西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8产品规格

西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8产品规格

0 引言
随着工业企业自动化技术的发展，PLC (Programmable Logic Controller,又称可编程控器)，以其性、灵活性、优良的性能价格比、使用方便等特点在工业控制领域迅猛发，得到了越来越广泛的应用。
石油焦是铝电解用碳素阳生产的主要原料。石油焦系统，是把贮存在仓库中的石油焦，经过破碎筛分处理成满足煅烧需要的原料，输送到煅前料仓。由于该系统逻辑控制点多、自动化程度高、上下游设备间关联度大，所以选用PLC进行自动控制，并设立上位机进行全系统监控。本文着重讨论PLC在系统中控制功能的实现和上位机监控界面的开发。
1 工艺介绍
石油焦站系统主要由天车抓料系、破碎筛分系、提升系、分料输送系、收尘系组成。用来满足煅烧窑系统煅前日用料仓物料供给。主要抓料天车、调速皮带、破碎机、筛分机、输送皮带、斗式提升机、分料挡板等设备组成。其中破碎筛分系、提升系是两套系统，破碎筛分系统可以一备一用，也可以同时工作；提升系实现设备一备一用。工艺流程简图见下图1.


图1石油焦站工艺流程简图


2 控制系统设计及实现
2.1 SLC500的特点
SLC500模块化可编程控制器及输入输出模块由罗克韦尔自动化公司生产，产品目录号为1746和1747系列。该系列产品采用框架式结构，为在不同的工业现场使用提供了同样稳定的平台。SLC500系统构成处理器、输入输出模块和相关外部设备。处理器功能强大、使用灵活，并有各种内置通讯方式和不同容量的内存供用户按需选择。根据用户的实际需要，输入输出模块可以非常方便的扩展。同时罗克韦尔自动化提供了便捷的内置通讯接口、种类丰富的三方模块、简单方便的基于bbbbbbs平台的编程软件。因而SLC500成为当前市场上为流行的中小型PLC之一。

2.2 硬件配置
基于SLC的上述特点，本系统采用了美国罗克韦尔自动化公司的SLC505 PLC。系统所需的输入/输出配置是：开关量输入100点；开关量输出50点；模拟量输入5点；模拟量输出2点；在适当考虑余量的基础上，实际的硬件配置如下：
⑴ CPU选用1747-L551；
⑵ 8块开关量输入，共16×8=128点；4块开关量输出，共16×4=64点；1块模拟量输入，共8×1=8点；1块模拟量输出，共4×1=4点；
⑶ 两个机架，分别是10槽和7槽；
⑷ 交换机一台
⑸ 上位监控操作员站一个
⑹ 工程师站一个

2.3 系统网络拓扑
上位机通过RSLINX软件，建立与PLC的联系，可以通过RS232和以太网任意一种通讯方式通讯。本控制系统中，上位机监控操作员站通过以太网借助交换机与PLC进行通讯，设置工程师调试接口，同时交换机预留和其他系统进行数据交换和通讯的端口。网络拓扑图见下图2.
软件RSview-SE安装在上位监控计算机，开发出工艺流程界面，通过以太网一方面把设备的状态点取上来，在流程界面上显示；另一方面把操作员发出的操作命令送到PLC，进而通过PLC的输出驱动相应的设备做出动作响应。

网络拓扑图>




图2 石油焦站系统网络拓扑图

2.4 控制系统设计
通过PLC程序完成石油焦自动控制系统，结合上位监控操作员站，在主控室实现对现场各个设备、工艺参数的监视、控制、操作、调整。
在程序设计中，考虑上、下游设备之间的关联性，设计了相关的连锁保护，下游设备不运行，上游设备无法启动；代表电机电流大小的4~20mA信号通过模拟量输入模块采集进PLC，送给监控界面显示，控制调速皮带速度的控制信号从软件写到PLC，再转换成4~20mA的标准模拟信号控制皮带调速。
在这个系统中有以下几个需要注意、影响整个系统平稳运行的关键问题点：
2.4.1 实现系统设备在线切换控制
根据工艺设计要求，两套筛分系统、两个分料挡板和两台斗式提升机可以在线切换控制，即如果其中一套（台）设备出现故障，操作人员可以在不停料的情况下，立即把另外一套（台）设备加入流程控制，出故障的设备退出流程检修。
设计的程序中考虑了在切换系统时，系统上、下游流程继续运行，新进入流程的和即将退出流程的设备有一个时间段是同时运行，具体的参数需要根据实际情况进行整定。这样能确保退出流程的设备里的物料能够排出，新进入流程的设备不会造成堵料。

