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    ZJL、DJL、DDCL和SJCL分别对应纸浆量(瓦楞机)、堆积量、订单产量和实际产量，根据以上量的测量数值对粘合机和瓦楞机速度进行相应的调节。

    在控制级和管理级软件基于bbbbbbS NT平台，采用易学易用的Visual Basic6.0进行编程，其中采用ActiveX、OPC、 TCP/IP等通用技术和标准，用户可以方便的与其他软件系统进行自由通讯和进行功能扩展。控制级操作站检测画面主要有总操作图、瓦楞机监测图、粘合机检测图、过胶机监测图、修边机监测图和横切机监测图。管理级终端包括订单管理画面和出货管理画面等。

4 系统功能

    在软硬件基础上实现的瓦楞纸板生产线监控系统功能如图3所示。监控系统功能分为监控和管理功能。监控主要是工况显示和生产操作，管理主要是订单管理和出货管理。

    4.1 工况显示

    在控制级的操作站以及管理级的终端机中显示现场采集来的生产线状态数据，主要包括：生产中的纸板品种，尺寸规格;现时各机组生产速度、电机电流;瓦楞机原纸堆积量;粘合机出纸量、各段温度;现时的实切张数，订单的总张数，还欠实际张数;成品，不良产品的数量(不良品人工输入)原纸剩余长度等。显示方式包括数字、柱状图和趋势图等。在此基础上进行速度、电流、温度、堆积量等过限报警。

 
图4  监控系统功能框图

    4.2 生产操作

    根据现场的信号，软件可以自动对生产线进行相应的控制，主要有：

    (1)正常情况下，以粘合机作为主机进行全线单一速度的控制，其它机组能根据自身的工艺要求适应性的同步加速或同步减速。

    (2)自动侦测瓦楞机纸板堆积量并能自动调节相应机组的生产速度，当堆积量过上，自动增大粘合机以及其它相关机组的速度。在紧急情况下，可以对生产线进行紧急减速。

    (3)根据管理人员输入的产品规格，在订单执行初期自动调节修边机、横切截的线，并能够在生产过程中自动调整。

    (4)由订单的总张数和尺寸，自动运算出所需生产的总米数，各主要机台便能因自身的实际机组距离，生产出相应长度的楞纸。

    同时软件设置了自动和手动两种控制方式，工作人员可以在手动方式下根据情况对生产线进行相应的控制。

    4.3 订单管理

    订单管理是在生产操作功能的基础上实现，其主要功能有：

    (1)管理人员可以在办公室终端机输入当日之订单，包括接单日期，订单号，客户类别，纸质，纸宽，交货日期等数据。根据纸质，纸宽打印各月份接单统计表。

    (2)根据订单所要求的纸质，交货日期以及生产线状态，监控程序可以自动执行新订单。同时工作人员也可以根据情况，手动让系统执行新订单。

    (3)实时记录订单的完成情况，根据订单完成情况，定期打印订单生产情况报表。
    同时在数据库服务器中设置了用户权限，因此可保证定单数据的。

    4.4 出货管理

    出货管理主要将已安排生产的订单以挑选方式排出作为出货定单。管理人员输入出货单之运费价格、车号、装车时间、装货规格品种、数量等，并列出当日或当日货运明细表。同时包括单的输入、正和删除等。

5 结束语

    嘉隆瓦楞纸板生产线DCS采用3级结构，采用Ethernet与现场总线相结合的方式进行数据通信，大量采用冗余技术，实践表明，该系统开放性和容错能力高，系统重新定义容易，可扩展性和可维护性好。采用以实时内核为基础的系统软件，进行系统的功能定义和采制算法程序的编写，系统的稳定性相对较好。

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 在应答帧中，字节数是指主站要求从站发送的内部寄存器数据的字节数，寄存器1、2…n是指发送的各寄存器的内容，CRC校验与命令帧中的含义相同。

