6ES7232-0HD22-0XA0参数选型

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1 引言
随着人们文化生活水平的提高，对舞台演出节目的质量要求越来越高。舞台的现代化、智能化是必然的发展趋势。国内虽有部分舞台参照了国外的舞台形式，但整体的技术水平较低，不能满足舞台使用的各种功能要求。针对剧院（包括电视台演播厅）舞台的台面固定，造型、风格单一，舞美总体效果达不到表演要求的现状，依据舞台建造时的总体工艺方案设计，通过PLC控制及机、电、液一体化技术使通信系统能够实现上位计算机、PLC以及现场智能仪器之间良好、快速的通信，从而完成了现场数据的实时显示与控制。实现舞台的升降、移动升降、旋转、升降旋转、伸缩、伸缩升降等运动，从而达到舞台与舞美、演员、场景、灯光等协调变化功能，使精彩纷呈的演出加丰富多彩、变幻无穷。智能舞台一次投资建成后，由于其多种舞台的组合变化形式，可满足各种演出节目的要求，故可免去许多原来须根据不同演出搭建不同舞台的重复搭建演出舞台的弊端，并且还增加了演出的场景变化，丰富了演出效果。
本文以某广播电视800m2演播厅智能舞台的设计安装与调试为研究背景说明s7-200[1]在舞台的台面控制中的应用。

2 智能舞台控制系统构成
2.1 舞台台面组成
舞台台面运动可以实现舞台的升降、移动升降、旋转、升降旋转、伸缩、伸缩升降等运动，舞台的基础变化将达到数十到近百种，从而达到舞台与舞美、演员、场景、灯光等协调变化功能，避免了传统的为一次性使用而反复搭建基础舞台造成的人力、物力、财力的浪费，缩短了节目舞台准备周期，使精彩纷呈的演出加丰富多彩、变幻无穷。
智能舞台台面控制系统主要针对单元舞台台面运动进行控制。图1为某广播电视800m2演播厅智能舞台台面结构，包括5个升降台面，一个通道台面，一个旋转台面和一个T型台面，其中1#～5#为升降台，6#为通道台，7#为旋转台，8#为带伸缩功能的T型台。8块活动台面均有现场手动和自动工作方式选择，当选择工作方式时，其所有动作均由PLC完成。通过上位机（监控计算机）可实现整体舞台活动台面的监视和控制。

图1 舞台台面构成

2.2 台面运动控制原理
以升降台面控制系统为例，说明升降台面控制回路工作原理[2]。如图2所示，舞台的台面运动部分由单元舞台台面、叉臂升降和液压传动结构组成;而台面监控部分由上位监控机和PLC组成;泵站提供液压源。系统启动时，由上位机下达舞台台面运动量的指令，PLC接受指令，判断决策，然后向泵站电流及液压传动机构发出命令。泵站开始工作，液压传动机构中油缸活塞推动叉臂机构按输入要求带动升降舞台进行升降运动。此时安装在叉臂移动滚轮上的编码器开始旋转记录行程，它随时检测升降台的升降高度。系统中采用型号为KSJ1200编码器，其旋转速度为0.8圈/秒，在整个1200mm行程上编码器约旋转5圈，每圈产生500个脉冲，共产生5×500=2500个脉冲，平均1个脉冲代表1200/2500=0.5mm。这样，控制精度可控制在±1mm。各升降舞台既可立运行，也可同步运行。根据各个舞台的不同要求组合成各种不同尺寸、不同形状及不同面积、不同功能的舞台。同理伸缩舞台控制系统的工作原理大致相同。

图2 升降台台面控制回路示意图

通过各单元舞台的升降、伸缩或旋转变化，满足演出过程中对舞台整体变化、各种道具及人员升降或旋转的要求。
2.3 台面运动控制系统配置
如图3所示，舞台台面控制系统主要由四大部分组成。分别是操作台、PLC控制柜、液压传动机构和各活动单元舞台台面。

