西门子6ES7223-1BH22-0XA8参数说明

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1 前言
莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。水冷系统用于棒材温度控制。轧制过程中通过成组区主要接收来自冷床的棒材，并通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（ＣＣＬ）。
该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其成组系统采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了轧制过程中棒材的摆放整齐、定支、运送控制。

2 系统组成
基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200／1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I／O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板*B176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I／O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。
操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控，主要功能有：（1）成组系统的自动/手动的启停（2）棒材支数设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。成组系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。系统配置图如图1所示。
3软件实现
AS520 MB300






图1 系统配置图

3 包括系统软件和应用软件
1、系统软件：
ABB Master Piece200单元是 一32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中，系统软件包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。
2、应用软件
应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABB Master Piece语言（AMPL）编制，实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多该语言根据工业控制要求，将编程元素设计成一个个图形功能块，称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序结构的层，旨在完成一个完整的控制功能，一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM，而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM，从而使整个程序结构呈阶梯状，实现了结构化设计。
另外，在CPU内还有一个实时数据库，它的作用是存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素，这些元素包括过程站所使用的的I／O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。

4 控制功能
4.1 工艺设备
成组区主要接收来自冷床的棒材，通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（ＣＣＬ）。
成组区包括以下设备：
拆叠装置(DPAS)、对齐辊道(LIN)：100 个带槽辊
成组设备：（１） 磁性成组小车(FT)；（２） 成组输送链(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撑活板(SFL)
提取：成组移送小车(ET1，ET2，ET3,MET)
成组区工艺流程图如图2：





图2 成组区工艺流程图

注：DPAS表示拆叠装置；SFL表示支撑活板；MF表示磁性指；FT表示磁性成组小车；FC表示成组传送链；ET表示提取小车；MET表示磁提取小车;CMD为光电管。

4．2 对齐辊道 (LIN)
对齐辊道位于冷床的出口侧, 由100 个带槽辊组成，每10个为一组,冷床尾端有一个固定缓冲机械挡板将钢材头部对齐。使用的辊道段由操作员或自动地根据轧制表设定. 由MCC控制正转(反转已取消)。运行状态有间歇或连续运行。间歇周期允许辊道起动条件：冷床起动周期信号延时、延时停止（Ｔ２）。

4．3 成组和传输区
4．3.1 概述
在这个区域用相同的设备接收来自冷床的棒材，通过磁性手地将棒材摆放紧凑，成组并传输到辊道。
本区包括以下设备：
成组设备：
（１） 磁性成组小车(FT)；（２） 成组输送链(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撑活板(SFL)
提取：
成组移送小车(ET1...ET10,MET)

4．3.2 功能描述
4．3．2.1 磁性成组小车
为保连续成组，提供两组同样的小车（Ａ和Ｂ）。两组小车轮流工作，一组总是停在收集区（上部位置：从冷床接收棒材），而另一组向提取小车上卸钢材，或返回停放位置或一直停放(下部位置). 每个单元通过一齿轮箱由直流电机单驱动。并配备以下传感器：两个编码器（速度和位置控制）、两个接近开关（用于位置编码器复位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、两个接近开关用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四个限位开关(电机紧急停止： DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、
DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B）。

4．3．2.2成组输送链
成组输送链有三组，每组通过齿轮箱由交流电机驱动。为每部分配备下列传感器：一个脉冲发生器和安装在马达上的过热电偶. 成组输送链和磁性成组小车同步，这样钢材能够按要求的距离放置。成组输送链的检测元件:两个接近开关用于检测钢材在链子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、计算机给出速度给定值到变频柜（
AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同时监视编码器的工作电压（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。
收集期间传送链与成组小车的运动总是同步的, 当成组完成后, 成组小车和传送链在小于冷床周期时间的短时间内移到提取区。成组小车轮流运行。 每组棒材由N根组成(在OS设定)。
成组小车从停止位置上升以后, 小车移到适当位置收集该组的根棒材， 在每个冷床周期, 通过限位开关检测到的固定横梁后一齿上的棒材被装入成组小车上, 棒材计数器N1加一，棒材装入小车以后(冷床周期开始后一恰当时间), 如果N1
4．3．2.3 电磁手
电磁手用于在成组区抓起棒材且正确地放在成组小车上。提供两套手指“Ａ”和“Ｂ”在小车定位时夹持钢材。当两根棒材被同时卸下时，（双齿槽周期）两套手指同时使用，否则用一套。手指到冷床的距离可根据根据产品尺寸进行机械调整。

