企业信息

用PLC做控制系统，成本较低，稳定性很高，程序编写调试方便，但PLC在人机对话、故障判断、在线修改等方面有一些不便，需要对编程非常熟悉的人员进行操作。并且，要想直观地了解生产过程和监控信号的动态变化选择一个上位机来配合PLC，才能组成较好的自动控制系统。因此，本系统采用触摸屏与PLC通信，共同组成生产监控系统。

在橡塑机械生产制造业，生产现场情况复杂，油污多。普通的工业触摸屏的稳定性很难保证。而选用进口的触摸屏，性能较好，但在复杂环境中，寿命大大减短，其价格昂贵，必然增加生产成本。LEODO人机界面是由32位嵌入式微处理器、WinCE．net操作系统和组态软件构成的新颖的人机界面产品，适用于工业现场环境，，可广泛应用于生产过程设备的操作和数据显示，它与传统的人机界比又增添了信息处理和网络功能。LEODO人机界面，功耗低，温升小，热稳定性相对较高，并且不怕遇到断电情况。

在工业测控软件中，组态软件能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能，方便地构成监控画面，以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线等功能。并可运用PC机丰富的软硬件资源进行二次开发，方便地生成各种报表，为应用程序的开发提供了十分方便的平台，因此它在工业控制中运用越来越广泛。

在本系统中，利用ET组态软件构成监控画面。通过串行口与PLC进行通信，这样可实现对各种信号的监测以及现场数据的采集和处理。

2、系统配置

本控制系统由14路开关量和62路模拟量组成，人机界面与西门子200系列PLC通过人机界面上的串口COM1口连接实现通信，PLC与工业现场变频器通过PLC智能模块连接实现通信。系统整体配置如图1所示。

在ET组态软件中定义了串口类设备S7200PLC，串口号为COM1。设备定义结束后，定义62个I／0实型变量，分别与设备模拟量输入寄存器V连接，实现模拟量的采集。定义l4个I／0离散变量，分别与串口设备的输出寄存器连接，实现开关量的控制。

3、系统特点

本系统具有实时数据采集与监控显示功能。对于来自现场的三辊(上，中，下辊)主机状态，主机电流，主机速度，导开，卷取，冷却，贴合，喂料，摆料状态和速度等信号，进行实时监控，通过数值或图形来实时反映生产现场的信号变化隋况，并通过相应处理可存储于数据库，利用网络开发送到其它站点。本系统具有数据运算、保存及打印等功能。可将结果按照的格式保存到ET组态软件的内部数据库中，也可以将数据传送到外部通用数据库中。用户可利用历史曲线形式查询数据，并打印查询结果。

本系统可通过加密、设定用户权限等形式对一些操作进行限制，只要用户定义了记录报警和事件文件，系统将自动记录操作员的操作过程。

另外，在线修改工程流程时也非常容易。

LEODO嵌入式人机界面内置bbbbbbs CE．net操作系统，它是一种紧凑，，可伸缩的操作系统，主要面向各种嵌入式系统和产品。bbbbbbs CE．net继承传统bbbbbbs系统的风格，具有多线程，多任务，抢占式的特点，专为严格资源限制的硬件系统所设计。其内嵌的ET1．0版嵌入式组态软件可读取PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个系统的运行隋况、包括速度，浮辊位置，电流等。一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画面，并向PLC发出相应动作指令，保存并记}乙故障发生的时间、原因等原始数据。

4、ET软件的设计

ET嵌入版1．0中用“工程”来表示组态软件组态生成的应用系统。创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统。建立工程的一般步骤为：构造数据库(定义变量)，定义设备，设计图形界面，建立动画连接，运行和调试。但是，在进行设计的时候，它们不是立的，而是交替进行的，需要综合考虑。

，创建一个新工程，定义路径和名称，在设备选项中选定一个COM 口，进行PLC连接。ET提供的设备连接向导对话框列出了工业生产常用的一些硬件设备(如PLC、板卡、智能仪表、变频器等)，并且已经根据这些常用设备各自的通信协议制作了相应的通信协议，使应用人员从繁琐的底层驱动程序中解脱出来。选择了西门子公司$7200系列PLC后，选择通信方式，并给定设备名称和地址，还要设置采样时间和通信参数。