图3 台面运动控制系统示意图

（1） 操作台
操作台主要完成系统的操作任务。触摸屏和工控机各自立工作。在触摸屏操作界面上可以完成系统的操作任务，具体就是单元舞台的各种动作，在IPC编程界面上可以完成系统的编程。
（2） ADAM4520
亚当姆块为通讯接口，将上位机与PLC的通信协议转换为RS-422/RS-485串行通信协议标准，起通讯作用。
（3） 控制柜
控制部分由PLC柜和电源控制柜组成。PLC柜主要完成系统的控制任务，包括PLC主机、通信模块、输入模块、输出模块等。PLC主机接收到给定值及反馈值信号后，根据其内部的程序进行逻辑运算，按设计要求控制各个输出点，由执行元件实施具体的动作;电源控制柜主要完成系统供电、保护系统供电和液压系统泵站电机的供电任务，包括断路器、缺相检测单元和电机保护设备等组成。
当操作员发出启动油泵后，程序逻辑控制器（PLC）就给泵站主变频电机的接触器的线圈KM上电，主油泵电机工作，油压上升到设计要求后，自动通知操作员。然后操作员可选择舞台效果，如按上升命令时，舞台上升。若所选择的单元舞台上升到位后，就给程序逻辑控制器（PLC）发出一个信号，程序逻辑控制器（PLC）接到此信号后，启动维持正常油压的维持油泵电机，当维持油泵电机正常工作后，切断主油泵电机，主油泵电机停止工作。这样，主油泵电机仅在单元舞台上升和下降时工作，油压的维持靠维持电机来实现，既减少了噪音，同时起到节能的作用。油泵电机控制流程图见图4所示。

图4 油泵电机控制流程图

2.4 台面运动控制回路的组成
舞台台面控制回路是由台面、叉臂传动机机构[4]、液压传动机构[3]、PLC、上位监控机[5]等部分组成，其控制回路原理图参见图5。操作人员通过人机界面向PLC发出给定指令，测量装置对舞台升降及旋转位置进行实时监测，检测值与给定值比较，PLC经逻辑运算，命令执行机构驱动舞台升降或旋转。

图5 台面控制回路原理图

3 控制系统设计
3.1 台面尺寸
（1） 1#～5#升降台位于舞台后部，尺寸为3700mm×3000mm，主台面净升降高度1200mm，台面闭合高度600mm，单元舞台组合成单排五列布置安装在地平面上。
（2） 6#通道台位于旋转升降台与台阶升降台之间，为方便在演出过程中顺利地从升降台到旋转台而设计。当演员登上旋转台时，通道台落到与地面齐平。台面尺寸为1800mm×940mm，台面净升降高度1200mm，台面闭合高度600mm，台阶升降台的静载300kg/m2, 动载150kg /m2，升降速度2400mm/min。旋转台面及通道升降台面用玻璃装修而成。通道升降台与旋转升降台组成互动升降，使旋转升降台形成多种立体艺术效果。
（3） 7#旋转台位于智能舞台中部，台面尺寸Φ3600mm，静载400kg/m2, 动载为150kg/m2;净升降高度1200mm，升降速度2400mm/min，旋转速度600～4000mm/min可调;高度600mm，台面可正反向旋转。
（4） 智能化舞台的前部有1个单元伸缩、升降舞台[6]，也就是8#台。伸缩活动舞台台面尺寸为3700mm×5400 mm（由3个 3700mm×1800mm台面组成），伸缩距离分别为1800mm、3600mm、5400mm;伸缩舞台基础高度为450mm，舞台上3个升降台，其台面尺寸为3700mm×1800mm，升降高度150mm左右与固定台补平;伸缩台静载为300kg/m2,伸缩速度2000mm/min。
固定舞台大小面积为20000mm×9600mm，高度为600mm，载荷为500kg/m2,由钢框架及木板制成。台口台阶尺寸3700mm×300mm×150mm，静载为300kg/m2。
3.2 控制程序流程
在控制系统中单元舞台台面是一个非常特殊控制对象，与液压传动机构相比，它质量大，从几吨到几十吨都有，台面运动与叉臂运动是一致的，其传递函数近似地看成是一个比例环节。液压传动机构时间常数不大，所以这里采取逻辑控制策略。因为伸缩升降台和旋转台决策原理同升降台一样，以升降台为例说明其控制原理。
根据广电演播厅的现场要求及技术指标，要求5个升降台闭合高度为600mm，净升降高度为1200mm，整个升降高度共分四个阶段完成，每一阶段高度为300mm。每个升降台既可以一次性升降到高度后停止，也可以分阶段升降，即每次只升降300mm停止，多次升降到高度。五个升降台可以同步进行升降到高度值。台面高度给定值i，按照分四个阶段共有五个高度值分别赋值给五个变量:imax=1200, imid+=900, imid-=600, imin=300, i=0。下面以1#升降单元舞台为例，阐述其具体的工作过程，程序流程如图6所示。