4．3．2．4 支撑活板
活板和磁性指有相同的功能, 它们同时应用. 它固定在冷床架上. 配备两套活板(A,B), ,用于在小车定位期间抓起棒材, 它们和磁性指一样以相同的周期工作。
检测元件有: 两个接近开关分别检测两套活板的下部位置（ DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作员控制(CP3): 活板升/降控制。

4．3．2．5 棒材组
该设备分成四部分: 部分包括一个电磁提取小车; 其余部分为提取小车.
提取顺序和在辊道上的输送
1 后一组成组小车步进信号和提取小车在停止位置(P1): 提取小车上升并磁化.
2 小车在收集位置: 成组小车去磁并下降.
3 成组小车在下部位置: 成组小车返回等待位置. 一个传感器( 由安装在冷床固定齿上的凸轮装置驱动)检测返回行程. 同时, 小车上升到(*1)
4 提取小车在上部位置, 来自位置变送器和个提取小车传感器的信号并加延时Ts(*2):提取小车向辊道方向前移
5 如果辊道正运行或(和)检测到上面有原料, 提取小车停在中间位置(P2)(*3).
如果辊道和夹送辊停止并且没有检测到辊道上有原料:提取小车前进至卸料位置P3, P3在辊道位置(*4).
6 提取小车在位置P3(*3): 提取小车下降.
7 组提取小车去磁并降至位置,所有小车降低, 所有提取小车返回停止位置(P1)，辊道启动。
ET1有上、中、下三个位置;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置检测. 在水平方向上, 每组小车分别有左右限检测和上料位置检测开关. 在程序中, ET动作先后有如下七步，循环做如下图所示的矩型运动.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT；
(5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK








水平方向运动时，将水平位置给定（0，300，1460）赋给ET_POSREF, 后通过COM_CV0素的I4ORD1和I4ORD2端通讯到四个小车的传动系统,控制设备动作.

4．4 拆叠缓冷系统
该系统用于弹簧扁钢. 对弹簧扁钢来说, 只用到60m 的冷床, 扁钢需要缓慢冷却. 因此它们被组成叠状送入冷床. 当进入卸货区域以后, 扁钢被一个接一个卸下. 拆叠缓冷系统的主要设备:
（1）拆叠设备(Unstacking)；（2）提升设备(lift)；（3）倾翻设备(tilt)；（4）升降挡板(stop)

5 应用效果
该系统自97年底投运以来，运行、稳定，大大提高了其工作效率，保证了轧钢生产。

1、引言
在聚乙烯塑料生产工艺中，挤压造粒设备是一类工艺较复杂的机械设备，其控制系统是设备正常运行和产品质量的关键。在以往各生产线的设备中大多是采用进口的配套DCS控制系统，其维护和改进都较困难，并且造价很高。我们在近期新产挤压造粒设备中，采用了PLC控制系统，其性能稳定且造价低廉。
在改造前的生产运行中，由于进料的不稳定性及产号改变的经常性，使得手动操作不仅很难使产品达到较理想的水平，而且经常出现堵料、防爆膜由于压力过高损坏及其它机械故障等，从而生产开工率不高，达不到设备标称产量。采用PLC控制系统控制后，大大改善了设备运行的性及连续稳定性，使产品质量达到较高的水平。
2设备工艺特点及控制要求
2.1设备工艺特点
图1为塑料生产线工艺流程简图，其主要包括混炼机、喂料机、融熔泵和切粒机四个大部分。

