西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0保内产品

西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0保内产品

一、概述
现代化厂房、仓库、高层建筑施工及大型加油站等很多都使用了彩色钢瓦，甚至是琉璃瓦式彩色钢瓦，使得这些建筑的外观生动、漂亮。这些彩色钢瓦都是采用彩色钢板经压瓦机生产出来的。彩色钢板进入压瓦机，通过各种型状的辊轮，压制成各型状，通过切切成定量的长度。如果需要琉璃瓦状的，还可以压型。这样就可以做成各式各样的彩色钢瓦。
凯迪恩公司凭借的KDN-K3系列PLC，与压瓦机生产厂家合作开发出各种型号的压瓦机控制系统。下面介绍一种琉璃瓦型压瓦机控制系统。
二、工艺介绍
琉璃瓦压瓦机分为三部分，辊道成型部分、压型部分、切部分。
辊道成型部分是由电机拖动，链条带动各辊转动。压型部分是液压缸带动模具上下移动，可以把彩钢压成许多节，形似琉璃瓦。切部分是液压缸带动上下移动，可以把彩色钢瓦切断。
生产过程如下：彩色钢板进入辊道成型部分，成型后到压型部分，压成等距离一节一节的，切负责定长切割。
三、控制介绍
执行部分有变频器驱动电机，液压站电机，压型的两个液压电磁阀，切的两个液压电磁阀。
检测部分有：检测彩色钢瓦长度的脉冲编码器，压型的上下行程开关，切的上下行程开关，压型的上下操作按钮，切的上下行程按钮，急停开关，液压启停开关等等。
PLC选用KDN-K3系列的KDN-K306-24AR。它带有14个输入/10个继电器输出，刚好满足输入输出要求。再配KDN文本屏，可以完成参数设定，报警显示，帮助信息，生产数据显示等等。
压瓦机一定要用高数脉冲输入功能，KDN-K306-24AR高数输入性能优良，选AB相抗干扰能力强。并用定值中断功能，保证精度。
压瓦机有许多参数要设定，用文本屏设定。参数设定有设备参数和用户参数设定两种。设备参数有：单脉冲长、过冲量、压型距、压型时间、切时间等等。用户参数有：张数、长度、节、末节、节距、节数等等。
琉璃瓦压型机控制系统还能完成单板切割功能。
四、控制系统的特点
该控制系统操作简单，正常自动生产不需要先倒退，而是一次前进，压型，切割完成。
精度高，每片剪切精度小于0.1mm，满足工艺要求。
程序运行稳定，。
五、结束语
用KDN-K3系列PLC和文本屏为组成压瓦机控制系统，操作简单，精度高。受到用户的。现在这种控制系统已经替换了板机控制系统。用这种控制系统控制的压瓦机已经出口到国外

其功能特点如下：（1）控制功能。系统设有自动/手动两种控制方式。微机控制箱上有正常起车、正常停车、紧急停车、故障复位等按钮。当系统发生紧急故障时，只有当故障排除后按下故障复位按钮才能重新起车。在自动状态下，按下电控装置的正常起车按钮，启动主电机，安装在输送机驱动滚筒下的速度传感器发出脉冲信号，PLC内部程序计算出输送机速度和启动加速度。根据预先设定的启动加速度与实际的加速度进行比较，其差值经数据处理后，控制步进电机调节数字压力阀控制油压的大小，使启动加速度控制在设定值。（2）保护功能。①沿线故障保护。为了及时判断和处理故障，选用了故障地址识别装置，可将沿线闭锁开关发来的跑偏、纵撕、闭锁等故障及故障地址、停机信号进行显示和处理，并将信号用无电位接点的形式并行输出，供给PLC与其它控制装置。②电机温度保护。主电机定子绕组装入热电阻，变换成电流信号输入模拟量输入模块，CPU226把它换算成电机温度，和设定温度比较，检测到电机温即停车，转故障处理。③电机电流保护。主电机电流经过电流变送器输出电流信号，输入到数字输入模块，出电机电流过额定电流时就立即停车，转故障处理。

