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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子模块6ES7214-2AD23-0XB8技据
ISO DAO信号D/A(数字转模拟)转换器可实现主机RS-485/232接口数字信号隔离转换成标准模拟信号，用以控制远程设备。广泛应用在 RS-232/RS-485总线工业自动化控制系统的0-20mA/4-20mA/0-5V/0-10V等标准模拟信号还原输出，用来控制工业现场的执行设备，控制设备以及显示仪表等等。
ISO DAO信号D/A(数字转模拟)转换器包括电源隔离，信号隔离、线性化，D/A转换和RS-485串行通信。每个串口多可接256只 ISODA系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，其指令集兼容于大多数同类模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。
ISO DAO信号D/A(数字转模拟)转换器是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM中。
ISO DAO信号D/A(数字转模拟)转换器按工业标准设计、制造，信号输出 / 通讯接口之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，性高。工作温度范围- 45℃～+80℃。
ISO DAO数字转模拟 (D/A)转换器功能简介：
ISO DAO信号D/A(数字转模拟)转换器框图，如图2所示。
ISO DAO 信号隔离D/A转换模块，可以用来输出一路电压或电流信号，也可以用来输出两路可以共地的电流或电压信号。
1、模拟信号输出和工作电源
12位输出精度，产品出厂前所有信号输出范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准，因此在现场的应用加灵活。信号输出温度漂移：±20 ppm/℃ (±30 ppm/℃, 大)。工作电源，+8 ~ 50VDC宽供电范围，内部有防反接和过压保护电路。功率消耗：小于1.5W。隔离耐压：通讯接口 / 输出 之间：3KVDC，1分钟，漏电流 1mA，其中通讯接口和电源共地。
2、通讯协议
通讯接口： 1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口。
通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS RTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。由于支持通用的MODBUS RTU协议，所以能够在工控领域得到广泛应用。
数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。
通讯地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。
通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。
3、抗干扰
可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。
结束语
工业现场信号远程传输过程中，由于干扰源比较多，处理不当往往会影响正常的生产制造，造成不必要的损失，一些新的方案可以有效地提高现场控制的性能。先用ISO 4021将模拟信号转成数字信号，再用RS-485的数字信号进行远程传输，然后用远程模拟信号输出模块ISO DAO还原模拟信号输出，在工业现场中可以有效抑制干扰，使用方便，得到了越来越多的应用。
| 1 引言 在现代社会中，瓶灌装生产线广泛应用于食品、、日化等行业，灌装生产线水平的高低直接关系着产品的质量和生产的效率。随着经济的发展和科学技术的突飞猛进，特别是自动化、智能化技术的广泛应用，瓶灌装机行业受益匪浅。目前，瓶灌装机市场需求庞大，国内外生产厂商众多，竞争为激烈。面对竞争激烈的市场，如何降，提高生产线技术水平成为众多企业的迫切需求。 为降、提高技术水平，电子凸轮取代机械凸轮的使用成为一种趋势。电子凸轮的使用大地降低了生产成本。一般来说，一种电子凸轮对应一种瓶灌装产品，对于需要灌装多种规格瓶子的生产线，需要在伺服驱动器中预置对应数目的电子凸轮曲线，但对于计划外的瓶子灌装则无能为力。Lenze公司推出了9400伺服PLC，采用在线电子凸轮曲线计算的方式解决了这个问题，本文以灌装半固体物质的瓶灌装机为例，提出了电子凸轮CAM在线计算的解决方案。 2 设备主体结构 设备主体部分主要由运输链、大盘、托盘和灌装喷嘴等机械部件组成。运输链：灌装时，将灌装瓶送至灌装处；灌装完毕后，再将已完成灌装的瓶子运走；大盘：大盘转一圈完成一个工位瓶子的灌装，即一个瓶子灌装完毕后，大盘转一圈，将此瓶从灌装位置移出，同时将下一个瓶子移至灌装喷嘴所处的灌装位置，准备进行下一个瓶子的灌装；托盘：托举瓶子，由伺服电机驱动控制，可以进行的CAM位置升降运动；灌装喷嘴：形状为一细长圆柱喷嘴。