6ES7321-1BH50-0AA0技术参数

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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冷却装置安装在第二层上，No.2精涂炉，No.2冷却装置安装在第三层上。

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

动，下位机为被动，上位机定时读写下位机的相应变量值。上位机界面设计可以在AS 下快速方便实现。

2.3 系统脱机模拟调试

为了实现脱机调试，在程序中添加模拟程序，主要是针对注塑工艺流程各动作的位移和行程开关闭合状态的模拟。从而在脱机状态就几乎可以注塑机动作，大大方便控制系统的调试，是一般注塑机控制系统开发不具有的。

3 系统功能特点

3.1 运动控制特性

如何实现大型注塑机液压系统的平顺运行和保护是控制系统的关键问题。本系统从软件设计上充分优化液压系统的控制，实现低过冲、高精度。

活塞运动加减速段采用RAMP( ）函数斜坡化控制或者用RAMP _ Ql( ）函数实现二次曲线控制，每次运动减速位置点实时计算和补偿，如油缸活塞行程末端缓冲减速采用RAMP _ Ql( ）函数实现二次曲线处理。液压系统电磁阀开闭进行延时补偿，在人机面板上可以设定延时时长。

3.2 机铰机构线性化

该注塑机的合模机构机铰结构为5 点肘杆式，动模板行程长达2m 。动模板运动状态的测量是通过测量合模油缸的活塞杆来获取，从而大大提高测量的精度和可靠性。

将机铰结构参数输人到B&R togclac 软件计算出活塞与动模板移动位置一一对应的关系，数据保存并导入到工程生成数据模块，再使用DA _ read( ) 函数可以从数据模块中读取活塞和动模板位置的关系。

3.3 温度控制系统特性

采用B&R 智能温度PIDxh 和PIDXHOPT 功能块可以计算出PID 参数，使温度控制精确到士1 ℃ 。PIDXHOPT 功能块可以优化加热程序。

3.4 熔胶背压闭环优化控制

该系统熔胶背压采用闭环控制。背压反馈值经DI351 模块输人到CP476 的TPU 处理，比较设定值后再经过PIDX( ）函数优化。

3.5 过程参数监控

系统具备丰富的曲线辅助监控和分析功能。面板可以显示开合模等阶段的速度、压力、位置等曲线，还可以根据需要对各段温控区和压力进行实时曲线监控，还可以选择射胶、螺杆转动、开锁模和等单元的加工过程进行速度／时间、压力／时间、速度／位置和压力／位置的过程监控。

3.6 系统通用扩展性

系统采用C 语言编写，结构完整清晰。软件设计大量采用结构变量体系，采用结构变量描述各个部件的状态和动作过程等。如顶出动作结构变量包括了进和退过程的顶出行程，顶出各行程阶段的速度和压力；顶出动作延时、报警标志等变量。

该系统软件通用性强，可以适合同系列不同吨位的注塑机。在日常维护更换零部件时，只需要在面板稍加修改参数而不需要繁琐的调试，如更换顶出油路电磁换向阀时，倏改方向阀打开延时和关断延时时长即可。

3.7 人机界面友好

人机界面图文并茂，可以方便设置各结构变量参数，如液压电磁阀的开启闭合延时；还可以设定动作的各方面参数，包括并行动作、抽芯组合和速度压力设置。

1 引言

利用计算机信息技术,实现炼油、化工装置生产过程的自动控制是石化企业提高经济效益，少投入多产出，挖潜增效，提高市场竞争力的重要途径和措施。茂名石化炼化股份公司为提高市场竞争力，及航空煤油上升等级，在其炼油厂新建了一套1.2mt/a的航煤加氢装置。该装置占地面积80.6×46m2，总投资7253.70万元，是全国较大航空煤油生产装置，是"九五"期间实施的炼油改扩建工程的配套项目之一，在茂石化公司有着较重要的地位。该套装置中含有加热、汽提、加氢反应等多种工艺过程，牵涉的设备较多，各工艺变量间又有一定的相互关联。工艺设备规模较大，且作为被控对象，控制的难度较大。因此，对该套装置采用传统的单元仪表进行控制，已较难达到预期的控制品质和节能目标，也不能适应新时期对控制系统有较好控制质量、高性和采用先进控制策略等要求。

centum cs3000是日本横河电子公司开发的一种较新型的集散控制系统，它将dcs的性能与pc**结合，并采用bbbbbbs nt操作系统，使其具有开放的操作环境，在pc机上实现全部集散控制系统的功能，属于新一代开放型网络控制系统，在石化行业的应用也较为广泛[1]。就其具有的功能及特点而言，适合前述的控制要求。

2 cs3000系统简介

2.1 系统功能

cs3000的系统功能包括his功能、fcs功能和组成这些功能的工程师功能。

（1）his功能。centum系统操作站（his）由eops型操作站、eopc型控制台、eprt2型串行打印机、echu型彩色硬拷贝机等设备构成。eops型操作站与eopc型控制台外观基本相同，都有crt显示器和操作键盘，但eopc型控制台没有微处理器及软硬盘驱动器等，是epos的终端设备。