该电动平车系统主要由无线遥控器、NX7PLC、MM440变频器、拖动电机等组成。
（1）、遥控系统 无线遥控器上设置有6个按键，可以向PLC发送6个命令。分别是：前进一，控制高速前进；后退一，控制高速后退；前进二，控制中速前进；后退二，控制中速后退；前进三，控制慢速前进；后退三，控制慢速后退。
（2）、PLC系统 NX7 PLC接收外部的信号有：遥控系统的六个速度信号，作为控制变频器动作的运算信号；电锁信号，作为控制变频器电源的控制信号；限位信号两个，作为电动平车前进或者后退到限位置的输入信号；故障输入信号一个，来自MM440变频器，当变频器检测到平车故障时候给PLC信号，让PLC控制系统停止并发出警报；故障复位信号一个，当系统故障后，复位方可重新启动系统。PLC上给外部输出的信号有：给变频器的一组控制信号以控制变频器启动、停止、前进、后退、速度等；警示灯、警报器用于在系统启动的时候给周围人以警示；控制电机抱闸系统，当启动的时候松开抱闸系统，停止的时候抱闸以快速制动；报用于在系统有故障的时候点亮提示维护人员进行系统故障排查。
（3）变频器系统 变频器系统主要接受PLC的控制信号和把检测到的故障信号反馈给NX7 PLC。主要起着传动机构的启动、停止、调速、故障的功能。
（4）拖动系统 拖动系统主要由两个带电磁抱闸的电机作为拖动单元，一个主电机在正常情况下使用，还有一个备用电机在主电机出现故障的情况下作为备用，两个电机和变频器通过插头和插座方便的切换。

3、系统分析及拓展
整个控制系统的控制器为OEMAX NX7 PLC。这个系统选用了NX7-28ADR，它共有28个点，该系统中用了22个点，既保证了资源的利用率，又有一定的余量，所以该机型在系统中用得恰到好处。在使用过程中发现该PLC编程简单、资源丰富、运算速度快、内存大、体积小、运行性高等优点；另外该PLC有两个通讯口，且支持RS232和RS485，使得它既能和RS232的设备通讯也能和RS485的设备通讯。 它支持自定义协议和MODBUS通用协议，这就使得它能和绝大多数厂家的产品进行通讯，给系统的选型提供了很大的灵活性。它可以根据系统的要求大扩展到104点，支持继电器和晶体管输出。而具有这样强大功能的PLC和同类产品相比，价格却要优惠很多，这就给用户节省了大笔费用，提高了用户的市场竞争能力。

