6ES7322-1BP00-0AA0接线图形

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工业自动化程度在日趋提高，对控制要求也越高，而对控制外围设备较多，控制精度要求较高的轧机来说，合理配置工控产品达到控制要求和目的就显的比较重要了。我公司属铜加工企业，轧机也较多，通过消化吸收国外轧机的控制原理及控制思想，我们自行改造制作了多台轧机，运用于生产，节省了大量的资金，而产品质量也达到要求的精度。

1.轧机的控制硬件，我们都选用西门子产品：用西门子6RA70直流调速装置作传动，西门子S7—300PLC作系统控制，S7—400PLC作液压AGC厚度控制，研华工控机IC610作监控及编程调试之用。
系统的拓扑图示意如下：



2.具体控制如下：

（1） S7—400PLC作AGC控制，配以模拟量输入/输出板，高速计数板进行数据采集及AGC输出伺服阀闭环控制，由于S7—400PLC处理速度快、循环时间短，达到快速响应、提高板带材厚度精度的目的。

（2） S7—300PLC作系统的控制，配以ET200从站安放在各操作箱和各阀站，实现了分散式省线配置，提高性、稳定性和维护性，并且通过DP接口板与直流驱动器6RA70进行高速，用于协调控制各直流电机的运转和接收各电机工作状态及数据，同时配T400工艺板,进行卷取的张力补偿、直径计算、圈数计算等，达到加减速、匀速状态下的张力恒定和实现自动停车的目的，并且大大节省了配线，进一步提高了系统的性，稳定性和控制精度。

（3） S7—300和S7—400PLC采用MPI协议，可方便地配置两PLC间收、发数据，减少了用其它通讯方式带来的编程问题，进一步减少了S7—400的程序容量，提高了其处理速度。

（4） 用IC610配以MPI/DP接口板配以WINCC软件进行监控，可实现设备状况的图形化（棒图）显示；各外部部件工作位置显示，和各外部设备启停状态显示；故障存档及报警显示；指标趋势图显示等。
另一方面，配以STEP7软件可同时对两台PLC进行编程、调试，达到一机多用的目的。

3.这种配置可通过编程的方法，达到以下优点：

（1） 操作员界面透明、友好：
设备各状态及报警不仅在操作台上用指示灯显示出来，同时在WINCC画面中以中文文字显示并存档报警数据，终以旋转报进行综合显示。

（2） 实现了分散式省配线，提高了整个轧机电控系统的性、稳定性，大大降低了维修率。

（3） 设备各动作间能很好地联锁，并且各动作的操作条件、顺序都能用WINCC画面显示出来。

（4） 由于采用全数字化的控制系统、驱动系统和网络系统，使系统响应速度、控制精度大大提高。

4.这里先就液压AGC（自动厚度控制），与大家分享一下自己的心得，要保证AGC控制精度，择的厚度测量设备、外部检测硬件设备和完善的控制软件。

（1） 带材厚度测量选用德国VOLLMER公司的接触式测厚仪；

（2） 外部硬件有：位置传感器—SONY DG155B系列（精度达0.5um），压力传感器----AK-4，电液伺服阀---609所FF106A系列（大电流达100mA以上），测速编码器----OMRON E6B2-C1X等。

（3） 在精轧机中，AGC控制模式有：前馈FFC，反馈MOC，质量流MFC等，具体如下：先通过轧制力控制方式（RFC）进行液压校零，找到辊系倾斜零点和辊缝零点，然后切换到基本位置控制方式（POC），进行辊缝预定位控制，后通过测厚仪的厚差信号，去选择投入相应的AGC模式进行辊缝微调，达到控制带材厚度精度的目的。实践证明，1mm以下的带材，厚度精度可控制在±5um～±3um以内。当然这也要建立在主机速度和卷取张力的控制精度之上。

5. 这种配置由于控制点数多，在大型的轧机或其它较复杂的设备中可灵活运用，同时配以较完善合理的编程和选用合适的硬件，可代替进口设备中昂贵的电控系统，达到节约制造成本的目的。工程概述：
该项目是为某热电除氧给水系统提供控制系统.主要用于热电厂所有除氧器以及给水系统的控制.该系统负责向全厂汽轮机提供发电用水.
原系统为传统的仪控系统,使用仪表盘柜进行控制.上海西门子工业自动化有限公司负责为对原系统进行改造,并扩充和加强控制功能。.承接的工程范围包括：硬件供货，系统集成，现场调试,客户培训等。