然后，进行动画画面的设计和变量的定义。双击数据词典，定义和编写系统所有变量。变量可以设为只读、只写和读写模式。对于既要采集PLC状态，又要实现对PLC的远程控制的变量设置为读写模式，而不需要向PLC发送命令的变量设置为只读，这样可以节省PLC扫描时间，加快系统进程，提高PLC效率。绘制图形画面时，双击画面选项，在弹出的绘图环境下绘制与橡塑三辊压延生产线相对应的监控画面。系统监控的设备较多，为清楚明了地显示不同设备的各个参数，需要绘制多副画面，既方便显示，又方便现场操作员进行控制。主画面里利用ShowPicture(“画面名”)函数实现对其他画面的调用。绘制完流程画面后，将系统与要监控的参数和画面中的变量一一对应起来。这样HMI组态基本完成。

5、画面功能介绍

在ET组态软件中编制系统的组态界面。根据本系统的特点及实际使用情况，界面设计由系统生产线流程、配方、浮辊指示、主机状态、主机电流、主机速度、急停指示、卷取、导开、贴合、冷却、喂料、摆料及登陆标题栏等13个画面组成。

5.1 生产线流程图

从流程图上可观察生产过程，主要运行参数及输出控制参数。(图略)

在系统开始运行后，ET组态软件读取PLC监测到的三辊压延生产线的运行状态、控制各电机变频器的信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个三辊生产线的运行情况、包括整个系统的浮辊位置、模拟量示值、实时趋势曲线等，系统以数值及曲线两种方式反映数据的变化，LEODO人机界面内置硬盘，使得触摸屏在画面显示的同时还可以保存历史数据，方便了现场应用，并可以定时、实时打印数据或者整个画面。

生产线流程图下面的三个按钮下隐藏了三个按钮，都是停止按钮，只有当控制电机启动后才有效。启动、停止按钮通过命令语言函数BitSet()实现交替出现。

5.2 主机电流，速度和状态图

由三个画面共同描述，画面中的实时趋势曲线中的坐标并不表示实际值，而是将实际值放大或缩小的比例值，曲线只是描绘了参数的变化趋势，生动地体现主机可能存在的扰动和实际值对设定值的跟随隋况。

5.3 配方画面

在监控组态软件中，配方就是一个二维参数表，行表示变量的一组取值，列表示一组配方，即各变量的一种取值可能。可以通过名称访问已经定义好的配方，也可以在线修改，定制新配方，保存下载。对同一个生产过程可以通过改变其配方来生产不同批号的产品。配方变量一般设置为内存变量，保存在触摸屏系统硬件里。

5.4 急停指示

当有报警发生时，会自动弹出报警系统对话框，我们只有触摸复位按钮才能结束报警，以便继续工作。

5.5 卷取画面

卷取、导开，贴合，冷却，接取、摆料、喂料等画面设置相同。它们都是由卷径，电流和实际速度实时趋势曲线和离散数值描述的。

每幅画面都有设置用户登陆权限的标题栏，画面随时显示登陆用户名及用户登陆权限，加强系统的性。

6、系统调试及运行情况

连接PC机和HMI，在PC机上运行ET，打开工程浏览器菜单“工具”下拉菜单“远程安装与调试”将组态工程下载到HMI，特别注意下载路径。用通信线PPI连接HMI和PLC，实现PLC与HMI通信。根据不同的设备逐一反复调整系统参数的配置使之达到工作状态，因为不同的设备对采集速率有不同的要求。重要的控制功能由稳定的PLC去完成，当操作台发生故障时，不会影响控制，进而不会影响生产。制作HMI画面时，一定要符合用户的操作需求和习惯。

一年来的实际应用结果表明，采用LEODO人机界面，简化了控制系统结构，增加了许多功能，通过了用户苛刻的检验。ET组态软件能方便的实现复杂友好图形界面的编制，其本身与I／O设备通讯程序构成一个完整的系统，不需工程人员自行编制设备的通讯程序，这种方式既保证了运行系统的率，也方便了工程应用，是一种简便的工程应用系统。本监控系统大大提高。