    后需要说明的是，RS-485总线仅用作数据采集，控制信号由PLC的数字量输出模块SM322输出，经过信号线传输到空压机自身的控制继电器，这是由现场的实时性要求决定的。如果控制信号也由CP341模块发出，就需要经过RS-485总线传输到Delcos3100控制器，再由Delcos3100控制器控制空压机的控制继电器；而采用硬接线的方式直接传送控制信号到空压机的控制继电器，就大大缩短了系统的控制响应时间；同时，RS-485总线能够以快的速度采集实时数据。

    3.2 触摸屏通讯

    PLC和触摸屏之间的通讯二者均为西门子的产品，通过MPI电缆连接PLC的MPI通信口和触摸屏的RS-485通信口.组态时对相关通讯参数如所要连接CPU的MPI地址和槽号等进行定义，选择接口类型为MPI，将波特率设置为187.5kbps进行简单的组态操作即可实现通讯。

    3.3 上位机通讯

    在PLC和上位机之间的通讯中，PLC通过以太网模块CP343-1接入工业以太网，上位机通过网络实现远程监控功能。选择接口类型为工业Ethernet，通信速率为100Mbps，设置PLC和上位机的IP地址。

    4、软件设计

    系统的控制要求如下：手自动转换开关为手动状态的空压机，仅受其Delcos3100控制器控制，以方便机器检修和维护，此时PLC只能采集该Delcos3100控制器中的数据而不能控制空压机；手自动转换开关为自动状态且远程控制无效的空压机，将由PLC进行集中监制，PLC根据风压的变化来决定投入运行的空压机台数，维持风压能够满足井下用风的需要，并且依据空压机运行时间的长短使它们轮换工作；当触摸屏上的远程控制设置无效时，上位机只能监测到空压机的运行状况而没有控制权限，当远程控制有效且手自动转换开关为自动状态时，空压机将只受上位机远程控制。

    4.1 PLC监控程序设计

    开发环境为SIMATIC STEP7 V5.3 SP2编程软件包，它采用结构化程序设计，程序可读性强，调试和维护方便。

   PLC控制程序主要具有以下功能：

    （1）自动轮换运行。PLC根据总线采集的信号进行综合判断，然后发出启动、停机、加载、卸荷、报警等控制指令，监控空压机组自动运行，使得总管压力维持在设定的压力下限值和压力上限值之间。若风压压力下限值就增加空压机运行的台数，若风压压力上限值则减少空压机运行的台数，达到既满足井下用风需要、又可以降耗节能的目的。

    空压机连续运行8小时后机身温度会很高，需要停机休息，用于散发自身的热量，以保证机器不受损伤。因此，空压机需要进行轮换工作，以保证空压机运行，延长设备使用寿命。PLC根据运行时间将受控于PLC的空压机进行排序，建立开机序列和停机序列，当需要增加空压机的运行台数时，PLC将启动总运行时间短的空压机；当需要减少空压机的运行台数时，PLC将停止本次运行时间长的空压机。

    （2）延时启动和延时停机。PLC自身具有较强的抗干扰能力，但由于现场条件、电网、用风量等各种复杂因素的影响，电机电流、电机电压等受到干扰将产生误报警；如果总管压力的扰动发生在压力下限值或者压力上限值附近，将它们作为一般工状处理就会出现频繁启动、停机现象，影响设备的性和使用寿命。因此，需要对发出动作指令的起因信号作适当的延时处理，以扰动，防止误动作。

    （3）智能保护。空压机主电机在启动时，启动电流为额定电流的5～7倍，对电网和其他用电设备冲击很大，同时也会影响空压机的使用寿命，所以，空压机不宜频繁启动。为了使系统能够对用风状况进行准确判断，并据此控制空压机的启动，在井下用风高峰期空压机启动较频繁，当两次启动时间间隔小于预先设定的值时，将保持空压机持续运转而不停机，当连续两次加载间隔时间较长时，可认为用风高峰期已过，空压机投入间断运行状态。另外，对电机电流、电机电压、排气压力、进气负压、运行温度、油温、油滤压差等重要参数进行实时监控，出现异常及时进行故障报警，并作出处理。