图6 PLC网络拓扑结构图

3.3 控制系统硬件设备
800m2演播厅智能化舞台主要由前区伸缩T形台、中区旋转升降台及通道升降台、固定台、后区台阶升降台、电气驱动及液压传动系统、智能化控制系统及软件等部分组成。控制系统硬件设备如附表。
附表 基本配置表

3.4 控制系统监控点统计
针对本文所描述的广电800m2演播厅单元舞台控制系统的设计要求，共需要监控点96个，其中输入点57个，输出点39个。
根据广电800m2演播厅活动舞台设计要求，采用一台PLC S7-200，其配置如下:
（1） CPU226 1个 主机
（2） EM223 3个 （扩展模块）
（3） EM232 1个 （扩展模块）
其中，CPU226控制泵站电机变频器，1#～3#泵站及旋转台旋转动作。1# EM223输出点驱动1#～5#升降台升降运动;2# EM223输出点驱动旋转台升降及通道台升降运动;3# EM223输出点驱动伸缩T形台伸缩及升降运动。EM232 作备用。PLC网络拓扑结构图如图7所示。

图7 1# 舞台升降程序流程示意图

4 控制系统的监控
舞台台面运动控制系统采用网络通信技术，系统监控变得简单、方便。有两种操作方式可以对舞台台面运动进行控制。一种是通过触摸屏，另一种是用上位机组态软件进行监控操作。
基于bbbbbbs平台，MCGS是一个集成的人机界面系统和监控管理组态软件系统，可完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出及企业监控网络等功能，快速构造和生成上位机监控系统。
智能舞台台面运动控制系统软件采用MCGS工控组态软件，采用西门子PPI通讯协议和RS-232/485转换器与S7-200方便快速的通讯。针对舞台运动监控系统要求，本文设计了显示系统主画面，实时记录主要参数的变化及趋势，并方便地对参数进行设置;提高监控方式性能;能够完整记录报警时间、报警类型等，使工作人员查错方便。
以上介绍是对PLC与工控机中的MCGS组态软件的连接而言的，在单元舞台控制系统中上位机还有上节介绍的由闽台生产的台达触摸屏。两套控制系统功能相同，但适用性不同，触摸屏的点动功能是对预置程序功能/即时编程功能/随机手控功能的一种。
舞台监控系统主画面是在管理员输入密码进入舞台监控画面的个画面，在主画面中的各子画面名称与对应的子画面动态连接，如图8所示:

一、概述
莱钢炼钢厂4a#连铸机为一台三机三流的矩形坯连铸机，年生产能力为80万吨，与中型轧机构成一条热装热送短流程生产线。本文将对其基础级自控系统进行详细介绍。

二、生产工艺简介
钢水包由转炉车间运至连铸车间后，由车间行车将钢水包置于大包回转台钢包臂上，旋转至浇注位后，钢水 由钢包流入中间罐车，达到开浇液面后，浇铸开始。钢水经中间罐车注入结晶器，经过初次冷却控制以及振动控制调节后，进入二冷区。自控系统自动跟踪铸坯的位 置及长度，铸坯到达冷却段时，由二次冷却系统对铸坯进行水/气的混合冷却。系统跟踪钢坯头到达矫直区时，拉矫机依次进行换压操作；跟踪到脱引锭位时，自动 进行脱引锭操作。钢坯达到定尺长度后，由火焰切割机实施切割，切割后由输出辊道运出，再由横向移钢机运至热送辊道，后由热送辊道运到中型加热炉进行轧 制。