2.4.2 自动停车保护
从角度考虑，在输送皮带两侧安装了拉绳开关。在斗式提升机的入口和出口处，安装了堵料报警开关。在设计程序时，编制了如下的保护。
如果有人不小心摔到皮带上或者违犯规定穿越（跨、钻）正在运行的皮带碰到拉绳开关，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮故障，系统方可重新启动。
一旦斗式提升机的入口或者出口出现堵料，堵料开关动作，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮故障，系统方可重新启动。
在设计PLC程序时，把两个煅前日用料仓的高限报警信号引到PLC程序，一旦煅前日用料仓料位过高限报警，操作人员没有发现，程序会自动保护性的停止系统。

2.4.3 收尘器的脉冲振打控制
石油焦系统中有三个收尘器，为了延长脉冲阀的使用寿命，在咨询厂家技术参数的基础上，设计了收尘器收尘布袋脉冲振打控制的PLC程序。根据生产厂家提供的数据，在设计的PLC程序中采用定时器和计数器，地控制收尘器收尘布袋的脉冲振打时间和振打间隔时间，让脉冲阀按照固定的顺序依次振打。

3 上位机监控系统的设计
3.1 RSview Supervisory Edition（RSview -SE）的特点
RSview-SE作为Rockwell Software人机界面软件产品家族的一员，支持诸如、画面、报警、操作和报警记录、趋势等等HMI的功能，为企业提供集成的一体化的监控方案，为目前市场主流的上位机软件之一，广泛应用于冶金、化工、石油、食品、建材、水处理等领域，深受广大用户喜爱。它主要有如下特点：
基于网络的分布式监控、共用的开发环境- RSview Studio、增强的罗克韦尔自动化优选连接方案、直接I/O数据关联、透明的数据集成、画面对象的VBA支持、数据通讯的冗余热备、集成了bbbbbbs。

3.2 监控系统设计
正是看中了RSview-SE的上述优点，本设计选用RSVIEW-SE上位机软件来实现石油焦系统的操作员上位机监控。RSVIEW-SE提供了强大的项目组态功能，项目设计者可以利用现有的图形库，建立自己的图形对象，其模块化的设计方法，大大提高了项目开发效率。
上位机监控系统包括系统工艺流程图画面和PC操作台画面。在操作台界面上，设计了所有的操作按钮，防止误操作，相关的按钮进行了集中放置；考虑到操作的方便性，部分设备设计了单动按钮。在工艺流程图界面上，为了能形象的反映现场设备的运行状况，采用动、静结合，不同的颜色表示不同的状态以及平面和立体相结合的方式，建立上位机画面。操作人员可以实时监视和控制整个工艺流程的设备运行状况、主要工艺参数，并可方便的在画面间切换。
在画面上设计了设备的状态，系统启动前，按压试灯按钮，不满足启动条件的设备会出现红灯闪烁，这样检修人员就直接到对应的设备出检查处理，节约故障查找时间，提率。

4 结束语
该系统自2004年8月设计调试完成并投入运行至今，系统稳定，运行，使用方便，自动化程度高，降低了定岗人员编制，提高了企业的工作效率；而且该系统具有一定的保护能力，受到了用户的。同时该系统在现场维护，设备调整和程序修改方便都体现了较强的优越性，因此具有很好的推广应用。

1 引言

基于伺服电机直接驱动的折弯机数控技术是九十年代发展起来的,属于制造技术。它的研究和开发工作对于提高国产设备综合性能指标和国外在这一技术上的位置有重要意义。随着PLC和触摸屏技术的发展，在折弯机中的应用都得到了很快的发展，为折弯机控制系统提供了新思路、新方法，也为生产效率的提高、为人类上产和生活水平的提高有着重要意义。PLC和触摸屏均采用开放性的编程方式，为折弯机的灵活性和性的控制方法提供了基础。