    4.2 触摸屏人机界面设计

    选用与触摸屏TP270配套的组态软件Protool/pro设计界面。画面包括：（1）主画面：空压机组的运行状态以及主要参数的显示。（2）数据报表：实时数据汇总显示，并可查询历史数据和总管压力曲线。（3）运行设置：设置启动远程控制是否有效；设置自动启动、停机、加载、卸荷的压力阈值；设置时间参数、报警参数等。（4）报警查询：查询报警详细信息。（5）系统管理。

    4.3 上位机监控程序设计

    上位机软件选用西门子公司基于bbbbbbs环境的组态软件WinCC6.0版。主要由监控画面、实时报表、历史数据、报警查询、远程控制和系统管理界面组成

    1、桥式起重机拖动系统

    1.1 桥式起重机的运行机构

    1）大车拖动系统拖动整台起重机顺着车间方向左右移动（以司机的坐向为参考）

    2）小车拖动系统拖动吊钩及重物顺着桥架作前后运动。

    3）吊钩拖动系统拖动重物作吊起或放下的上下运动。大型起重机（过10t）有两个起升机构:主起升机构（主钩）和副起升机构（副钩）。通常主钩与副钩不能同时起吊重物。

    1.2 负荷特点
   
    桥式起重机的拖动系统负载都属于恒转矩性质，且其起升机构为位能性负载，当起升机构起吊重物下降或者快速减速运行时，电动机处于再电制动状态。需要将电能通过反馈装置反送给电网或消耗在制动电阻上，以防直流处的泵升电压影响制动效果。

    1.3 控制要求

    1）起升机 构要求起动转矩大，起动运行平稳。能够实现正反行且要有载、限位、限流等多种保护。

    2）起升机构在启停过程中易出现“溜钩”问题。
   
    由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的动作过程需要时间（约0.65），而电动机转矩的产生或消失，是在通电或断电瞬间就立刻反应的。因此，制动器和电动机在动作的配合上易出现问题。如电动机已经通电，而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载;反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。因此要有相应的防止措施。

    起升机构中要械制动器。起重用变频器具有零速全转矩功能（又称零伺服功能，即零速时电动机仍能输出150%的额定转矩，使重物停在空中），但是若重物停在空中时出现电源瞬间停电等情况，就会有重物下滑的危险。因此，电动机轴上加装制动器。常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。

    2、PLC、变频器的系统应用

    2.1系统配置

    1）变频器。桥式起重机的平移机构对拖动系统的性能要求不高，为了节省成本，选用V/F控制方式的通用变频器即可满足要求。
   
    起升机构要求有较高的起动转矩和调速性能，采用带速度反馈的矢量控制型变频器。这类变频器种类很多，本文以安川VS一616G5 变频器为例分析。
   
    该变频器具有零速全转矩功能，这就保证了吊钩由运行状态降为零速时，电动机能够使重物在空中暂时停住，直到电磁制动器将电动机轴抱住为止，从而防止了溜钩。

    2）PLC可选本三菱的FX卫N一08MR。

    3）平移机选用普通电机；主副提升机构都采用变频电机
   
    并装有光电编码器，变频器附有PG一理速度反馈控制卡与光电编码器相连接；为了保证足够的启动和运行力矩，主提升机构的变频器一般比电动机容量放大一个等级（若电动机为90KW，则变频器的容量可选110KW）；变频器的制动单元应加大一个档次，以便允许有较大的制动电流，缩短制动过程；制动电阻的额定功率应加大一倍。

（一）读取单片机的信息
    根据空压机控制器内单片机的相关通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据，通过以三菱PLC中的串行RS通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。
    在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。
    （二）向单片机中写入相关信息
    整个写信息部分分下面三块：
    a. 逻辑判断运算部分
    供气压力是系统各种运行状态改变与保持的指标。压力小于供气压力要求下限就要多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
    按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。
    为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，然后需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作
    由于我们对故障进行了分类，所以可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：
    1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）
    2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）
    没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）
    对故障分类的控制策略是很有的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。
    b. 数据帧结构部分
    在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。
    c. 通讯指令发送部分
    指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。
    客户还要求机组顺序可以乱，但是顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱所以只能把放到依照固定顺序排列的寄存器里面去，打乱这些寄存器里面存放着的的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，然后根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组寄存器的后面寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退。