三、系统构成及配置
系统采用了美国罗克韦尔自动化公司的PLC5作为主控制器，SLC500 用于火焰切割自动控制，选用罗克韦尔自动化公司1336系列的变频器用于交流调速控制，远程I/O模板用于切割区以及出坯区现场信号的控制，以工业以太网以及DH+网作为控制网络。在该系统中，共采用了4套A-B PLC-5/40E分别用于铸机的公用系统以及铸流系统的自动控制。根据系统的控制规模，并保留有25%左右的控制点余量，PLC系统的硬件

公用系统
主机架通过CPU上的通道1B（组态为Remote I/O Scanner方式）外带了5只扩展机架、6块Remote I/O模板以及4台1336 PLUS变频器。

具体配置为
电源模板（1771-P7，16A）6块、CPU（1785-L40E）1块、AI模板（1771- IFE）3块、AO模板（1771-OFE）3块、RTD模板（1771-IR）1块、高速计数模板（1771-VHSC）1块、24VDC DI模板（1771-IBD）25块、24VDC DO模板（1771-OBD）14块、220VAC DI模板（1771-IMD）23块、220VAC DO模板（1771-OMD）16块、远程I/O适配器（1771-ASB）5块、远程I/O模板（32入/32出：1791-IOBW）4块、远程I /O模板（16入/16出：1791-16BC）1块、远程I/O模板（24入/8出：1791-24B8）1块、25匹马力1336 PLUS变频器（CAT 1336S-B025-AA-EN4-CTM1-HA2）2台、20匹马力1336 PLUS变频器（CAT 1336S-B020-AA-EN4-CTM1-HA2）2台。

铸流系统
用于铸流控制的三套PLC系统的配置相同，均是：主机架通过CPU上的通道1B（组态为Remote I/O Scanner方式）外带了2只扩展机架、3块Remote I/O模板以及7台1336 FORCE变频器；另外，采用了3套A-B公司的小型产品SLC 500 分别用于每流的火焰切割机的自动控制。SLC 500 PLC通过CPU上的DH+通讯口与PLC-5/40E的CPU上的通道1A通讯口（配置为DH+）连接构成了DH+网以实现数据交换。

PLC5具体配置为
电源模板（1771-P7，16A）3块、CPU（1785-L40E）1块、AI模板（1771- IFE）4块、AO模板（1771-OFE）8块、RTD模板（1771-IR）2块、高速计数模板（1771-VHSC）1块、24VDC DI模板（1771-IBD）5块、24VDC DO模板（1771-OBD）4块、220VAC DI模板（1771-IMD）7块、220VAC DO模板（1771-OMD）5块、远程I/O适配器（1771-ASB）3块、远程I/O模板（1791-IOBW）3块、25匹马力1336 FORCE变频器（CAT 1336T-B025-AA-GTIEN）4台、40匹马力1336 FORCE变频器（CAT 1336T-B040-AA-GTIEN）3台。

SLC500具体配置为
电源模板（1746-P2）1块、CPU（1747-L542）1块、 DI模板（1746-ITB16）1块、DI模板（1746-IB16）4块、 DO模板（1746-OW16）2块、DO模板（1746-OB16）2块。

4套PLC5 通过各自CPU上的以太网口（通道2）挂在以太网上，并通过MSG指令相互传递数据；共25台1336变频器作为远程站采用Remote I/O Scanner方式与PLC进行数据通讯：其启动、停止、速度给定等指令均由PLC下达给变频器，同时变频器的各种状态数据以同样形式反馈给PLC。另 外，4台PⅢ工控机作为系统的上位机，通过以太网与PLC进行数据传送，完成铸机生产的监控，其中3台为操作员站，互为备用，用于生产的实时监 控；1台为工程师站，可以完成对软件系统的查阅、修改等工作（系统配置图如图1所示）。

四、软件设计、系统控制功能及实现
4．1 PLC程序的设计
控制程序使用罗克韦尔自动化公司编程软件Rslogix5，并全部采用简单易懂的梯形图方式编制而成，分为公用控制程序及铸流控制程序共4套。