97年太钢引进的法国二十辊轧机、冷热不锈带钢退火线、光亮线等新装备，是扩大不锈钢生产能力、发展民族工业、增强不锈钢市场竞争能力，扩大不锈钢市场占有份额的重要举措。冷轧煤气混合加压站，是太钢不锈带钢退火线的配套设施，有加压机３台，气源为高炉煤气、焦炉煤气；由于生产线工况不稳而造成用量大幅度频繁波动；同时由于气源管网方面的状况较差，高炉煤气压力波动范围3～10Kpa，焦炉煤气压力波动范围1.5～6.5KPa；其波动有时频率很快，仅靠仪表调节产生震荡、用人工调节措手不及；经常出现长时间的低压，造成混压困难，使得保压力保不了热值，保热值保不了压力，甚至造成高炉煤气蝶阀关闭、机前负压的险兆。不稳的气源、多变的用户，使处于中间环节的冷轧煤气混合加压站成为矛盾的集中点和不锈钢生产质量的关键。原设计的仪表调节系统根本无法满足生产要求。
太钢于1999年6月成立了项目攻关组，经过几个月的艰辛努力，采用的德国西门子SIMATICS7300PLC、德国UNI公司热值仪、德国西门子变频技术，投入了全过程自动控制，实现了混合煤气热值、加压机后压力双稳定的目标，确保了不锈钢的正常生产，节能效益非常可观。
1 系统概要
改造后的系统构成复杂，仅调节阀就有九个，此外还要增加变频器，由计算机控制切换调节三台风机转速；增加热值仪，串级调节高焦配比。采用德国西门子S7-300 PLC可编程控制 器和 闽台研华IPC 610工控机构成DCS系统。S7-300PLC可编程控制器作为下位来实现所有信号的采集、运算、调节，其特点是：模块化、无排风结构、易于实现分布、运行、。CP5611卡为 S7300PLC与工控机的通讯接口卡。RS485物理结构和187.5K的波特率，传输距离可达50m，使用中继器可达9100m。
2 控制原理
本系统含四个调节回路：
2.1 热值调节
热值是用户气源的主要质量指标之一。
冷轧煤气混合加压站以高炉煤气为主气，它不可控制，取决于用户用量；焦炉煤气为辅气，要求控制其两道阀门,使高、焦配比约4：1，折合热值1350大卡。
2.1.1 “高焦限幅”辅热值
本回路为一串级、交叉限幅调节系统。以热值调节为主环，焦炉煤气流量调节为副环，加入了高焦煤气流量单交叉限幅。焦炉煤气流量的设定值不单单取决于热值调节器输出信号MV，而且受到高炉煤气流量的瞬时值的限制，即按高、焦理论配比值求出应配焦炉煤气流量值，乘以1.05和0.95作为MV的上、下限幅值MH1、ML1。
该控制思想一则使焦炉煤气流量调节器的调节量不至于过大，从而使高焦配比值在小范围内波动；二则使主环调节器不至于产生调节饱和，加快了滞后较大的主环的动态响应，改善了系统的调节品质。
对热值仪信号故障也有保护性，在实际的运行中，我们发现工人有时忘记了给热值仪过滤器排水，使煤气入口压力太低，燃烧不够，造成仪表信号显示偏低很多，即使焦炉煤气阀开到大，也不可能把热值调至“正常”，但此时热值调节器输出信号受到高炉煤气流量的交叉限幅，故在此三个信号中，终以上限值为焦炉煤气流量调节器的设定值，从而使焦炉煤气流量调节阀被约束在了一定的阀位，终使混合煤气热值波动稳定在一定范围内。
2.1.2 “双阀同控”避“瓶颈”
原设计一阀自动、另一阀手动，实际上两阀都在手动方式，因而常常顾此失彼，致使南、北阀位相差太大；若采用两路单的调节器，二阀阀位加混乱,当系统工况变化较大时，其中一阀就会成为调节的“瓶颈”；若采用双调节器进行调节，二阀各自进行动作，虽能使系统在某一阀位组合状态下稳定，但有可能造成二阀阀位相差太大，同样可导致“瓶颈”的现象。
对此采用单台调节器串调双阀的控制方案，即在计算机中设置一台软调节器，其输出信号给到两台手操器，同时带动两台电动蝶阀。为防止二阀同时动作造成调，将两手操器内的死区设置的有所差别，当调节器输出要求的阀位信号与实际阀位反馈信号出现偏差时，死区小的手操器（电动调节阀）动作，若偏差不大时，就能纠正过来；当调节量不够时，偏差增大，死区大的手操器（电动调节阀）也动作，加大调节力度，使系统回到稳定状态上。当系统出现较大偏差时，常会出现同时出二者死区范围的现象，则二阀一同动作，使偏差减小到一定范围，此时大死区的电动调节阀停止动作，剩余的小偏差靠死区小的调节阀来进一步精调到位。
总之，本控制思想避免了上述两种调节方法的弊端，使操作人员对两个阀位“知其一即知其二”，无须高度紧张地频繁操作，既提高了调节品质，又减少了工人劳动强度。
2.2 混压调节
混压调节表面上看来于用户的要求“无关”，实际中却扮演非常重要的角色，它既影响热值、又影响加压机后压力。可以说，混压调节不好，则热值调节、加压机后压力调节都无从谈起。
2.2.1 “水涨船高”调混压
本回路为一串级随动调节系统。在控制回路中建立数学模型，煤气混合压力的设定值随着高、焦气源的压力波动而自动计算设定，同时又加以上下限幅，使工艺操作变得加合理。从热值的稳定方面来看，机前混压能够随高、焦煤气压力波动而适时适度地调整，保证了焦炉煤气能够按所需的量顺利配入；从加压机后压力的稳定方面来看，机前压力变化范围不至于太宽，减少了对加压机后出口压力调节的干扰。混压调节就是控制高炉煤气的两道阀门，为了避免“瓶颈”，同样如上所述，也采用了一台软调节器控制两台电动调节阀的方式，减少对机后出口压力调节的干扰。