混炼机功能是将不同原料成分进行混合，并塑炼成一种稠状流体——熔体塑料；喂料机用于吸纳从混炼机流出的熔体塑料，并将其均匀地传送到融熔泵入口进行地升压挤出。经过塑炼处理过的熔体塑料，在高压下被挤过模板成条丝状；在切粒机中被均匀地切割，后形成标准的颗粒产品，通过颗粒水的冷却并输送到后系统工序。
挤压机的自动控制流程如图2所示：

图中：FT-2425为混炼机入料流量，量程为0～15T/h；
PT-2426为喂料机出口压力，量程为0～10MPa；
PT-2427为熔融泵出口压力，量程为0～50MPa；
2.2控制要求
2.2.1主要回路控制
 根据设备工艺要求，挤压机主要需要三个控制环节：喂料机控制回路、融熔泵控制回路和切粒机控制回路。此外还有熔融泵润滑油储油罐温度控制回路和熔融泵润滑油出口温度控制回路等。
①喂料机控制回路——在混炼机的入口设有一电子秤，可检测入料动态流量，其变化用于控制喂养机的吃料速度。
②融熔泵控制回路——该回路采用串级控制，即融熔泵的工作速度由喂料机的转速和喂料机的出口压力共同来控制。其中喂料机的转速作为辅助控制参数，喂料机出口压力的PID输出作为主要控制参数，即通过对融熔泵转速的调节，控制喂料机出口压力稳定在5mp。
③切粒机控制回路——该回路也采用串级控制，即切粒机的工作速度由融熔泵的转速和融熔泵的出口压力共同来控制。其中融熔泵的转速作为辅助控制参数，融熔泵出口压力的PID输出作为主要控制参数，即通过对切粒机转速的控制调节，以保证产品颗粒尺寸均匀，外观合格。
2.2.2联锁控制
在设备控制中还需要一些报警联锁控制，主要报警联锁控制有：
①喂料机润滑油压力报警联锁
②熔融泵润滑油压力报警联锁
③喂料机、熔融泵和切粒机电机轴承温度报警联锁
④熔融泵网前、后爆破膜状态联锁
⑤切粒机切粒室视窗开关联锁
⑥切粒机颗粒水流量低联锁
⑦喂料机、熔融泵及切粒机转速低联锁
2.2.3手/自动切换控制
由于设备在启动时，运行状态及工作参数较复杂，一般需要操作人员进行手动控制，当设备系统运行较稳定一段时间后，才能切换到自动控制系统。所以在喂料机控制回路、融熔泵控制回路和切粒机控制回路的控制实现无扰动平稳切换。
3系统构成
该自动控制系统如图2所示，其采用上、下位机的体系结构。在控制室内由二台工控计算机作为人机接口操作站，在下位的PLC采用OMRON公司的SYSMAC CS1系统；CS1系统是具有高速、、高、紧凑型CPU的PLC系统，其CPU选用CS1-CPU65H型号。
在计算机与PLC之间采用Controller bbbb网络，该网采用双绞通讯电缆，其大通讯速率为2M，大距离达1km。

3.1硬件配置
3.1.1操作站
在控制室内设有两台工控计算机作为人机接口操作站，其中一台可做为系统程序管理员站。工控机主要配置为：PⅢ 1.3 CPU、256MB内存、40G硬盘及19”纯平CRT，在工控机插有一块Controller bbbb网卡——3G8F5-CLK21，用于和PLC通讯。打印机用于主要工艺参数报表的定时打印。
3.1.2PLC模块配置
在PLC中配备的I/O单元如下：
模拟量输入单元——C200H-AD003（8通道、4～20mA输入）
热电阻输入模块——C200H-TS102（4通道、热电阻信号输入）
热电偶输入模块——C200H-TS002（4通道、热电偶信号输入）
模拟量输入单元——C200H-DA004（8通道、4～20mA输入）
开关量输入单元——C200H-ID212（16点、直流输入）
开关量输出单元——C200H-OC225（16点、继电器输出）
3.1.3变频器
混炼机、喂料机、融熔泵和切粒机分别由四台变频器控制，其中融熔泵变频器为高压变频器。
3.2软件构成
系统软件构成如图3所示。在bbbbbbsNT操作系统下，装配有如下介绍的各个软件。

