网专题">工业以太网工具；

基于以太网的分布式I／O；

工业以太网专题">工业以太网连接设备；

工业以太网专题">工业以太网网关和设备服务器。

*普遍认为：通过施耐德公司、Modbus—IDA及其各成员和广大用户的努力，Modbus今后将有更大、更快的发展，为工控和自动化行业做出应有的贡献。

关于Web服务

Web服务是因特网上较具标志性的服务，通常我们把浏览器的出现视为因特网时代的真正开始。

Web服务是通过互联网、由服务器端和客户机端共同参与完成的服务，这种服务器被称之为Web服务器，而客户机端使用的就是浏览器。由于浏览器是一种动态的图形界面，使用者感觉新奇、操作容易，所以一经推出，就获得了巨大的成功。

施耐德公司在推出了ModbusTCP以太网后，一直寻找如何把网络数据实现可视化的方法，这样容易监控和管理；同时，也在思考如何把因特网上的现成技术用于工业自动化系统之中。结果就是找到了Web，因为它正好可以实现以上的两个希望，可以说，“”是施耐德公司的一项重大创新。因此，在现在的市场上，支持Web服务是施耐德产品的一大特色。

20世纪60年代末，为了改变由成千上万个继电器经硬线连接构成的传统装置，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成功一台可编程序控制器（以下简称PLC）。经过20多年的不断发展，现在已形成了完整的工业控制产品系列，其功能从较初仅有计时、计数及逻辑运算等简单功能发展到目前的具有接近计算机的强有力的软硬件数据处理功能和联网通信功能，在I/O点数、内存容量、系列化、通信化、通用化方面都有了明显的进步，特别引人注目的是新推出的PLC产品都大大增强了通信功能，采用了网络技术，使多台PLC并网工作，提高了整体性能。

从控制功能上看，PLC可替代继电器控制电路的一切功能，具有浮点运算、数据传送和比较、文件传送、诊断、逻辑判断、中断控制、通信、人机对话等功能，在使用方便性和系统可靠性方面则具有继电器电路**的优越性。目前，PLC产品已成为控制领域中较常见、较重要的装置之一。它代表了当前电子程控技术的发展潮流，其应用已渗透到国民经济的各个领域，发挥了日益明显的作用，因而受到**越来越高的重视。据调查结果表明，约80%的工业单位可采用PLC作为控制装置，可见其在工业各个领域中的应用前景之广泛。

金隆铜业有限公司是在国内铜冶炼企业采用可编程序控制器用于主体生产工艺过程控制的企业，其成果和经验随后也得到了国内其他冶铜企业的肯定和效，该项目也因此获得了当时的国家有色工业局授予的科技进步一等奖。金隆铜业有限公司采用的是在国际市场占有率较高，**度也较高的美国Rockwell公司生产的PLC-5系列大型可编程序控制器。全套系统的成套和软件的编制调试则由上海自动化仪表研究所、南昌有色金属设计研究院、铜陵有色设计院和金隆铜业有限公司自动化室共同承担，这几家单位都有着雄厚的技术力量和多年从事自动化项目设计、成套的经验，因而系统自投用以来在生产和管理中都收到了显著的成效。

一、系统概述

1. 系统配置

金隆的可编程序控制器系统主要包括：三台转炉、转炉公用设备及铸渣机PLC控制系统；两台阳极精炼炉PLC控制系统以及电解车间及电解液净化部分的PLC控制系统。

以上三个系统共分为九个PLC控制站，这九个PLC控制站全部选用PLC-5/40可编程序控制器作为主机。

2. PLC-5/40介绍

PLC-5/40是Rockwell公司PLC家族中应用较广、功能较强、性能价格比较理想的机种之一。它具有速度快、内存大、指令系统丰富等特点，并可配置成主机和网络冗余的控制系统。

3. 软件介绍

软件包括通信软件WinLinx、软件WinView和编程WinLogic5。

● WinLinx是以bbbbbbs为基础的、用于与PLC进行通信的软件。WinLinx既是一个驱动程序又是一个DDE服务程序。驱动程序是与PLC之间的通信接口，而DDE服务则提供了与bbbbbbs其他应用程序的数据交换手段。