每一工位瓶子进行灌装时，通过设备控制喷嘴一定的液体流量。 灌装的主要时序如下：设备灌装时，通过运输链将瓶子运送至灌装处，自动装至托盘；灌装喷嘴位置保持不动，由伺服电机控制托盘上升使瓶底接近喷嘴位置；灌装时，液体在固定压力下从喷嘴流出，灌装喷嘴位置固定，伺服电机控制托盘瓶子根据CAM曲线位置自动下降，使喷嘴与液面始终保持固定位置；灌装完毕后，大盘转动一圈，使灌装完毕的瓶子移向传输链，并由传输链送走，同时将下一个空瓶子移至喷嘴所在位置，进行下一个瓶子的灌装。 此外，也有其他灌装设备采取托盘瓶子位置固定，通过控制喷嘴的上升、下降位置、速度来控制瓶子灌装。虽然机械结构有所不同，但原理大同小异，均使用伺服电机控制位置，以保持灌装时喷嘴和瓶内液面的位置不变。 3 主要难点 为提高产品的多样性和竞争力，大部分客户设计或选用不同形状的瓶子用于产品包装，作为其提高市场吸引力，进而提高产品竞争力的一个重要举措，但这也增大了瓶子灌装的难度。 由于灌装所用材料大部分为液态或半固态的物质，且有不同的颜色，为保证整体产品的质量，灌装时，须保持喷嘴与瓶内液面的位置恒定。若灌装时，喷嘴与瓶内液面位置快速脱离或者接触上，容易导致灌装物质在瓶内喷溅或者瓶内产品的内部会有气泡，这样就会影响产品外观及质量。因此如何建立方程或者曲线，通过驱动器控制实现灌装CAM曲线，保证灌装质量，是灌装需要考虑的重要问题。 此外，一般来说，一种形状的瓶子对应一种灌装CAM曲线。在实际应用中，客户经常会使用不同形状的瓶子，按常规考虑，则需要在驱动器中预存不同的CAM曲线，但这意味着只能灌装在驱动器中预存形状的瓶子，一旦遇到其它形状的瓶子，除非修改曲线，否则影响灌装质量。但在终端客户那里，这会为麻烦。因此如何建立一种方程，使之适应绝大多数形状的瓶子，也是一个主要的难点。 4 解决方案 Lenze 9400伺服PLC提供了解决问题的主要载体，9400伺服PLC除具备伺服器的功能外，还兼具PLC的功能，可以进行自由编程。这样，只要建立了合适的方程，就可以通过9400伺服PLC以CAM方式实现，以解决灌装中存在的问题。 4.1. 产品介绍 9400伺服PLC是Lenze公司推出的一款伺服控制器，也是Lenze精度系列产品之一，能为系统处理和过程控制提供技术方法。主要特点如下： 1) 较高的运算速度及控制精度 控制器采用32位处理器，大地提高了运算及控制精度。 2) 兼容PLC编程功能 9400伺服PLC具备PLC编程功能，可灵活实现客户不同的需求。同时，PLC运行扫描时间为，快达1ms。 3) 通讯兼容性 通过选择不同的通讯模块，9400伺服PLC可以快捷地与三方PLC或者其他伺服驱动器通讯，如Profibus-DP、ProfiNet、EtherCAT等模块。 4) 可集成的技术 可选的可插拔模块可满足IEC 61508SIL3标准的要求。模块化的解决方法，对于满足将来可能进一步增加的要求也提供了的保。 4.2. 系统配置 系统配置如图1所示。9400伺服PLC驱动器驱动同步伺服电机控制托盘的上下运动，电子凸轮CAM曲线由9400伺服PLC在线计算，并存储在9400伺服PLC中。大盘上安装一个SSI编码器，编码器信号接入9400伺服PLC X8接口中，作为CAM曲线的主轴信号，大盘转一个工位，编码器则旋转一周。 |
一、 前言
带钢热连轧计算机控制系统无论是系统规模，还是控制复杂性，都在冶金控制领域中。由于轧线设备大多使用液压传动，对于液压控制系统，其控制周期要求在2～3ms以内。另外多个控制功能集中于一个机组上，如精轧辊缝控制（AGC）、板型控制（ASC）、液压活套控制（LPC）等，从而造成控制功能间耦合强，各控制功能间要求数据交换的周期在1 ms以内。因此在设计系统时很好的解决两个“高速”的要求，即“高速控制”和“高速通讯”。
由于“高速控制”和“高速通讯”这两个“高速”要求，长期以来世界上仅有几家大型电气公司，如德国的西门子公司，日本、三菱，美国GE公司等，具有成套提供适用于热连轧这一类快程控制系统的能力。而国外公司往往对这类计算机控制系统的硬件，尤其是应用软件，控制比较严格，给国内用户生产运行和维护带来很多“麻烦”。
莱芜钢铁公司于2005年7月投产的1500mm热连轧生产线是一条传统的半连轧生产线，设备的基本组成如下：2座步进式加热炉，一架四辊粗轧机，无芯卷取热卷箱，6架长行程液压压下精轧机，层流冷却，2台地下卷取机。年产量200万吨钢卷，厚度规格1.2mm～20mm。
这条生产线是由国内自主设计、生产和开发的宽带钢生产线，北京科技大学轧制国家工程研究为三电系统技术总负责单位，并承担了L1级和L2级控制系统的设计编程和调试工作。L1级基础自动化系统使用了多套S7-400PLC和Simatic TDC控制器，完成炉区、粗轧机、热卷箱、精轧机、液压活套、层流冷却、卷取机、运输机等设备的位置、压力、速度、张力等控制功能。这也是国内条成功应用在热连轧生产线上的、由国人立研发、集成和调试的采用西门子的Simatic TDC控制器作为工艺控制器的计算机控制系统。图1为正在生产中的精轧机组的照片。