2 液压板料折弯机介绍

2．1 液压板料折弯机设备结构

液压板料折弯机设备外形见图1，其结构主要由机架、脚踏开关、折弯角度定位机构、水平挡料定位机构、下压折弯机构和电气控制系统等组成。

折弯角度定位机构由伺服电机和链条传动机构组成，可根据设定的折弯角度微调或自动进行高度调整，保证了高度定位的精度。水平挡料机构由伺服电机和丝杠传动机构组成，进行折弯工件的宽度定位，可微调定位也可自动定位，连续折弯中可进行多工步自动选择，依次实现对多个位置的定位折弯。下压折弯有液压机构执行，配合脚踏开关可进行点动、单次和连续三种工况。

2.2 液压板料折弯机工作过程

折弯机工作过程可分为点动、单次和连续三种工作方式。

点动：选择点动操作档位，踩下脚踏慢进，下压折弯机构自动下压，碰下行程开关停止下压；下压过程松脚踏慢进，停在当前运行位置；下压过程踩下脚踏回程，下压折弯机构自动回程，碰上行程停止回程；回程过程松开脚踏回程，停在当前回程位置。

单次：设定保压时间，卸压时间，水平挡料进、退距离，调整好水平挡料位置；选择单次操作档位，下压折弯机构不在上行程开关位，自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压折弯机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，同时自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压折弯机构自动回程，同时水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，单次折弯动作结束。

连续（工步）：
（1）设定保压时间，卸压时间，水平挡料进退距离，调整好水平挡料位置；
（2）设定工步数以及每个工步的挡料位置、折弯张数；
（3）选择连续操作档位，下压折弯机构不在上行程开关位自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压折弯机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，同时自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压折弯机构自动回程，同时水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，一次折弯动作结束，进行下一次折弯。
（4）当前工步折弯次数完成，碰上行程开关，水平挡料位置自动进行调整，进入下一工步折弯动作。
（5）所有工步动作完成，碰上行程开关，连续折弯动作结束。

图3 工步工作流程图

3 监控系统设计

液压板料折弯机控制系统由控制部分、驱动部分和监控部分组成。系统结构如图4所示。

3．1 PLC介绍

3.1.1 PLC工作原理

PLC工作方式又扫描方式和中断方式，所谓扫描方式是周而复始的执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期，其扫描的工作过程如下：
（1）读输入：将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中。
（2）执行逻辑控制程序：执行程序指令并将数据存储在变量存储区中。
（3）处理通讯请求：即执行通讯任务。
（4）执行CPU自诊断：检测固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
（5）写输出：在输出过程映像寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。

中断方式是指当中断事件发生时则立即执行一次相应的中断服务程序，不受扫描周期的影响，响应速度快，从而进一步提高了PLC控制的性。中断事件不发生时，不扫描中断服务程序，这样可以节约扫描时间，减少扫描周期。

3.1.2 PLC特点

（1）PLC逻辑判断和控制能力强，抗干扰能力强，性好。PLC从硬件上采用隔离、滤波措施有效地抑制和了干扰。
（2）扩展性和柔性好，且可移植性好，在不改变硬件的情况下，只变软件的程序就可以实现不同的功能。
（3）编程语言丰富，可以采用不同语言编写程序，HOLLiAS® LM系列PLC支持6种编程语言，包括：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）和连续功能图（SFC）。给编写程序带来很大方便。

3．2 监控系统方案

监控系统要实现功能主要是：（1）控制参数的设置；（2） 状态和数据显示；（3） 液压板料折弯机控制。本系统采用主、从站方式，通过MODBUS标准协议实现该监控系统的通讯功能，其中主站选用和利时触摸屏。考虑到控制系统的性和抗干扰性要求，结合PLC的特点，该系统控制部分采用PLC控制。从站选用LM系列PLC。其结构图如图4所示。