三维力控ForceControl工控组态软件是一个基于bbbbbbs环境下的数据采集、监测、处理和控制软件包。利用该组态软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，即可构成所需的软件功能，它正以其便捷的软件开发性能、易维护性和较低的开发费用成为国内计算机控制系统的主流软件。

组态软件功能分析

1．DRAW

丰富的画面显示组态功能组态软件提供给用户丰富强大的绘图编辑、动画连接和脚本工具。DRAW是集成的开发环境，它使用面向对象的图形对象创建动画式显示窗口，同时它还为提供了大量常用的工业设备图符、仪表图符、趋势图、历史曲线、报警对象等功能，它使用面向对象的图形对象创建动画式显示窗口。这些窗口的数据、图形显示可以来自过程I／O或Microsoft bbbbbbs三方应用程序。

2．VIEW

VIEW用来运行由DRA W 创建的图形窗口，支持的画面数量不受限制，数据刷新速度快于5 ms。软件提供工业标准数字模型库和控制功能库，满足用户所需的测控要求，能够对测控信息进行记录存储、显示计算、分析、打印，界面操作灵活方便，为保证数据性，还设有口令保护功能。

3．DB

DB是整个系统的、构建分布式应用系统的基础。它负责整个力控应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请示处理。DB与DRA W构成服务器，客户机模式，各网络节点上的DB通过网络服务程序可以构建成复杂的分布式网络应用系统。单机数据处理能力过1万点，历史数据可以保存l0年以上，网络数据处理能力过5万点。

4．I／0 Server

I／O Server完成与各种检测、控制设备的通信，负责从过程I／O设备读取实时数据，同时将来自图形界面和实时数据库的控制命令写入I／O设备。DB与I／O Server构成服务器／客户计算模式。I／O Server由很多单体程序构成，每个单体程序能够完成特定设备的通信功能，支持大多数主流控制设备生产商所提供的硬件。

5．NetClient和NetServer

在NetClient和NetServer内部采用的TCP／IP通信协议，它保证用户可以充分利用Intranet或Internet的网络资源，保数据刷新速度快于5 ms，网络数据处理能力过5万点。

Force Control的应用

依据上述对组态软件的功能分析，结合钻杆摩擦焊生产线自动控制系统的实际情况，选择了三维力控组态软件作为此工控系统的上位机软件。基于以上考虑其数据采集和控制器件采用日本OMRON CQMIH系列PLC、字光温控仪、美国RETEC测温仪和日本TOSHIBA变频器；网络连接采用RS485总线传输，连接距离1．5 km，通信速率9 600 bits；计算机采用研华工控机1GHz、256MB内存、30GB硬盘、20in飞利浦大屏幕显示器；通信适配器采用RS232C S484 RS422信号转换适配器。

本生产线监控系统为单机集中式控制系统，今后还可以通过电话拨号网络或Intranet把工控机连接到各管理部门工作站上，以实现集中式管理。在设计时考虑到如果工控机出现故障不能工作，操作员可以在生产线现场对每一条生产线进行控制，回到传统的手动控制方式。整个工控系统硬件控制模式如下图。

图1 工程系统硬件控制模式

1．摩擦焊生产线概况与监控要求

(1) 生产概况

摩擦焊生产共有3条，即退火、淬火和回火线。控制系统基本的分布情况是：退火定位信号2点、上料信号l点、中频感应圈温度信号l点；淬火定位信号4点、上料信号l点、中频感应圈温度信号l点；回火定位信号2点、上料信号l点、中频感应圈温度信号l点。

(2) 监控要求

① 信号采集：包括对标准数据信号的采集和对中频感应圈温度信号等非标准数据信号的采集。

② 监控操作：包括操作控制、参数设定等。

③ 动态显示：包括动态流程图显示、报警显示、实时温度曲线显示等。

④ 操作画面：通过画面操作可查询与管理生产系统，如打印实时报表和历史报表，并可任意设定打印的历史报表的时刻。

⑤ 系统具备可扩展性。

2．软件设计

根据生产线的实际情况和监控要求，此工控系统共组态DI(数字量输入)36路；DO(数字量输出)32路；AI(模拟量输入)16路；AO(模拟量输出)3路。应用系统主要开发了24个显示画面，画面内容丰富，包括了如模拟表盘、数字表、趋势图、总貌图、历史曲线、实时温度曲线、历史报警、生产流程图等1O多种显示组件。在系统中采用了两种方法来处理输入／输出量的控带Ij一是不需要控制，数据从现场采集到工控机后，可以直接在显示器显示；二是需要进行判断、计算的各种参数和变量，需要经过相应模块的计算、判断、编程，然后再进行显示、输出和控制。