操作站功能主要由窗口监视功能、操作支持功能、数据收集和处理功能、开放数据接口功能和维护功能等五大部分组成。

（2）fcs功能。fcs功能由标准控制功能和通讯i/o模块构成。在标准控制功能中，提供各种各样的功能块，如反馈控制功能块、顺序控制功能块、计算功能块、仪表面板功能块、单元监视管理模块等等。通过对功能块的组合可以实现各种简单和复杂的控制功能。而通讯i/o功能则是利用通讯模件与plc或其他子系统的数据通讯。通讯模件安装在现场控制站的通讯i/o箱内，由通讯数据提供该标准控制功能。

（3）工程师功能。工程师功能分成系统生成功能和系统维护功能两大部分。

系统生成功能就是对项目功能、fcs功能以及his功能的建立，通过系统生成功能，可以实现整个生产过程的工程师组态，即用户可通过系统生成功能建立起系统运行、操作监视功能、控制功能等一系列应用数据库。

系统维护功能包含系统监视功能和定期检查维护的功能，通过his系统维护窗口实现，并在窗口中显示在线的系统状态和系统报警状态等，提供了一个系统维护的良好的操作界面。

2.2 系统测试功能

系统测试功能是新型集散控制系统cs1000/cs3000以及cs3000 r3的*特功能之一。利用系统测试功能，在集散控制系统投入实际操作运行之前，对各组态器产生的操作、监视和控制功能进行检查、调试等操作；也可以将系统测试功能与工程师功能并行使用，扩大了系统测试功能的应用范围。

2.3 系统通信

cs3000中使用的通信系统有e网、v网、以太网和远程输入输出总线。

e网是cs的内部局域网，是信息指令站和工程师站间的连接通路，通信频率是10mp/s，采用总线型拓扑结构，通信媒体是同轴电缆，较大传输距离是185m，较多的连接站数16点。

v网是现场控制站和操作管理用的信息指令站、其他上位站或总线转换器等设备间的通信网络。通常，它采用双重化的通信方式，是系统内部实时控制用的通信网，传输速率10mp/s，采用总线拓扑结构，较多可连接64个站。

以太网用于实现本系统与上位系统的通信。利用以太网，本系统和位于上位的具有大容量的数据管理系统可进行数据的通信并提供系统的数据。第三方的计算机也能通过以太网与本系统连接，存取cs的数据，从而使系统达到真正的开放。

远程输入输出总线（rio：remote bbbbb/output）是一条该公司的内部现场通信总线，是连接现场控制站与现场控制单元输入输出信号的桥梁。

2.4 系统特点

（1）综合性：centum-cs3000是一个功能齐全的系统。它综合了多种控制、管理、自动化和信息技术于一身。

（2）开放性：cs3000系统是紧跟it技术发展的开放性局域网结构。操作站的硬件可采用较新型的pc机；系统软件可采用较新的bbbbbbs xp或2000（中文版）作为操作系统；通讯接口提供dde和opc两种接口，可直接与用户的上位工厂信息管理系统（pims）、internet网、intranet网连接和通信；也可通过标准协议与多个厂家的plc系统、以及符合ff、hart、profibus-dp等现场网络标准的厂家的设备进行通信；另外，还可直接将各种通用应用软件如ms-excel、vb等应用于工程中。

（3）高可靠性：控制站采用4个cpu成对冗余热备技术，可实现在任何故障及随机错误产生的情况下连续不间断地运行；供电系统、通讯网络和总线、i/o模块均可实现双重化；vnet总线采用交替工作模式的双重化结构。

（4）高性能：控制站采用高速risc处理器，可进行64位浮点运算和可进行较高50ms控制周期的模拟与逻辑控制。

（5）简捷的工程：系统提供cae（计算机辅助工程），直接用control drawing图或填表格的方式进行软件组态，软件组态十分简洁直观。并可提供虚拟测试和软件，从而缩短软件的调试周期。

3 航煤加氢装置工艺简介

加氢精制主要用于油品精制，其目的是除掉油品中的硫、氮、氧杂质及金属杂质，改善油品的使用性能。过程在存在下使油品中的**含硫、含氮化合物以及金属**化合物发生氢解，从而达到精制的目的。

航煤加氢是在一定的温度、压力、氢油比和空速的条件下，借助催化剂的作用，把油品（直馏航煤）中的硫、氮、氧化合物转化成相应的烃类及易除去的、或水从而脱除，并将油品中的杂质如重金属截留在催化剂中。同时烯烃、芳烃得到饱和，从而得到性、燃烧性都较好的产品。在本装置的操作条件下，一般只进行脱硫、脱氧及少量脱氮反应，以改善航煤的酸值、硫醇硫和总硫等指标[2]。

其中，加热炉、加氢反应器及汽提塔的控制均是影响产品质量的重要因素，且装置具有高温、高压、易燃易爆、工艺连续性强、复杂性高和安全要求高等特点。

4 基于cs3000实现的航煤加氢装置自动控制

航煤加氢对主要参数与变量的控制较终可以归结为安全性、稳定性和经济性三大控制要求，而操作的稳定性更是影响航煤馏出质量的重要因素。综观各dcs的功能与特点，日本横河的centum cs3000以其高可靠性脱颖而出，它可以实现在任何故障及随机错误产生的情况下连续不间断地运行，确保了装置的平稳运行，而且该系统组态和维护画面简洁友好，容易操作，适合新上的装置[3