3.3 控制系统硬件

3.3.1 PLC选型

本系统采用HOLLiAS LM系列高速运动控制模块LM3106A控制。LM3106A是专为实现高速运动控制而设计的模块，主要用于实现步进或伺服电机的定位控制。

LM3106A本体集成14通道24VDC输入， 10通道晶体管输出，其输出有2个公共端， 输出通道采用5-24VDC驱动电源供电，具有两路高速输出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，还可以通过RS-232通讯口与和利时触摸屏进行通讯。
表1为控制系统的I/O配置。
表1 系统I/O分配表

3.3.2 驱动电机选型

液压板料折弯机驱动部件主要包括挡料伺服电机、角度伺服电机和竖直液压气动装置。

伺服电机及驱动器均采用和利时公司的产品，其中“蜂鸟（Hummer）”系列低压无刷伺服电机驱动器是北京和利时电机公司新推出的适合低压直流供电的、小体积、全数字伺服驱动器。硬件上采用32位高速RISC控制芯片,功率变换技术，以及编码器反馈技术；软件上采用的电机控制策略，以软件方式实现了电流环、速度环、位置环的闭环伺服控制；驱动器嵌入了运动控制功能，通过通讯接口即可完成如多段点到点、直线插补、圆弧插补等功能。挡料和折弯角度分别采用伺服电机进行定位，达到了定位和角度调整，保证了设备控制要求及运行效果。

往复下压折弯动作由油泵和气动装置完成，通过PLC控制电磁阀的得、失电进行。

3.3.3 监控部分

上位监控部份由一台和利时触摸屏，配以软件来完成，触摸屏上可以进行动作操作，运行参数设定，工作状态选择以及显示PLC的输入输出点工作状态。图5和图6为触摸屏部分监控画面。

4 液压板料折弯机特点

液压板料折弯机适用于大型钢结构件，铁塔、路灯杆、高灯杆、汽车大梁、汽车车货箱等相关行业。基于和利时公司PLC和伺服自动控制系统的液压板料折弯机有以下特点：
(1) 采用电液伺服全闭环控制系统，折弯精度、重复定位精度达到很高的水准。
(2) 直接进行角度编程，具有角度补偿功能。
(3) 每步程序可设定板料折弯位置（后档料X，相当于伺服的位置）、凸模具下压位置（Y值，相当于凸模具下降的距离）、折弯次数、保压时间4个参数。
(4) 具有多工步编程功能，可实现多自动运行，每一步执行完后，触摸屏都要自动把下一步参数输入PLC和伺服，实现多工步零件一次性加工，提高生产效率。
该系统已投入生产使用，运行稳定，控制精度高，维护使用方便，受到用户青睐。

5 结语

设备采用的和利时PLC提供了整体解决方案，替代了原来的单片机控制系统，避免了干扰和不稳定因素的影响，保证设备运行达到好的控制效果。设备对角度调整和挡料定位精度要求较高，采用伺服电机进行角度调整和挡料自动定位控制，走位准确，能够满足复杂工艺的要求。