2.3 加压机后压力（变频）调节
加压机后压力是用户气源的主要质量指标之二。
本回路为一定值单回路调节系统。其设定值为13.5Kpa,当加压机后出口压力升高/降低时，增大/减小变频器的输出频率，从而改变加压机的转速，以“变”求“稳”。
在计算机和变频器上都设置了运行频率，从而保出口压不至于太低，也保证了自带油泵能够给出足够的油压油量，以免烧坏轴瓦。这两个频率运行下限是保证加压机设备、用户正常生产的两道防线。
2.4 加压机后压力（泄放）调节
这是加压机后压力调节的另一手段。
本回路为一定值单回路调节系统，其设定值为14KPa，当加压机后出口压力升高/降低时，增大/减小泄压阀的开度，以“泄”求“稳”。
2.4.1 变频、泄放“双管齐下”稳压力
通常，泄放调节器的设定值变频调节器的设定值，一般情况下，变频器“全权负责”系统的调节，而泄放阀处于关闭的“休闲”状态。当用户突然大减量，造成出口压骤然升高，变频的调节速度不足以使出口压降下来时（即出口压过14KPa），泄放回路立即参与调节。 泄放回路比例带、积分时间都设得很小，因而，动作很快，与变频“双管齐下”，可使压力降下来，保证了用户气源压力稳定，避免了以前类似情况下加压机进入喘振的可能，了设备。
在调节过程中，绝不会出现既保持加压机转速较高，又使泄放开启一定高度的“稳定平衡”状态。――这就是将设定值设得不同的奥妙所在。
综上所述,本系统在控制思想和软件编制上有许多新颖的特点：
(1)小偏差小动作、大偏差大动作，既加快了响应速度，又提高了调节精度。
(2)两阀在调节过程中，不会造成“瓶颈”现象。阀位死区大的南阀阀位“阶 段”性地跟踪死区小的北阀阀位。当偏差产生时，北阀“有错必纠”，南阀对北阀在调节中所累计的阀位变化不会坐视不管，而是“该出手时就出手”，大力度地“调一把”（当北阀阀位调到一定开度时效果就不显著了，此时取决于南阀的开度）。
(3)不怕“死机”、掉电保变频
软件多次调试后，寻找出一种方法，使得无论主机死机或PLC死机，或二者中任一掉电，或二者都掉电，变频器都运行在其保护下限频率上，加压机不会停机，保证了用户的正常生产。
(4)简单易“倒机”
通过软件的巧妙设计，使加压机的切换变得非常简单：将变频器输出频率下调为零，此时原运行的加压机处于停止状态，电流很小，可拉掉其开关，并马上再合上另一台备用加压机的开关，因变频器未停，3～4分钟即可调频加速到工作状态。当然二者切换期间，需关照冷轧关小烧嘴。
3 系统软件
控制系统在WIN98环境下运行，组态软件为STEP7 V5.0及Kingview5.0。
系统利用组态软件Kingview5.0的驱动程序与下位S7-300PLC进行 数据通讯， 包括数据 采集和发送数据/指令；下位S7-300PLC则通过 MPI卡与 上位计算机交换数据，每一个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通讯程序和组态软件构成一个完整的系统，保证了系统率地运行。
4 系统画面
系统监控操作画面多达20多屏，包括：方便工人操作的监控画面和为软件工程师提供接口的整定画面；形象直观的模拟画面；易于统计抄表的参数画面；便于追查事故原因的历史趋势画面；提供技术分析信息的实时曲线画面等等。
画面分为两大类：操作员画面、工程师画面
操作员画面向操作人员了各种数据、曲线、功能键，显示内容丰富鲜明、操作简捷。系统中画面的组态编制有很多新颖之处，其中模拟画面中九个调节阀的阀位均可以从画面中翻板示意的角度来得知，并在阀旁边给出了三位有效数字（一位小数）的百分开度，形象、准确地反映了现场阀门的实际开度，使操作人员感到熟悉亲切；系统共有三台加压机，通常开１备２，为了准确反映各加压机的运转情况，该画面中设置了加压机动态旋转叶片，运转的加压机其叶片在旋转，备用的加压机无叶片显示，故操作人员可以清晰明了的看到三台加压机的开备情况；因加压机的转速与变频频率成正比，所以加压机中的旋转叶片的转速随变频器的频率大小而改变，频率大时，旋转叶片转速大；频率小时，旋转叶片转速小，动态显示十分逼真；在整个系统管网的各个控制点均有相应的采集数字显示，真实的反映了各个控制点的瞬时值，总之，画面中三大管道走向明了，主体设备位置确切，工作状态形象生动，各种参数“就地显示”，整个系统运行工况集于一屏，一目了然，实为操作员、技术员所喜爱的主画面之一。
工程师画面：为软件工程师提供了进行系统整定的良好界面，是工程师在调节中进行参数修改和设定的重要环境，也是自控系统的。
5 结束语
该系统自投运以来，在生产正常的情况下，热值稳定在6.0左右、压力稳定在13.5Kpa左右，满足了用户的要求，同时变频运行于30～40Hz左右，泄放阀一般处于关闭的状态，大大减少了泄放煤气量和净焦煤气量，达到了预期的生产、提高产品质量、节能降耗的目的。系统的控制思路和方法十分新颖、特，是太钢乃至全国各大钢厂均未采用过，这些特的控制方法为所有钢厂的煤气混合加压站提供了新思路，也为节能、降耗的实现树立了榜样。