控制对象：
控制现场设备(泵、阀门等)的开、关、停、运转;电动阀门的开启、关闭;关键设备(如泵)的连锁;除氧器的水位控制等;来实现除氧给水系统的控制自动化和可视化。


系统配置：
采用 SIEMENS公司的 SIMATIC S7 417H冗余系统作为全厂的自动化系统硬件 平台。整个系统由2套S7400H现场控制器,1个事件记录站，2台操作员站,和1台工程师站组成。 PLC和上位机的通讯为SIEMENS的PROFIBUS 现场总线.
某电厂除氧给水控制系统如图所示:



系统功能：


SIMATIC STEP 7 拥有良好的用户界面及强大而丰富的编程工具，能大大节省系统编程 组态的时间和费用。
系统的所有硬件都基于统一的硬件平台, 所有软件也都全部集成在 SIMATIC 程序管理器下, 具有同样统一的软件平台。
系统大量采用了新技术, 在网络配置上使用标准的PROFIBUS以及PROFIBUS DP 网络。
控制器采用SIEMENS的S7 417H冗余控制器,使用的事件冗余,使系统的冗余达到可无扰 切换的性能.
两对冗余控制器和上位机之间采用冗余的PROFIBUS光纤环网进行通讯,确保网络在任意一点的断开都不会影响网络的正常工作.同时由于使用光纤网络,增强了系统通讯的抗干扰能力.
上位机采用SIEMENS的SA系统WinCC作为人机接口,WinCC和PLC间的通讯为冗余,任何一台控制器停机都不会影响上位机的监控功能,并实现无扰切换.
ET200M分布式I/O卡件和控制器之间使用冗余的PRFIBUS-DP网络,任何一个控制器的停机或I/O接口卡件的损坏都不会影响系统对I/O的访问.
两对冗余控制器之间的通讯也采用了冗余的通讯方式,任何1个控制器或通讯卡件的停机都不会影响通讯的正常运行.
系统实现了对所有相关设备的启停监视,并配以相应的报表功能,使系统状况一目了然.
使用事件记录系统,使重要的报警故障得以记录.
系统开放性强，使用OPC或ODBC技术使系统很连接到企业管理网，可与常见的办公软件进行数据交换，可大幅度地降低工程设计，维护费用。
由于广泛地采取了冗余技术,使系统的性得到了充分保证.

应市场要求，我们研发设计了宽幅平带平板硫化机系列机组，其主机要求3.2～6.4米幅宽、采用可解体预应力框架、多缸上位下压、低位节材、陶瓷电热、单高压液压站、可中割分幅、单层/双层设计，双向组线等。该机组定位于装备、国内及再生胶利用市场中高强钢绳运输带和片卷材生产用户，为保护知识产权，该系列机组关键技术拟申报发明。其中多缸同步与电热同步智能控制为本研发项目的要点之一。 

1. 同步智能控制需求产生 

通常，柱式、框架式平带平板硫化机的下位上压或上位下压采用分步供油大径液压缸方式，这些方式中，由于硫化过程中需对硫化生带施加1.5～3MPa的压力（国外厂家达到4MPa），致使液压缸体、本机机体庞大，耗材总量惊人，成本居高不下。异于以往设计，本研发设计采用反传统的多缸上位下压，而多缸中空行程部分采用气液补偿、作功保压部分采用薄型单作用高压千斤，开裆回程则采用反向同型高压千斤。研发过程中虽然设计了机械同步和采用单一高压泵站强制间歇供油，以及同型号的电液伺服阀控制，且所有电液伺服阀有相同的基本输入信号保持基本同步，通过调节电液伺服阀的输入信号控制进油量同步误差。但出于半闭环伺服控制要求，我们在各缸附加了静磁栅油缸行程检测仪，这是一种新型的油缸外置式位置传感器，其具备显示位置、闭环控制和通讯转换等多种功能。而这种机电液一体化位置控制需要考虑控制智能化。 

其次，异于蒸汽-过热水、电热油或电热管加冷却水的双道热板加热方式，我们采用共烧陶瓷电热组件对热板加热，其以高热导率陶瓷——氧化铝瓷为基体，以耐热难熔金属作为内电形成发热电路，通过一系列特殊工艺将两片氧化铝生瓷片共烧而成（片状元件），其优点是: 1）结构简单；2)升温；3) 功率密度大； 4) 加热温度高逹400℃以上； 5) 热效；6）加热均匀； 7）无明火,使用； 8) 可实现复杂型状的平面加热； 9) 发热电路与空气隔绝，组件耐酸碱及其它腐蚀性物质，寿命长； 10) 组件本身及生产过程符合环保（ROHS）要求等，具备认证。采用陶瓷电热件，对节材，节水、降耗效果显见，其能对加热区域分别控温，对稳定硫化效果甚至于不同材质的覆层硫化平带具有柔性化，同样，这种电热控制也需要考虑控制智能化。 