引 言
经济的高速发展，工业技术的不断革新和人民生活水平的不断提高，促进了电力系统的逐步改造，并要求我国电网不断提高其供电率。从1998年至今，城乡电网供电从99.81％提高到99.897％。如今，配电设备市场的发展趋势应是：反应真实快速，高智能化和数字化。
地铁是地下铁道的简称，作为一种立的有轨交通系统，它不受地面道路情况的影响，能够按照设计能力运行，从而快速、、舒适地运送乘客。地铁效，，能够实现大运量地要求，具有良好的社会效益，成为现在中大城市改善交通情况的。配电的性要求在地铁行业尤其。一旦停电，地铁无法运行，将导致城市交通的瘫痪。
为了保证运行的性和避免人为的失误，地铁中采用了各种以电子计算机处理技术为的各种自动化设备代替人工的、机械的、电气的行车组织、设备运行和系统。同时为了地铁运行的性，地铁建设中经常采用SA系统作为综合数据采集与监控控制系统，对主变电所、牵引变电所、降压变电所设备系统的遥控、遥信和遥测，实时掌握配电所所有设备的带电情况。
1 地铁低压配电典型系统构成
地铁的低压配电通常采用典型的双进线一联络结构，其中1QF、2QF为进线开关，3QF为联络开关。正常工作的情况下，进线开关1QF和2QF合闸，分别为I段和II段母线供电。但是当其中一组进线电压跌落时（以1TF电压跌落为例），需要断开1QF。在甩开母线上的三级负荷后，闭合联络开关3QF，此时变压器2TF同时为I、II段母线供电。
2 地铁低压配电备自投的特点
为了减少母线段断电时间，保证低压电气设备能够顺利运行，减少经济损失，地铁的低压配电系统要求备自投功能。所谓备自投，就是当进线开关因为电压跌落脱扣时，联络开关自动闭合。
但在地铁行业，备自投需要完成三个基本步骤：一，进线开关要脱扣，而且是因为电压跌落而非因为故障脱扣；二，三级负荷甩开；三，联络开关自动闭合。根据复位方式的不同，备自投又分为两种：自投自复和自投手复。自投自复：当进线掉电时，联络开关自动闭合，当进线电压恢复时，联络开关自动断开，进线开关自动闭合。自投手复：顾名思义，则当进线电压恢复时，手动分断母联闭合进线。
3 PLC备自投的应用与特点
以往的地铁项目，是通过电压继电器，时间继电器和中间继电器等继电器来实现备自投。当电压继电器探测到进线开关的进线侧电压低电压阀值，一般的判断条件为70％额定电压，经过时间继电器的延时，发出命令，令该进线开关脱扣，将信号发送至各三级负荷总开关和联络开关。之所以需要延时，是为了保证电网确实掉电，而不是发生晃电。负荷总开关收到进线的脱扣信号，并确认进线并非因为故障脱扣后，直接跳闸，并将跳闸信号发送至联络开关。联络开关接收到进线和各负荷总开关的脱扣信号后，自动合闸，完成一次备自投的过程。
可见，由继电器搭接而成的备自投回路能够满足基本的备自投要求，但是随着地铁行业对配电的要求越来越高，而且在实际应用中，该备自投的继电器触点容易熔焊，线路复杂等问题，深深影响到地铁低压配电的稳定运行。因此近年来的地铁项目，基本都要求选用性高的工业型PLC控制或智能模块来实现低压配电系统的备自投。如广州地铁项目用了ABB公司的AC31系列PLC来实现两进线一母联的备自投。
其中CPU 07KR51装于母联柜，4台扩展模块ICM14F1分别装于两个进线柜和两个三级负荷总开关回路。CPU 07KR51与扩展模块 ICM14F1之间通过CS31总线连接。进线回路把进线断路器状态、故障信号、低电压信号同时输入扩展模块 ICM14F1；三级负荷总开关回路将开关状态、故障信号输入扩展模块 ICM14F1；母联回路向CPU 07KR51输入母联断路器状态、故障信号和控制方式（自复或者手复）。PLC的输出线圈依次控制进线、母联和三级负荷回路开关的合分。PLC根据每个输入信号的状态，判断是否发生低电压，并判断输出继电器是否需要动作，实现两进线一联络系统的备自投切换。下表为PLC进行备自投的程序进程顺序：