3.2.1操作系统
上涣教üた鼗诘牟僮飨低尘猈indows NT40中文版操作系统。bbbbbbs NT系统既具有bbbbbbs友好且易于使用的界面，又具有系统的性和数据的性。
3.2.2软件
 系统软件采用美国罗克韦尔软件公司开发的RSView 32（中文版）工业组态软件，是一种集成式的、组件化的人机接口软件，它运行于bbbbbbs95/98/2000/NT等操作系统下，可实现监视和控制自动化设备和过程。其可以很方便地完成工艺监控画面的形成、数据实时、趋势记录分析、报警报表打印等。该组态软件还具有很强的网络浏览器集成功能、嵌入标准的编程语言（VB）、在线帮助、支持实时视频图像和嵌入字处理、电子表格和ActiveX文本等功能。

 系统软件主要完成对设备的主要工艺参数和运行状态分别以工艺画面和表格的形式进行监视、在画面设置并监视主要控制回路的调节参数及过程、对主要仪表数据进行趋势记录、报警记录及联锁值的设定。
3.2.3OPC软件
OPC（用于过程控制的OLE）是一个工业标准，基于微软的OLE（现在的Active X）、COM（部件对象模型）和DCOM（分布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。Active X/COM技术定义各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。不论过程中采用什么软件或设备，OPC为多种多样的过程控制设备之间进行通讯提供了公用的接口。
SYSMAC OPC Server是于OMRON系列PLC等设备的OPC软件，在该系统用于组态软件RSView32的数据接口，实现与PLC的数据交换。
3.2.4通讯工具软件
FinsGateWay是OMRON系列PLC的通讯接口工具软件，主要用于计算机与PLC各种通讯网络之间的管理，并提供建立通讯的数据接口。在该系统中，其主要用于计算机和PLC Controllerbbbb网的之间的通讯控制和数据管理，在其软件中可以对Controllerbbbb网卡——3G8F5-CLK21进行设定务启停控制。
3.2.5编程软件
CX-Programmer是OMRON公司PLC的软件编程、调试工具程序，其运行在bbbbbbs98＼NT操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。OMRON的SYSMAC CS1系列PLC具有较丰富的指令系统，其包括继电器指令、定时器和计数器指令、计算指令（包括三角函数、指数、幂运算等）、数据转换、诊断、位移寄存器、比较、数据传送、程序控制和PID控制等指令。利用这些指令即可完成挤压机设备参数的数据采集和处理；顺序和逻辑联锁控制设备电机的启停；各个主要回路的PID调节控制等。
4结束语
该系统于2002年6月投入运行，经过数月的观察及控制参数的不断摸索后，设备运行稳定，且在达到设备产量时，也能够满足多种牌号产品的质量要求，大大提高了生产效率，得到了良好的效果。

1. 铜杆上引部分。

2. 铜杆牵引卷绕成盘部分。 以下对于各部分的控制要求与电气系统组成予以分别的说明。

一：铜杆上引部分： 上引系统硬件构成及控制框图： 1# 上引机构组成 2# 上引机构组成 富士可编程控制器 SPB 交流伺服系统 富士触摸屏 UG20 富士可编程控制器 SPB 交流伺服系统 机械部分 富士触摸屏 UG20 机械部分 上引部分由如上控制框图所示的两套立的机构组成，通过触摸屏设置上引的位置控制量、上引的速度，以及作为整个系统故障及运行数据、状态显示。通过可编程控制器完成速度与牵引距离的浮点数算法，然后通过PLS1这条脉冲输出指令完成上引的控制过程。上引节距的控制精度为0.01mm, 速度可达到3m/min。由于SPB系列的PLC具有100kHz的输出频率，很轻松地控制伺服电机实现高速、高频的运行与停止，保了上引的速度与精度。