四、总 结
    空压机系统联控可以根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。有效保持了系统内空气压力稳定。调整了整体的负载平衡，减少了排气放空，节约了多的能源，提高了监控系统的有效性，真正实现了无人自动化操作。

联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，而固定模式的启动顺序是保持不变的。
    工控机选用研华工控机，软件为昆态公司的MCGS组态软件。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。
    1#PLC和2#PLC分别使用三菱FX2N为两个空压机站的控制完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；
    由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台三菱PLC，通过FX系的485通讯扩展模块能方便地与其通讯可以改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。

二、设备工艺
    PLC控制部分是系统的部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
    就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。所以在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。

   1、引言
   
    电加热控制是工业中十分常见的控制项目。加热控制中以温度控制为多见，此外，一些设备需要调节加热器的功率来满足工艺要求。加热器的输出功率与通过其两端的电流和加热器本身的电阻有关。在许多应用场合，加热器的功率调节采用调节电源电压来实现，常见的有变压器方法控制简单，但增加了成本投入，不方便自动控制，而且在大量加热器功率需要单调节的场合就无法完成。另外采用在运行中通过改变加热器的电阻这种方式来调节功率在硬件上难以实现。

    2、热弯炉加热的控制要求
   
    在汽车玻璃深加工设备中，玻璃热弯炉加热控制就是加热器功率调节控制的典型案例。热弯炉为使平板玻璃加热弯曲成有球面的汽车前挡玻璃时，根据不同的需要对玻璃四周的加热功率通常要调得大一些，达到加热器额定功率的60%-**，以使玻璃四周弯曲弧度增大；而对玻璃中间的加热功率通常要调得小一些，达到加热器额定功率的0%-65%，使玻璃的弯曲弧度过渡变得平滑。
   
    在不使用变压等其它装置的情况下，笔者通过试验，总结出利用plc晶体管输出通过固态继电器控制加热器的导通时间，来自由地调节加热器的输出功率的新的有效尝试。事实证明，这种方式不但节省了成本，而且控制简便。下面从理论析如何实现用plc对加热功率进行自由调节控制。

    3、控制原理
   
    为说明其控制原理，我们先从交流电说起。一个周期内平均值为零的周期电流(或电压)叫做交变电流(或电压)，随时间按正弦函数规律变化的正弦交流电。我国和世界上大多数国家，电力工业的标准频率，即所谓“工频”为50hz。根据正弦的电频率公式f=1/t，可知，它的周期为0.02s，它的角频率为ω=2πf=100π，即工频每秒100次到达正弦量零值(正弦量一个周期内瞬时值两次为零，规定瞬时值由负向正变化之间的一个值叫做它的堆值)。也就是说，在1秒的时间内，相位每增加1πrad(弧度)，正弦量经历了半个周期，占整个1秒时间相位角的1%。这就可把1秒钟时间内经历的周期分为100等份，每半个周期为1份。这样，如果能有一种控制器，以1秒钟作为一个循环周期，在1秒钟的时间内使加热器只导通0.01秒，那么，它输出的功率就占整个加热器额定功率的1%；如果在1秒钟的时间内使加热器只导通0.02秒，那么，它输出的功率就占整个加热器额定功率的2%，依此类推。由此可见，通过对加热器的导通时间控制，就可达到对加热器功率调节的目的。这种控制器可由plc晶体管高速输出实现。plc晶体管输出单元通过输出周期为1秒的脉冲，改变脉冲状态为1的时间，从而控制固态继电器的导通时间，来实现plc对加热器功率自由调节。

（3）上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，而且系统故障率低，性高，操作简便，控制功能和精度满足生产工艺要求。

3 监控系统方案设计

    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

    16工位双面轴承加脂加盖机器的电气控制系统是整机系统的一个重要组成部分，其中各工位的开或关选择是保证控制系统整体性能的关键所在。根据各工位的具体控制要求，本文采用可编程控制器和触摸屏相结合的控制方案。其中PLC完成对各工位接近开关、传感器信号的采集和逻辑运算，实现对各电磁阀、步进电机等输出装置的动作控制；触摸屏实现各种参数的设置、显示以及故障报警。