对比上面两种备自投控制的方案，可以得出PLC进行备自投控制的优点：
1） 性
继电器容易烧坏，触点发生熔焊，线路复杂。每多连接一根电缆，发生故障的概率就增加一分。而且由于机械原因，不论在线圈吸合还是脱扣，都是依靠纯粹的机械判断，存在出错的可能，从而影响到整个系统的正常运行；PLC减少了继电器的数目，用内部虚拟继电器代替实际的继电器，同时通过输入信号，直接判断是否起动备自投，减少了中间的步骤，同时能地给出延时时间，降低了出错地可能。经过多次的实践应用，表明PLC比继电器得多。
2） 灵活性
当系统的控制逻辑发生变化时，PLC仅仅需要改内部的程序内容，而继电器的备自投，需要重新设计，重新拆线接线，操作繁冗。改完后，PLC可以事先在内部测试程序的准确性；而继电器的备自投则需要通电试验，如果发现问题，还需要再次拆线接线。
3） 简洁性
继电器的备自投，由于柜间的联锁和使用的继电器数量，需要连接的电缆数远远PLC。无论查线或者理解图纸来说，都比较复杂。PLC的备自投，只需要将所有信号输入PLC，通过程序判断，图纸简单易读。程序里可以按照每个回路的合分逻辑编程，并在后面加以备注，方便理解程序的意思。
4 ABB的AC31系列PLC 在地铁中的应用案例
1）应用案例1——深圳地铁
该项目两进线断路器、联络断路器以及三级负荷总开关相隔较近，且在同一排柜子的相邻位置，采用输入扩展模块XI16E1和输出扩展模块XO08R1配合PLC主机07KR51。进线、三级负荷总开关的所有控制信息和状态信息直接输入装于联络柜的PLC扩展模块。虽然连接电缆增加了一些，但少了4个扩展模块ICM14F1，实现在保证PLC备自投的性的前提下，成功降低一定的备自投成本。
2）应用案例2——广州地铁
该项目在优化应用案例1的基础上，取消了2个电压继电器，取而代之的是通过装于进线回路的多功能表计采集电压信号，并通过通讯的方式传输到PLC。PLC读取电压值，并判断是否发生电压跌落。这样不仅减少了2个电压继电器的成本，同时凭借对电压信号的实时读取和判断，可以准确的判断是否发生电压跌落，并发出信号，令负荷总开关跳闸。因为电压继电器的可调门阀值一般在70%左右，而判断读取的电压值可以到10%左右。从而可以实现分批甩开一些不重要的负荷，以保证重要负荷的运行。
经过上面两个案例，PLC的备自投成本可以降低不少，甚至将继电器架构的备自投。可见，成本问题将不会成为阻碍PLC备自投在工业配电的应用。 来源:输配电设备网
5 结语
如今的工业项目，不再是简单的两进线一联络系统，而是三进线两联络或者四进线三联络。使用继电器备自投，每增加一进线回路或一联络回路，就需要增加一堆继电器和一堆用于控制、连锁的电缆，造成不隐患的概率上升，而使用PLC的备自投，只需要修改一下程序即可，十分便利，相对增加了配电性。
随着智能化和数字化的普及，有的项目拥有一个后台系统（如：SA），PLC不仅能够实现备自投的功能，还能够将SA所需要的数据整合在一个数据区块，并实时新，便于SA读取。
同时，为了方便客户使用，我们还可以将根据PLC实现的备自投的不同，做出若干个标准程序，比如标准自投自复，标准自投手复，标准三进线两母联等。随着因特网的普及，客户只需要在网上下载相应的标准程序，就可以满足自己的需要，降低了PLC的编程操作难度和人力维护成本。
综上，随着社会的发展，随着工业对备自投要求以及PLC自身竞争力的提高，我们可以预见PLC在工业的应用前景将越来越广阔。

1  引言
    目前，我国造纸行业的控制系统主要采用集散控制系统(dcs)，控制器和现场设备之间靠大量的i/o电缆连接，不仅增加成本，而且降低了系统的性。 控制系统传送4～20ma 信号，并以此监控现场设备，这样，由于控制器获得的信息量有限，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能比较弱；另一方面也很难完成现场设备的动态监控、远程参数设定、修改等功能，造成造纸控制系统的信息集成能力不强和可维护性较差，影响工厂的生产效率，并给生产管理带来诸多不便。
    随着计算机网络技术的发展，串行现场总线通信技术已深入到自动控制的各个领域。应用这项技术可以将可编程序控制器、交直流驱动器、监控计算机、远程i/o及智能传感器等连接起来，实现分布式计算机控制，可提高检测和控制的精度，改善系统的动态响应速度，提高系统的性，因而建立基于现场总线的纸机控制系统成为解决这一问题的有效途径。
    profibus过程现场总线是一种全数字化的、串行、双向传输、多分支结构的通信网络，用于工厂/车间仪表和控制设备的局域网。profibus-dp是profibus过程现场总线协议的工厂自动化控制子集。因此其在纸机控制系统中的应用，将大大减少布线工作量与电缆投资，避免信号干扰，使系统，操作简便，监控直观。正是基于上述原因， 山东中茂圣源纸浆有限公司纸板纸机项目工程中采用了profibus-dp现产总线技术，实现了该机组的通信及分布式控制，了良好的效果。

