6ES7231-0HF22-0XA0产品

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1 引言

拉丝机是金属加工行业主要加工设备之一，主要是将粗线加工成各种规格细线，一般由放线、水冷、收线等部分组成，其中电气传动部份主要由拉线电机和收线电机实现。通过PLC来实现拉拔速度设定、操作自动化、生产过程控制、实时闭环控制、自动计米等功能。通过变频器来控制电机的转速。

2 直进式拉丝机变频控制系统

该直进式拉丝机主要对精轧出来的不锈钢丝进行牵伸，设计的工艺要求为：（1）拉丝速度18m/s；（2）加工品种主要是进线Ф6mm→出线Ф2mm（3）停车不能有断头（紧急停车除外）。

直进式拉丝机是拉丝机中难控制的一种，由于它是多台电机同时对金属丝进行拉伸，作业的效率很高。不像以前经常遇到的水箱拉丝机和活套式拉丝机，允许金属丝在各道模具之间打滑。由于比较在作业过程中拉断，它对电机的同步性以及动态响应的快速性都有较高的要求。本系统共有六个的转鼓，每个转鼓由一台变频器控制并带械制动装置，和一个收线电机。每个转鼓之间安装有用于检测位置的气缸摆臂，采用位移传感器可以出摆臂的位置，当丝拉得紧的时候，丝会在摆臂的气缸上面产生压力使得摆臂内移。

3 控制工艺原理

该直线式拉丝机控制系统主要分为：点动、联动、加速启动、自动工作和刹车五部分组成。

1） 点动：点动分为前转和后转。当踩下点动脚踏开关时，所选控电机以固定的转速运行，使每个转鼓上的线绕紧。

2） 联动：联动分为前联和后联。台转鼓没有前联，六台转鼓没有后联，中间四台转鼓前联和后联都有。当踩下前联开关时，所选控电机及之前的电机一起转动绕丝；当踩下后联开关时，所选控电机及之后的电机一起转动绕丝。当联动时，电机以某一固定速度旋转。

3） 加速启动：加速启动与联动类似，但没有前后之分，当按下加速按钮时，所选择电机及之前的电机加速启动到设定的速度。

4） 自动启动：当把线全部绕到转鼓上时，按下启动按钮，所有电机一起加速启动，通过PLC里面的PID来调节各个电机的转速，保在高速运行的状态下不会拉断丝，直到速度达到设定值，收线机也一起运行。当按下停止按钮时，所有电机减速停止。

5） 刹车及急停：当停车状态下，为了防止断线，所有转鼓不允许转动。当在运行状态下，如果发生断线，所有的转鼓要立即停止，防止发生意外。

4 控制系统介绍

控制系统上位机采用和利时HT6600C系列触摸屏，下位机CPU选用和利时LM3109 PLC控制器，上、下位机之间通过RS485进行通讯。通过逻辑编程处理来自触摸屏以及按钮、传感器等信号，控制6台变频器。图3为控制系统配置图。

图3 控制系统配置图

4.1可编程控制器部分

本系统采用HOLLiAS LM系列PLC控制，配置1个CPU模块LM3109、1个16通道数字量输入模块LM3212、1个8通道数字量输出模块LM3222、1个8通道模拟量输入模块LM3313和3个2通道模拟量输出模块LM3320。

1）CPU模块：LM3109模块的额定工作电压为AC220V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/Modbus RTU协议/自由协议。

2）数字量扩展模块：LM3212模块是16路数字量输入处理通道，主要完成数字量信号处理，数字量输入信号的额定工作电压为24VDC。LM3222模块是8路数字量输出处理通道，主要完成触点型数字量的输出处理工作，输出额定负载的电压为24VDC或220VAC。

3）模拟量扩展模块：LM3313模块提供8通道模拟量输入通道，输入范围-10-10V电压信号和-10-20mA电流信号可选，主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。LM3320模块有2路模拟量输出处理通道，输出范围0～10V电压信号或0～20mA电流信号，完成模拟量信号的输出工作。

表1为系统I/O分配表。

控制系统选用和利时的和利时公司PLC产品系统，系统规模1500 点左右，另有90 余台RS485 设备。系统网络采用两级结构：中控室监控级采用工业以太网，现场设备控制级采用Profibus-DP 现场总线。

在中控室设置1 个主控制站，在破碎车间、制浆车间以及装浆站共设置3 个子控制站，各站间通过Profibus-DP 现场总线通信。中控室设置有3 台操作员站、1 台工程师站和1 台服务器，通过工业以太网与中控室内的主PLC 控制站通信，服务器同时与厂级MIS 网连接。

中控室控制主站PLC 采用带以太网接口的CPU，同时配置有Profibus-DP 主站接口模块，用于连接3个控制子站。在3 个子站中配置了3 台Profibus-DP 从站PLC，控制功能由本地PLC 的CPU 完成，过程信息通过Profibus-DP 网络上传。