(1) 数字量信号

现场电磁阀及报警信号的检测采用CQM1H系列PLC完成，力控I／O驱动程序负责完成PLC数据的读／写操作。

(2) 模拟量信号

中频感应圈温度信号由美国RETEC测温仪采集后送往宇光温控仪，温控仪将信号转换为数字信号再采用RS485与上位机中的力控软件通信，由其处理采集到的信号，将其测量值与上限报警值相比较，据此产生温报警信号，并在显示器上显示。

(3) 智能通信传送

由于一台上位机同时监控三条生产线，所以对各条生产线的PLC及温控仪等控制设备加以区分。本系统中将不同的PLC及温控仪赋以不同的站点号来加以区分。

(4) 显示画面

根据工艺提出的生产要求，力控软件操作画面的设计采用主菜单的形式。并且在每幅画面中分别有按钮进行切换，画面包括主菜单、动态流程图及温控曲线画面、报表画面、报警画面、历史数据查询画面等。

在流程图画面中(见图2)，根据流程图当前批示颜色和闪烁状态可以确定现场各条生产线此时所处的工作状态。例如，退火流程图监控下的圆形回退指示块此时显示为红色且不断闪烁，说明淬火生产线上的钻杆正处于回退操作中。

本着技术、配置合理、操作维护简单、节约投资的原则，基础自动化采用电仪一体化的可编程序控制器（PLC）进行控制，铸机本体设置操作站和操作台。三电（电气、仪表和计算机）自动化控制系统设计拟采用网络控制技术，其基础自动化级设计方案，是集自动化技术、计算机技术和通讯技术为一体的控制方案。

2、方案的研究和确定

基础自动化级采用以 PLC 控制装置为（电控和仪控），根据控制功能区域划分为分散式的控制单元，采用典型的远程I/O，这样可以大量节省控制电缆和施工费用。每流仪表柜、阀柜、控制操作台（主操作台、拉矫切割操作台、出坯操作台）分别设置远程I/O站，实现分散远程控制，系统简单。仪表检测和控制亦采用 PLC 控制装置，完成过程参数设定、采集、监视及回路调节。通过软件组态编程实现过程控制所必要的全部监控功能。从而满足工艺模型自动控制、工况监测、生产、介质消耗计量等要求。从而满足工艺模型自动控制、工况监测、生产、介质消耗计量等要求。

整体自动化信息系统由四级构成：4级，公司生产信息管理系统；3级，生产控制计算机系统；2级，过程控制计算机系统；1级，基础自动化系统。L4包括生产管理、物流管理、质量管理、技术管理、成本管理、销售管理和发货管理等功能。L3负责对各生产机组的生产组织和协调，是信息系统的枢纽。它接受L4的生产计划，下达生产指令。L2的功能包括铸机的物料跟踪、模型计算、参数设定、质量跟踪和班报表/日报表等。L1（基础自动化系统）由电气和仪表等控制系统组成，控制上主要包括逻辑/顺序控制、传动控制、回路控制，人机接口和数据通信等。过程控制计算机（L2）和HMI人机接口（含L1级）过程控制计算机系统，上连生产控制计算机系统，下接基础自动化系统。主要完成生产计划的接受、跟踪，生产节奏控制，生产实绩上传，模型计算，生产报表等功能。设置过程控制计算机的主要目的是实现快速有效的模型控制和信息管理。本着、适用、经济、易操作管理和可扩充的原则对二级计算机进行配置。HMI计算机监视操作站和PLC在开放的网络上进行数据采集和过程监控。操作站采用台式计算机，配置：。L2级和L1级操作站只是在功能上进行划分，而在物理连接上没有分别。

3、技术方案的特点

1. 运转模式

运转模式分为：送引锭准备模式，送引锭模式，浇铸准备模式，浇铸模式，尾坯模式,检测模式.