2  纸板造纸工艺分析
        图1所示的纸板造纸机示意图中，可以看到该纸机是一种由多台设备组成的联动机。湿部包括浆料流送设备、网部和压榨部；干部包括干燥部、切纸机和理纸机。具有适合抄纸性能的浆料进入造纸机的浆料流送设备，经浆流分布器和流浆箱的分布和匀整以后，均匀而稳定的流送到运动着的成形网的网面上。浆流在网部逐渐地过滤、脱水，形成连续的湿的纸幅。当湿纸幅脱水到一定干度，便可以从网面剥离，送至压榨部继续脱水。压榨部是由若干组辊式压榨组成。湿纸幅是由压榨毛毯支托着，在压辊间用机械挤压的方法脱水。为了保持压榨毛毯的良好脱水性能，压榨辊上配设有毛毯洗涤装置。经压榨部后，湿纸幅的干度一般可达40%左右。然后湿纸幅经气垫式烘干箱进一步脱水。干燥后的纸板经牵引辊进入切纸机，经纵切由送纸辊进入横切部分，横切甩将纸幅切断送出。切断的纸经输送辊、高速输送带、低速输送带、压纸带送往理纸机。后打包称重，整个工序完成。

 图1  纸板纸机示意图

2.1 稳速的要求
        造纸机由纸浆到形成纸张，需经过多个分部，因此是一个多单元的速度协调系统，各个分部间的速度要求严格配合，根据工艺流程，一般有以下关系：只要其中一个分部速度不稳，就会无法维持生产，纸幅不是断裂，就是松垮下来。如果整台纸机车速不稳，就不能保证纸张的定量(每平方米纸页的重量)不变。因此要求纸机的各分部都能稳速。但是，在实际运行中，有许多干扰因素破坏速度的稳定，例如电网电压的波动、频率的变化、负载的波动、温度的变化等等，对电气传动自动化控制的要求是克服这些干扰的影响，保车速的稳定。
2.2 平稳起动的要求
        纸机中有的分部要求平稳起动，例如网部起动太快就会损坏铜网；干燥部传动惯量比较大，起动太猛会把机械连轴扭断，因此要求整个系统能平稳起动，而且各分部要能单起动和停止。
2.3 纸机速度链
        由于各分部传送着生产过程中的纸张，根据造纸工艺的要求，各分部间要求达到线速度比例协调(相邻两个分部间的线速度比值应保持恒定)，地、地保持这个比例系数是保证产品质量、生产正常运行的重要条件，任何原因破坏这种比例协调，就会降低产品质量。同时，纸机的这种速度比例协调关系应在该变车速或停机后重新开机时继续保持，而不需重新调节。其次，这种比例协调应具有微调功能，以调节相邻两分部间的速差，避免纸张在传送过程中的松弛和绷紧现象，并且速度微调应该灵敏、，不应在调过程中有明显的滞后现象。比例协调关系如下：
        n1=k1(n0+δn0)  
        n2=k2(n1+δn1) 
       

        n3=k3(n2+δn2)  
        n4=k4(n3+δn3)
        本系统中，采用profibus-dp过程现场总线结合plc程序来完成速度链的控制，避免了运算放大器的速度链给定环节的信号漂移，提高了稳定性。