系统由3台PLC、4个工程师站和8个监控站组成，基础控制层采用Quantum 140 系列PLC，采用Modicon 公司工业控制局域网络（Modbus Plus）。令牌总线结构，通过PLC上网络接口模板（Controller bbbb System）与工程师站或监控站的网卡进行通讯，对等通讯方式及远程I/O扩展。传输速率为1M pbs，传送介质为屏蔽双绞线。系统具强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、体系结构可扩展的特点，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通讯模板、电源和底板等。监控系统（HMI）采用Inbbtion公司的iFIX3.0软件，实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。iFIX3.0支持其于因特网的远程在线组态，嵌入式VBA(Visual Basic For Application)。操作系统为bbbbbbs 2000，编程软件采用Concept2.2，它支持５种IEC标准语言，系统提供了派生功能块(DFB)，并可在Concept2.2应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改DFB功能块即可。

３　系统功能

３．１电气控制
根据工艺要求和现场实际情况，系统从整体为机旁操作和计算机联锁运行。机旁操作是指操作人员在现场操作箱上进行设备的启动、停止及设备运转速度设定。当一台设备于机旁操作状态时，不再参与系统的其它联锁。计算机联锁运行是指处于自动运行的所有设备每一时刻都参入各自联锁条件，如运行联锁、工艺参数联锁、启动或停止顺序联锁等，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带堆料。以配料系统为例，阐述控制原理。圆盘配料工艺简图如图2。


在圆盘配料系统中，给料量主要由圆盘的转速决定，并且与圆盘的转速成线性比例关系。采用西门子数控直流调速装置（6RA70系列），来控制圆盘电机的转速，由PLC设定参数作为数控调速装置的给定信号来改变瞬时流量。料流检测由核子称（JR2系列）信号与主皮带信号换算得出，作为该圆盘系统的反馈信号。累计流量Q =K*T*∑G，G为瞬时流量，T为皮带速度，K为比例系数。根据每一采样时刻的瞬时流量计算出采样时刻段时间（10S）的平均流量，将其与上位机流量给定值比较，得出偏差，然后进行PID运算，得到控制量，后通过D/A模板输出4~20MA的直流信号，作为直流传动控制单元的给定值，改变电机的转速，达到控制物料流量的目的。

3．2仪表控制

（1） 信号的采集与处理
利用Concept软件特有功能，针对不同的模拟量输入信号和不同参数需要，分别编制了工程量转换、数字滤波、偏差、上下限报警等各种信号处理的DFB，在控制程序中可直接调用这些功能块。实现了混合料矿槽料位测量及上下限料位报警，混合料温度的检测，煤气流量、氧气流量的累计及瞬时显示，煤气与空气压力测量，低压报警及低压煤气切断，负压测量与显示，烧结料层厚度检测。实现了抽烟机入口流量检测，进口废气负压、温度测量，电机轴承及定子温度测量和温报警等。

（2） 点火炉温度控制
点火炉燃烧控制是烧结工艺的重要环节，有比例自动控制和单回路控制两种方式。当选择比例自动控制时，计算机以点火炉的炉温为主调参数，以煤气流量和空气流量为辅调参数。由温度调器的输出作为煤气流量调节器的设定值，温度调节器的输出经配比计算（空燃比）后作为空气调节器的设定值，然后进行PID调节，实现煤气调节阀和空气调节阀开度的自动控制。当选择单回路控制时，根据现场输入流量的设定值，与实际测量值进行单回路PID计算，分别控制煤气和空气流量调节阀，分配其流量来控点火炉温度

4 系统特点

（1） 实现了三电一体化。该系统现场检测信号直接进入PLC，电气控制去掉了中间联锁。操作方式分为自动和机旁，取消了控制室内操作台、模拟屏及显示表，改为CRT监控，所有数据全部在上位机上显示，用鼠标和键盘操作。

（2） 建立了3台烧结机的局域网。通过网桥使4#烧结机的PLC系统与3#、5#烧结机的PLC系统实现数据交换，从而实现对烧结生产线的统一监控。

（3） 故障报警及自动生成报表。当出现故障时，监控画面将以警示色提醒用户，同时控制柜发出电铃报警声，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印很方便，自动生成日报、月报及旬报。

（4） 通讯及电源模板冗余，保证了系统的性和稳定性，有效地减少故障停机时间。仪控系统采用的检测方式，大量使用智能仪表和智能执行器，使设备检测趋于智能化。

（5） 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。