二、 控制系统构成
在设计莱芜钢铁公司1500热连轧自动化控制系统时充分考虑到热连轧生产工艺特点以及计算机控制系统硬件软件发展趋势，做到了、、简洁和实用。该控制系统分成以下三级：L2级过程控制级负责全线过程控制、过程日志、过程监视、各区域模型优化控制等任务；L1级基础自动化级完成轧线顺序控制、逻辑控制和各个设备控制；L0级传动控制级完成交直流电动机的控制。系统结构如图2所示。
L2级过程自动化级由3台PC服务器担任过程控制计算机，完成模型设定和计算以及自学习功能。L2的人机界面（HMI）操作员站与L1级合在一起。过程控制计算机留有与L3级生产控制级的接口，同时在没有L3级的情况下L2级还要完成生产管理级的部分功能。L1级计算机控制系统由多套西门子TDC多CPU结构控制器和S7-400 PLC控制器组成。控制系统中采用了工业以太网、DP网和GDM网等多种网络通讯系统。工业以太网采用交换机技术，通讯速率达到100M，且可以实现全双工通讯。由于充分考虑了热连轧生产中信息流和数据流的特点，以太网网络拓扑结构采用分段和分层设计，以实现数据和信息的快慢分离、区域分流，有效减少了数据的拥堵。Profibus-DP网是一种应用为广泛的现场总线网络系统，它使用双绞屏蔽电缆，通讯速率可达12M，还可通过中继器大大扩展通讯距离和连接的工作站点数。本系统中大量采用了Profibus-DP现场总线以连接操作台、远程I/O、主、辅传动控制器等子系统，大大减少硬线数量，有效提高了系统的简洁性。
全局数据内存GDM网是一种高速通讯网络，它主要应用于西门子的SIMATIC TDC控制器系统中，具有下述特点：采用星型拓扑结构；通讯速率可达640Mbps；具有2M字节共享内存；分站点与站点间通过光纤建立连接，远距离为200米；一个GDM网络多可以支持44个站点，可以实现多达836个CPU模板之间的数据通讯；具备故障状态监测功能。可以看出能够满足热连轧系统对“高速通讯”的要求。精轧区和卷取区域内的TDC控制器全部接入高速光纤内存网，用于传递对控制任务实时性要求很高的控制数据。
另外，轧线上各个操作室内设置多台HMI人机界面站，用于操作员监控生产过程。HMI系统使用WINCC v6.0开发，采用客户机-服务器模式，通过以太网与L2级计算机和L1级控制器进行通讯。
三、 控制系统功能和特点
本轧线L2过程控制级的内容在于各种轧钢数学模型包括：粗轧模型、精轧模型、板形模型、模型和自学习模型等。主要功能包括：板坯初始数据及轧制计划管理、加热炉数据跟踪、轧制节奏计算、设定计算、模拟轧钢和轧辊数据及生产数据管理和历史数据管理，还可以生成班报、日报、工程记录和生产(包含质量分类) 等各种类型的报表。
中间件（Middle Ware）是过程控制系统的支撑软件，是L2级应用软件的开发平台和运行环境。其主要作用是屏蔽硬件平台和操作系统的差异性以及底层操作系统的复杂性，使应用程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境，降低过程自动化应用软件开发和维护的复杂性。主要功能模块包括：实时数据文件管理(RDFM)、进程间通讯管理(IPC)、外部通讯管理(HubWare)、日志报警管理(Logger)、数据库连接管理(DBbbbber)、HMI变量管理(TagCenter)和进程管理(TaskWatch)等，具体系统构架如图3所示：
L1基础自动化级主要功能包括：微张力控制、可逆轧制控制、热卷箱控制、飞剪控制、精轧速度控制、液压活套高度及张力控制、液压HA制、精轧液压HAGC控制、板型控制ASC、终轧温度控制、卷取温度控制（）、卷取速度张力控制、液压助卷辊自动踏步控制（AJC）等。众所周知，热连轧系统的复杂性和高速性主要体现在精轧区和卷取区的控制上。仅精轧区六个机架就集中了六十多个高速闭环控制回路，而且还有大量的解耦计算，同时还要实现前馈、反馈和各种补偿控制算法。这都需要功能强大的处理器的支持。而西门子TDC控制器正好可以满足这种需求。
TDC的CPU采用64位RISC技术设计，可严格保证100微秒的短采样周期，运算功能其强大，其PI调节器的计算时间大约为1～3微秒，可以满足热连轧“高速控制”的要求。同时TDC的CPU具有5个循环时钟周期，可以根据控制任务性质的不同将它们分配在不同的循环周期内。对于快速回路如HAPC、HAJC等控制功能放在T1周期内，对于HAGC等控制策略和各种补偿及解耦计算可以放在T2和T3周期内，而对通讯接口的处理可以放在T4周期内。如此一来不仅保证了对精轧液压压下、卷取机助卷辊液压缸部件2～4ms的快速闭环控制，还有效的减轻了CPU的负荷率。分布式TDC控制系统站点间通过GDM交换数据，与区域其它控制器和画面系统使用快速以太网通讯，与远程I/O和传动通过DP网通讯。编程人员通过MPI网或DUST1协议对分布式系统中各个TDC的程序进行调试和维护。这样的设计了很好的控制效果。图4为现场实测控制效果曲线，可以看出3mm的带钢厚度偏差在30μm内的达到96.53％。