3  工艺自动化系统设计
3.1 硬件构成
        根据纸板纸机的工艺要求，该控制系统有profibus-dp构成单主从工作方式，如图2所示。主站选用siemens的s7-300 plc(cpu313c-2dp)， 站地址设为2，实现总线通信控制和管理，完成周期性数据访问。网部、压榨部、干燥部和切纸机的各变频器(mm440)为从站，地址分别为3，4，5，6，7，8，9，10。现场触摸屏通过mpi口与plc相连，其地址设为1。上位机通过cp5611与主站plc连接，地址使用默认值0。理纸机部分的远程i/o(et200m)地址为11。主站plc与变频器及现场触摸屏实现高速数据通讯，完成整个纸机传动过程中的速度链、负荷分配、张力控制等功能。现场触摸屏实时显示各分布点的工作状态，监测各变频器的运行、故障状态，通过它可以对各传动点实现全部控制功能。plc实时的接受来自上位机和触摸屏的优化控制指令，自动调节各分部的速度以适应生产需求。同时plc将各分部的运行参数送往上位机，以便及时了解生产状况。整个系统采用profibus-dp现场总线控制技术，系统全部控制功能的实现都由现场总线通讯完成。只靠一条通讯电缆传输，省去了传统的线路接点。大大提高系统的性，节约了控制电缆。同时实现了从操作到控制的全数字化，杜绝了现场干扰对控制系统运行的影响。
3.2 软件设计
        plc的编程使用s7系列的编程软件step7 v5.3，通过其对系统进行相应的网络配置，如通信端口的设置，站地址和速率的设定等；然后对主站s7-300进行硬件组态，通过配置，cpu313c-2dp可以各个变频器和et200m的i/o 分配地址，这样从编程角度来看，cpu313c-2dp队给从站的控制如同本机的i/o一样。
        step7 v5.3软件采用模块化结构编程，整个控制程序由ob组织块、fc功能块、db数据块等构成。控制字是现场总线系统控制传动单元的基本手段。控制字由现场总线控制器(plc)发送给传动单元，传动单元根据控制字的位编码指示作出相应动作。状态字是一个包含了状态信息的字，它由传动单元发送给现场总线控制器(plc)。组织块ob是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。不同的ob有不同的功能。本设计中组织块有ob1、ob20、ob35、ob82、ob86、ob87、ob100、ob121、ob122。 ob1是用作主程序循环的，它用来设计主循环程序的结构；在用户程序延时中断ob20种调用了系统功能块sfc32(“srt_dint” 启动延时中断)、 sfc33(“can_dint”  取消延时中断)、sfc34(“qry_dint” 查询延时中断的状态)。ob35是程序循环中断组织块；ob82是诊断中断程序，诊断接受来自有诊断能力的模块；ob86是机架错误中断，ob87通讯错误中断；ob100属于启动组织块，是暖启动用的；ob121是程序错误组织块，ob122是访问错误组织块，属于故障处理组织块。ob1是主程序，主要完成系统的初始化、初始参数设定、调用子程序。fc是自定义的子程序块，包括网部控制、压榨部控制、干燥部控制、切纸机控制、理纸机控制、故障处理、数据采集与处理等功能块。数据块db用来存放用户程序运行所需的大量数据或变量，它也是实现各程序块之间交换、传递和共享数据的重要途径。在本系统中，上位机和下位机的通信主要是通过都区和改变下位机的db块来实现的。该系统共设计了8个db块， 分别表示实际速度数据块、设定速度数据块、电流数据块、时钟背景数据块、报警数据块、实际温度数据块、设定温度数据块和纸板尺寸数据块。通过读取下位机的db块，上位机上显示相应的速度、纸板尺寸和报警等相应信息。通过触摸屏改变下位机相应的db块数据，就可以生产达到预期的目的。

图2   纸板纸机系统结构示意图

        上位机采用visual c++进行画面显示设计，通过dll获得plc的实时数据，进行动画设计，数据管理，报表打印和故障记录和分析等。现场触摸屏通过siemens的hmi组态软件protool v6.0进行组态和编制画面。触摸屏画面是以设备图为底并分段细化。从触摸屏上可以轻松观察系统总图、各分部图，直至每个分布的传感器的状态。利用触摸屏提供的输入/输出、棒图、曲线图、字符、帮助信息、口令和画面切换等功能，可以观察和设定变频器的频率、转速及当前实际的频率和转速、纸机的运行状况等。

4  结束语
        工程实践证明，本控制系统采用profibus-dp网络技术实现分布式控制，可以大大降低现场信号连接的工作量和费用，提高信号的传输精度与灵活性，降低系统成本，给安装、调试和设备维护带来方便。profibus-dp网络速度快、性高、开放性好、抗干扰能力强，适用于各种工业控制系统，是pc、plc与其他智能现场设备通信的优选网络。