二：铜杆牵引与卷绕部分： 这部分负责将连续铸造出来的12根铜杆，通过12个变频器牵引，再通过另外的12个变频器来进行卷绕控制，实现成品的绕盘，终形成盘状包装。

1．铜杆牵引部分： 铜杆牵引部分与的上引部分进行RS485的通讯，可以直接获得连铸的速度，以此作为基准速度，并接收与每一根铜杆相连的浮辊电位器的信号，以此获得由于机械打滑等原因引起的线速度误差。PLC将两部分数据运算后，修正变频器的速度，使牵引系统及时地将连铸出来的铜杆牵引到绕盘部分。 由于SPB系列可编程控制器具有bbbb-DATA的数据传递功能，能够实现每一个处于RS485通讯网络中的可编程控制器之间的数据共享，可以大大减少工程技术人员编制通讯程序的时间，大地提高了编程效率。即使2套立的上引机构有不同的连铸速度，也可以通过实时的数据传送到牵引部分的PLC，使之及时调整变频器的牵引速度。 而且，SPB系列可编程控制器的A/D模块的转换精度达到14位（16000/10V）的高分辨率，即使每一根铜杆的线速度有微量的速度变化，都能通过高分辨率的A/D模块敏锐地捕捉到，使PLC能够修正。

2．铜杆卷绕部分： 铜杆卷绕部分是整个系统的难点：没有任何其他的传感器等电信号，仅仅依靠控制前文提到的卷绕变频器，就要将铜杆绕成一圈圈均匀排列好的由外往里或由里往外的渐开线状的盘型，循环往复后逐渐堆成圆柱型的一大卷。由于铜材本身就有一定的硬度，除了牵引轮、导向轮、转动的绕盘外再也没有其他机械机构，同时客户还提出要求，要通过触摸屏设定绕盘的内、外径尺寸。

，我们运用高等数学的理论建立数学模型，进行的数学计算。SPB系列的可编程控制器具有强大的浮点运算功能，使我们顺利地将高等数学的运算公式转换成可编程控制器的运算公式，很好地实现了绕盘的控制。 其次为了节约成本，我们通过利用可编程控制器的48个输出点，加上我们自己编制的程序实现了到0.1Hz的调频，顺利实现了对24个变频器的调速控制，省掉了24路D/A的转换，大地降低了成本。 我们经过调试和精简PLC指令，顺利地完成了卷绕部分的工作，达到了客户的要求。 总结： 值得一提的是，在项目中，出于成本控制的考虑，往往不配置与触摸屏连接的RS232通讯模块，但是触摸屏又已经占据了编程口，给现场调试中进行在线监控带来了困难。这时，我们把计算机直接接到富士PLC的编程口，调试时取代触摸屏，从电脑把数据输入到PLC的数据寄存器，将PLC内的辅助继电器地址强行置位，而且置位后的数据立即参与运算，实现了在线监控。这种直接输入的功能，令调试变得直接、便利。 以前，在上引连铸设备领域，国内只生产机械式的低档设备，产量低，不能满足客户的产量要求；而设备都依赖进口，其高昂的价格令国内众多企业驻足不前。我们的电控系统开发成功后，性能不逊于进口设备，使得国产设备的性能明显提升了一个台阶。而且由于我们采用了富士触摸屏、PLC产品，使得操作界面友善、维护便利、价格低廉，使得设备获得了市场的一致认可，短时间内就基本取代了进口设备。 我们的电控系统在2年的实际应用中，经受了恶劣环境的考验，系统运作稳定。生产出的铜杆产品质量优良，即使是由废铜原料生产的铜杆也可以拉丝成直径0.08mm的导线，获得了客户的。目前，这种设备已经进入批量生产，缅甸、越南、泰国、印尼等东南亚国家。