在硫化过程中，硫化压力和温度是为重要的参数，由于产品用途不同，硫化材质、配方不尽相同，硫化工艺参数亦多变，即便是细微变化，也是装备制造厂家研发设计时需要前瞻性综合考虑的。而上述两类控制智能化的整合思维则是本文成因。 

2. 多缸同步控制 

多缸配置中，采用基准缸的行程位置校准其余加压缸的位置传感器零点，而动/定热板均压分布筋采用FEA优化设计，机械同步、制造和使用误差采用传统压铅方法对冷热静态取值机械补偿，确定机械原始零点。但产品厚度偏差检测标时，需再次校核该原点。 

同步控制过程如下：各非基准油缸的位置与基准缸位置静磁栅油缸行程检测同步误差经A/D转换采集到PLC或计算机，在预设控制智能化的软件算法下进行处理后输出数字控制量，再由D/A转换成模拟电压信号，通过调节电液伺服阀的输入信号控制差位油缸进油量同步误差，控制电液实现子系统驱动各油缸实现同步运动。误差到达容差平衡值时，加压系统进入保压状态，高压泵站停机。此后的泄漏造成误差由于密封件与油缸制造精度统一，基本控制在等同容差范围是肯定的。 

3. 电热的同步控制 

由于共烧陶瓷电热组件在制造过程中可能造成单件面积上的区域温差和件间差异化温差，因此，设计中采用夹装铝制均热板，测温采用每块共烧陶瓷电热组件相对的热板背面钻孔安置若干热电偶，而共烧陶瓷电热组件也分别控制供电。校正测温方法同传统方法无异，单一基准温度直接在HMI设定。 

温度同步控制过程如下：各共烧陶瓷电热组件温度误差经A/D转换采集到PLC或计算机，在预设控制智能化的软件算法下进行处理后输出相对共烧陶瓷电热组件开关量信号，通过通断信号控制可控硅对其导通供电生热，实现同步控温。由于采用接近需要温度时，断电并逐渐补温，类似占空比方式保证温度波动限制在容差平衡值范围，因此也不用冷却水降温，但端头局部防硫化水冷装置仍然需要，因为钢热板随时间延长会均热，可能造成接头搭接部焦烧、过硫影响平带质量。 

4. 整合控制智能化的实现 

同步控制系统为关键的部分就是控制智能化方案的选择及优化。不同的控制方案都各具特色，都可以通过某种调整方式和调整原则达到预期的目的。经过比较分析，对上述同步采用FUZZY-PID复合控制。 

模糊（FUZZY）控制不建立数学模型，鲁棒性较好，但其控制动作欠细腻，稳态精度欠佳，由于采用一部PLC或IPC进行控制，需兼顾控温和控位两方面要求，温度同步控制在此处可以采用模糊控制，同时，多缸位置同步在行程终点近达段以前也可以采用模糊控制，而接近终点平抑误差时采用PID控制为好，因此可以综合以上两种控制的优点，引入FUZZY-PID复合控制，来提高控制系统的综合性能。 

模糊控制与PID控制相复合的方案为：设定一个域值，当误差在域值以外时，采用模糊控制，以获得好的瞬态性能；当误差落到域值以内时，则采用PID控制，以获得好的稳态性能。这种模糊控制与PID控制两种控制模式相结合的控制策略就是模糊-PID复合控制。 

模糊-PID复合控制图 

具体的控制程序中，采用相同的控制智能化的模块软件算法，只是相对于多缸同步和温度同步，将A/D转换的误差值换算成等量级误差数据，输出分别为D/A量和开关量，分别控制两项同步，在实际运行中，这两种控制随硫化工艺步骤一般不会同时发生，采用人工干预或轮询即可避免。同时，数据采集量和点数的A/D转换模块的需求也不一样，分段控制也是势在必行的。 

5. 结语 

平带平板硫化机是生产定型久远的成熟装备产品，国产机型和国外机型差距在于控制和稳定性的水平差异。研发新机定位在于拉近差距，所以，我们在研制宽幅平带平板硫化机时，对其关键技术多缸同步与电热同步智能FUZZY-PID复合控制做了整合探讨，其方法是一种的尝试，同时，也为同业研发技术提供一种借鉴思路，其抛砖引玉的目的是共同推动中国的橡机装备制造水准迈向世界的进展