● WinView是一个用于数据、监控和信息管理的工业软件包，是个人微机上的实时、多任务、多窗口的、功能强大的、模块化的、彩色图形组态软件。它可以根据现场数据的变化而形成动态画面。

● WinLogic5是用于对可编程序控制器进行编程和文本处理、功能强大的软件包。它提供了对ROCKWELL公司的PLC-5可编程序控制器进行在线和离线编程、I/O组态、报告、诊断、和监控、强制等功能。它具有非常友善的人机界面，全部功能均可以用鼠标进行简单的操作。

二、具体应用

1. 在阳极精炼炉的应用

金隆公司共有两台阳极精炼炉，其操作控制水平的好坏直接关系到阳极铜的质量乃至影响到电解铜的质量，阳极精炼炉共用了四个PLC-5/40处理器，两主两从，互为热备，分别控制两台阳极精炼炉的倾转系统、附属设备和所有的调节回路。另外，还担负着接受行车无线传输称重数据的任务。

此外，两台行车上的行车秤的称重实时数据也是由阳极精炼炉PLC进行接受并进行数据转换处理和显示的。大部分实时信号的累计值、历史趋势和报警画面也都由PLC完成。总之，由于在阳极精炼炉使用了PLC，使得大量的继电器控制柜和二次仪表得以取消，不仅节省了空间，也使得故障率大为减少，提高了系统的可靠性，并且回路修改较为方便，减少了二次投资。

2. 在转炉的应用

转炉工段包括三台转炉本体、三套残较加料系统、一套溶剂运输系统、环境集以及电收尘四大部分。有八个PLC组成四套热备控制系统进行控制，每台转炉本体和对应的残较加料系统由一套PLC进行控制，溶剂运输、环境集以及电收尘由一套PLC进行控制。

投产以后，根据生产情况和工艺要求，我们对转炉的事故倾转回路进行了改造，将事故倾转由直流倾转改为交流倾转，仅当交流失压时才由直流倾转，增加了系统的可靠性。还增设了富氧调节回路和纯水槽自动调节回路。此外，由有色机械总厂生产的铸渣机也是用PLC进行控制的。由于采用了PLC进行控制，使转炉的劳动强度大为减轻，监控更为方便，维护更为简单。

3. 在电解、净液的应用

电解、净液共用了三台PLC，一台用于对电解工段的电器设备以及过程工艺参数进行检测和控制，一台用于对净液工段的电器设备以及过程工艺参数进行检测和控制，一台用作与上位一台以太网的网络通信接口。

PLC主要对一些给液泵、循环泵、泥浆泵等一些泵的启、停进行联锁控制和监视，对风机的运行情况进行监控，对短路器进行监控。

由于采用了PLC，取消了大量的二次仪表，所有的仪表指示值都可以在监控站的屏幕上显示，统计报表、历史趋势曲线都可以很方便地打印出来。参数的修改和设备的操作都可以用鼠标在屏幕上完成。

三、网络化方案及其实现

PLC-5处理器不仅具有非常强的控制功能，还具有非常强的通信能力。因此，它不但适用于各种控制应用环境中，特别适用于计算机集成生产系统（CIMS）的生产方式，与计算机等来形成一个高度全面化的分布式多级控制系统。生产的过程十分复杂，因此实现生产过程的全面高度自动化比较困难，同时，由于市场需求和技术发展的更新速度日益加快，以往传统的、相对稳定的生产过程也变得越来越不适应要求，这就对自动化生产的方式提出了一个动态的开放要求。因此，管理和控制一体化成为现代化企业越来越迫切的需要，而在此过程中，网络化的实现又成为一个关键的环节。

金隆公司的生产管理网络就是这样一个制和管理于一体的厂级分布式控制系统

1. PLC与管理网的联接

由网络图可以看出，全厂的PLC共构成两条数据高速通道（DH+）链，一条是电解、净液的PLC通过ROCKWELL公司的以太网接口模块5/20E与以太网相连，一条是阳极精炼炉、转炉的PLC通过DCS与上位以太网相连。采用这种联结方案主要是受各PLC物理位置的限制。PLC的实时数据传到以太网后，由美国DEC公司的阿尔法小型计算机接受并转换成个人电脑可以识别的数据信号后，再发往各管理终端。这样，各管理终端通过相应的软件就可以随时调出工艺流程画面和实时工艺参数，管理者就可以随时了解到现场工艺情况和各类数据报表，从而为管理带来大的便利。