(1) 送引锭准备模式

送引锭准备模式，亦称准备模式。

用于线上设备的维修与调整，以达到浇铸前各设备处于待运转状态。此模式只能从尾坯模式后选择。

(2) 送引锭模式

送引锭模式铸机中有关操作的模式。此模式可以从送引锭准备模式后选择。

(3) 浇铸准备模式

浇铸准备模式，亦称保持模式。是引锭头进入结晶器后等待铸造的模式。从送引锭模式完成开始到开浇为止。此模式开始后，为了防止引锭下滑，1#~4#扇形段内弧驱动辊处于制动状态。

(4) 浇铸模式

用于正常浇铸。此模式只能从浇铸准备模式后选择。

(5) 尾坯模式

拉尾坯模式，用于浇铸末期对结晶器中钢液面进行封处理后进行的操作。只能从浇铸模式后开始。此模式包括重拉坯，即各种原因致使正常浇铸操作中断时的拉坯。

(6) 检测模式

有三种功能:a.辊缝测量 b.辊子旋转测量 c.外弧对弧测量

硬件采用AB公司产品，主要包括PLC模块、控制单元、通讯接口、HMI。每台操作站具体配置如下：

(1)工控机P4，主频2.8 GHZ，内存512MB，硬盘80GB,采用19"液晶显示器

(2)软件系统组成：编程软件RSLOGIX5000、过程画面编辑软件RSView32。

(3)系统网络结构

整个基础自动化采用可编程序控制器（PLC）进行控制，连铸机设置三套PLC和三套HMI操作站。PLC公用系统一台，铸流系统一台，仪控系统一台。PLC计算机之间将通过光纤收发器转换为100Mbps工业Ethernet网相连。PLC的主机与远程站之间连接采用ControlNet网络连接，变频器传动装置之间采用DeviceNet网络连接。

　4、软件特点

1756-L55 ControlLogix5555 Controller，具有以下特点：①无缝连接，易于和现有的PLC系统集成；现有网络的用户可以与其它网络上的程序控制器透明的收发信息；②快速性，它是通过背板提供了高速，而且它提供了一个高速的控制平台，提供了一个模块化的控制方法；③可升级，可根据需要，增加或减少控制器和通讯模块的个数，可在一个机架内使用多个控制器；④工业化，它提供了一个硬件平台，可耐受振动、高温和各种工业环境的电气干扰；⑤集成化，它建立了一个集成了多种技术的系统平台，包括顺序控制、运动控制、传动控制和过程应用；⑥结构紧凑，它适用于控制高度分散并且配电盘空间有限的应用场合。无论在控制速度上还是控制精度、抗干扰性、灵活性各方面都处于PLC产品的地位。

工业自动化控制系统所使用的软件平台，保证性能稳定，功能强大，bbbbbbs2000 professional 操作系统稳定，它成为工业自动化控制系统软件平台的。编程软件RSLOGIX5000能完成庞大的逻辑控制，采用结构和数组的符号化编程，以及于顺序控制、运动控制、过程控制和传动控制场合的指令集，可以随心所欲的实现各种控制要求。Controller tags中可以输入中文方便的进行程序注释。上位软件Rsview32，不但可以画出逼真的图形，它还将数据显示、模拟操作，数据库，实时趋势，历史趋势，报警，打印等功能紧密结合，的实现了生产的自动化操作控制；它能将数据库的数据按时间存放在数据文件里供历史趋势文件调用显示，这样就能把几个小时、几天，甚至几个月前的数据用数据曲线和具体数据的形式展示给工程师们，以便分析事故和改进工艺。因此，bbbbbbs2000 professional, RSLOGIX5000, Rsview32成为本次自动化控制系统的开发工具。

5、PLC控制功能

数据采集；

大包回转控制；

中间罐车控制；

抽蒸汽风机控制；

连铸机液压系统控制；

电动(气动)阀门控制；

结晶器机械振动控制（与机械设备成套提供）；

结晶器液面控制；

拉矫机传动控制；

引锭杆控制；

铸坯跟踪控制；