系统功能强大、配置灵活、扩展方便，能够较好地满足中、小规模控制系统的要求，其强大的通讯功能为系统与其它公司的产品协同工作提供了。凭借其优良的性价比，为广大用户提供了一个新的的选择。

图1 原有盘柜布置图

        2.2 原系统存在问题
        （1） 整个电站的通信采用一个MB+网，当通信线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运行，对电厂的运行形成隐患;
        （2） 对外通信扩展不方便控制工程网版权所有，许多外部设备的信息无法到PLC中去;
        （3） 随着外部控制设备的新改造，所需测控点数增加，原有配置已无法满足要求;
        （4） 当地显示界面即一体化工控机故障率比较高;
        （5） 备品备件订货越来越困难。
        为此需对现地控制单元进行新改造。
        3 技改方案分析
        结合水电厂现场改造的经验，提出如下三个现地控制单元改造方案以供比选。
        （1） 全部新
        把原有设备全部新，改用Quantum PLC。全部新，原有设备要全部报废，这样改造的成本较高，同时现场配线、安装等工作量都较大，改造周期较长。
        （2） 扩展DI/DO新屏
        扩展一面屏，增加开关量输入和输出点数，PLC仍采用Modicon984，和上位机通信仍需采用MB+方式。由于仅仅是对原有系统进行扩充，增加了相关的点数，整个系统的功能特点以及性等并没有过提高，这种方案改造的意义不大。
        （3） 扩展PLC新屏
        原有屏柜保持，新扩展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC与原有PLC采用MB+网进行通信;与上位机通信方式改用以太网通信，即PLC直接上以太网，在新增屏柜上安装一台通信管理机。
        在充分利用原有设备的基础上，增加了一套Quantum PLC，数据处理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有的网络连接能力，特别是应用于MODBUS　PLUS网络的站间通讯（Peer Cop）技术，其快速、准确、的性能充分满足功能要求，在新盘柜和旧盘柜之间即采用MB+网进行通迅，高速MB+网络的通讯功能也得到了充分的利用，上位机的通迅改用了以太网方式，提高了速度和性，同时改造过程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。
        4 系统设计
        系统配置方案如图2所示。在该方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何改;增加了一套盘柜，盘柜内安装了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件。这就配置点数不足的问题，同时解决了与上位机通信的问题。

图2 原配盘柜与扩展盘柜

        4.1 数据采集和处理功能
       原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，两套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有数据通过MB+网络，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC对所有的数据进行处理，即数据处理功能全部由Quantum PLC完成，这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。
        4.2 控制和调节功能
        Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件，即都具有控制和调节功能;Modicon984 PLC中的开出点，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，两者是‘或’的关系;Quantum PLC通过MB+网络，采用Peer Cop方式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去，同时Modicon984 PLC也编有程序，可以实现对开出点的控制，这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。
        4.3 人机界面
        在新增盘柜，装有触摸屏，触摸屏与Quantum PLC通迅，这样可以实现所有数据的实时动态显示，同时可以下发相关的控制令给Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
        4.4 对外通信
        在新增盘柜，安装有以太网通信模件和通信管理机，以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行，同时把到的数据信息送到Quantum CPU里，其自身具有八个RS-232串口，这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
        4.5 系统结构主要特点
        （1） 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O，自身可以运行PLC程序，这样一些流程就保持不变，而这些控制功能又不受所扩展盘的影响;而对Quantum PLC来说，可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理，它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等;
        （2） Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通过高速MB+网络进行通信，实践证明，通信、准确、。
        5 软件的功能和实现
        5.1 Modicon984 PLC程序功能设计
        （1） 编写简单的程序，以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同时控制Modicon984 PLC的开出点.
        （2） 把开关量、模拟量进行处理，送到的寄存器，以便通过Peer Cop方式一齐传输到Quantum PLC;
        （3） 简单的辅机流程和自启动流程
        由于原配置Modicon984CPU不支持Concept编程，所以仍需用MODSOFT组态软件来编写。
        5.2 Quantum PLC程序功能设计  
        （1） 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等;
        （2） 对所有采集到数据进行处理分析;
        （3） 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
        编程软件采用了组态软件Concept2.6，该软件支持梯形图（LD）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）等多PLC编程语言，能保系统的各类控制功能的需求。
        6 结束语
        本现地控制单元改造方案，在结构、技术路线、实现方法上都有所，该系统的结构设计合理，技术路线和实现方法可行;改造实施简单，大大减少了安装、配线的工作量控制工程网版权所有，改造工程实施完成几个月来，运行非常稳定，达到了预期的目标，该方案的成功应用为国内老电厂LCU的技术改造提供了典型范例，对提高发电厂的自动化的水平有重要的现实意义。