2. DH+网

DH+是一个公共总线形成的对等的工业局域网，其网上的每个节点无主次之分，网络的存取方式为令牌传递方式，传输介质为屏蔽双绞线，较大传输距离为3044m，通信波特率为57.6K（57.6K位/s=1字节/0.14ms）,较大节点数为64个。

屏蔽双绞线相对比较便宜，并有比较好的抗噪性，能保证传输信号不失真，不失为一种理想的传输介质。令牌传递方式可以那些试图获得网络访问权的PLC站点之间的竞争，哪个站点得到令牌，它就成为主站，从而有权向其他站点发送信息，用完相应的时间片后，即将令牌传递到下一个站点，这样可以避免因某个站点故障而影响到整个网络。每个PLC-5/40处理器有四个通信口，可用软件设置成远程I/O通信链与输入输出机架相连或设置成DH+网络通信口。在转炉调试时，由于各站点之间需要传递的数据量太大，引起监控站屏幕频繁出现网络**时报警信息，我们就用处理器空闲的通信口，专门设置了一条DH+通信链，专门用于处理器之间的数据传递，解决了网络拥挤的问题。

由于DH+网络优越的网络能，使得数据在站点之间传递变得较为便利，行车称重数据本来发往阳极精炼炉，可是因为有了DH+网络，在转炉也可以看到这些数据。转炉的作业方式是交替作业，加上很多设备是三台转炉共用，因而需要相互传递的信息量非常大，因为有了DH+网络，一切问题迎刃而解。

四、调试中遇到的难点及解决办法

投产前，网络安装测试好之后，开始进行系统的总调试，发现由于三台转炉的很多辅助设备是共用的，因而各PLC之间需通过网络交换的数据量特别大，引起网络繁忙，网络**时报警频频出现，影响调试和正常操作。起初试图通过增大监控站的内存、扩大缓冲区、精简操作画面等方法解决这个问题，但效果均不理想。后来想到利用处理器的其他空闲的通信口，专门开设一条网络转炉的四个PLC之间传递数据用，结果十分令人满意，很好地解决了这个问题。

五、投产后的增设及改进项目

由于工艺状况和设备状况的要求，投产后在转炉进行了一系列的改造和增设项目，主要包括以下几个方面。

1. 转炉事故倾转的改造

在原设计中，转炉的事故倾转是蓄电池带动直流电机驱动的，由于蓄电池只能供电10min，而充电时间需10多个小时，且有倾转速度慢、性能欠可靠等缺点，容易引起堵风眼事故。针对这种情况，我们在软件上进行了，使得只有交流失压时，才由直流电机驱动转炉移动， 在其他条件下，均由交流电机带动炉子做事故倾转，大大减少了事故的发生，具有很好的效果。

2. 增设富氧改造调节回路

投产一段时间后，为了增加固破和冷铜的处理量，根据工艺要求，我们在转炉增加了富氧锤炼自动调节回路。回路投用后，操作人员只要在操作画面上设定所需的用氧浓度，调节回炉即可根据送风流量和设定氧浓自动调节氧气的流量，操作十分方便。至今，使用效果一直很好。

3. 增加纯水槽自动回路

纯水槽的水是用于转炉冷却水套的，一旦断水，就会对设备造成损坏。未改造之前转炉纯水槽需用电话与纯水站联系，这就要求操作人员经常监视纯水槽的水位，很不方便，改造之后，低水位自动，高水位自动停水，且有高、低水位报警，既方便又安全，得到操作人员的**。

4. 增加报警点和历史趋势记录

转炉投产后，我们在转炉增加了PLC系统不间断电源（UPS）掉电报警、烟罩断流报警、纯水槽水位报警等，提高了生产的安全性。增加了排风机转速和输出给定值的历史趋势记录，给设备监护和故障判断分析提供了依据。

总之，可编程序控制器因其可靠的性能、**的控制功能和强大的通信功能在金隆公司