每套控制程序均采用了流行的模块化/结构化编程方法：根据控制对象、控制目的的不同把控制程序分为若 干控制部分，由主程序在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能；在每一个梯形图文件中，把控制功能相同的程序放在同一控制段中，并加以注释。这种结 构化编程方法使得程序的查阅、功能的扩充及修改变得加容易，大大增强了程序的灵活性、可读性、实用性和维护性。

4．2 监控系统的设计
上位监控系统采用Rsview32制作，Rslinx负责完成与PLC的数据通讯。根据生产工艺、控制功能的要求，共制作了9大部分、共计40余幅监控画面。

4．3主要的控制功能及关键技术的实现

图 1

主要控制功能： 该自动控制系统主要用于连铸机生产的基础级自动化控制，通过采用A-B自动化控制技术可完成基础生产工艺过程的全自动化控制，实现连铸生产现场设备的自动联锁，介质温度、压力、流量的检测调节，数据的通讯处理、故障报警以及生产状况的在线监控等功能。

主要控制功能有：中间罐车行走、升降功能；结晶器冷却水、二冷水、公用介质的流量及压力检测调节功 能；推钢机控制功能：横移机控制功能；大包、中间包的钢水测温及称重功能；大包旋转及升降控制；液压站控制；结晶器振动控制；拉矫机/拉矫辊控制；输出辊 道控制；结晶器冷却水控制；二冷水控制；自动跟踪控制；火焰切割控制以及生产的在线监控等。关键技术的实现：

变频调速控制技术：中间罐车、拉矫机、结晶器、输出辊道、横移机等设备均采用了变频调速控制技术。PLC通过Remote I/O Scanner通讯方式将控制命令传达给变频器，同时接收变频器的状态实时反馈信息；控制程序则通过采用MOV指令将启/停、正/反转、速度给定值等命令 信息以输出字的数据格式传送给变频器，从而实现变频调速的自动控制。
二冷区的全自动配水控制算法：理论上理想的二冷配水控制曲线是一条二次曲线：F=aV2+bV+c，但是实现起来非常困难。为此， 我们采用直线曲线技术：采用三条斜率不同的直线来模拟二次曲线，根据当前的拉速及三条直线所对应的a、b值分别计算出三个配水量F1、F2、F3，然 后取其大值作为当前的实际给定值：Fsp = Max{F1，F2，F3}（如图2所示）。此外，软件上通过PID指令完成七段回路仪表调节控制（控制框图见图3）。
铸流自动跟踪技术：PLC根据A-B增量型编码器（安装于3#拉矫机上，1024脉冲/圈）发送速计数模板的脉冲数，自动计算并完成送引锭模式、浇注模式下的拉矫机/拉矫辊、二冷区配水、电机测速以及铸坯测长等全自动控制。
火焰切割自控系统：<该系统单采用3套SLC500 PLC，并建立了DH+通讯手段与PLC5进行数据通讯。根据PLC5发送过来的铸坯测长实时数据，实现对钢坯切割的自动化控制，并具有2种定尺（本机、 上位）、3种操作方式（手动、半自动、全自动）的控制功能。同时PLC5根据SLC500的反馈信息控制输出辊道的动作将切割完毕的铸坯运出。控制程序则 使用MSG指令来实现通讯数据信息的相互传递。
铸机生产的自动在线监控技术：采用Rsview32监控技术、Rslinx通讯技术开发了铸机生产的在线监控系统。该监控系统分为总貌、风机液压站、条件及状态、公用检测、一冷、二冷、设备冷却水、液面控制和其它9大部分，具有如下主要功能：

生产数据、设备状态的在线显示监控；
生产数据的上位设定及生产模式的控制选择；
设备控制方式的选择以及设备的远程控制、介质的远程调节；
趋势记录、故障报警、报表打印以及系统故障自诊断。

图 2

图3

五、结束语
该自控系统综合集成了美国罗克韦尔自动化公司的PLC控制技术、画面监控技术、网络通讯技术以及变频 调速技术，实现了连铸机基础生产工艺过程的自动化控制，可完成连铸生产现场设备的自动联锁控制，介质参数的检测调节，数据的通讯处理、故障报警诊断以及生 产状况的在线监控等功能。经过三年多的运行验证，该系统控制功能、稳定，有效地提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员 的劳动强度，为生产的顺行提供了的，并了十分**的经济效益。