天津西门子中国授权代理商DP电缆供应商

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1 引言 

目前，我国造纸行业的控制系统主要采用集散控制系统(dcs)，控制器和现场设备之间靠大量的i/o电缆连接，不仅增加成本，而且降低了系统的性。 

控制系统传送4～20ma信号，并以此监控现场设备，这样，由于控制器获得的信息量有限，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能比较弱；另一方面也很难完成现场设备的动态监控、远程参数设定、修改等功能，造成造纸控制系统的信息集成能力不强和可维护性较差，影响工厂的生产效率，并给生产管理带来诸多不便。 

随着计算机网络技术的发展，串行现场总线通信技术已深入到自动控制的各个领域。应用这项技术可以将可编程序控制器、交直流驱动器、监控计算机、远程i/o及智能传感器等连接起来，实现分布式计算机控制，可提高检测和控制的精度，改善系统的动态响应速度，提高系统的性，因而建立基于现场总线的纸机控制系统成为解决这一问题的有效途径。 

profibus过程现场总线是一种全数字化的、串行、双向传输、多分支结构的通信网络，用于工厂/车间仪表和控制设备的局域网。profibus-dp是profibus过程现场总线协议的工厂自动化控制子集。因此其在纸机控制系统中的应用，将大大减少布线工作量与电缆投资，避免信号干扰，使系统，操作简便，监控直观。正是基于上述原因，山东中茂圣源纸浆有限公司纸板纸机项目工程中采用了profibus-dp现产总线技术，实现了该机组的通信及分布式控制，了良好的效果。 

2 纸板造纸工艺分析 

图1所示的纸板造纸机示意图中，可以看到该纸机是一种由多台设备组成的联动机。湿部包括浆料流送设备、网部和压榨部；干部包括干燥部、切纸机和理纸机。具有适合抄纸性能的浆料进入造纸机的浆料流送设备，经浆流分布器和流浆箱的分布和匀整以后，均匀而稳定的流送到运动着的成形网的网面上。浆流在网部逐渐地过滤、脱水，形成连续的湿的纸幅。当湿纸幅脱水到一定干度，便可以从网面剥离，送至压榨部继续脱水。压榨部是由若干组辊式压榨组成。湿纸幅是由压榨毛毯支托着，在压辊间用机械挤压的方法脱水。为了保持压榨毛毯的良好脱水性能，压榨辊上配设有毛毯洗涤装置。经压榨部后，湿纸幅的干度一般可达40%左右。然后湿纸幅经气垫式烘干箱进一步脱水。干燥后的纸板经牵引辊进入切纸机，经纵切由送纸辊进入横切部分，横切甩将纸幅切断送出。切断的纸经输送辊、高速输送带、低速输送带、压纸带送往理纸机。后打包称重，整个工序完成。

 
图1 纸板纸机示意图

2.1 稳速的要求 

造纸机由纸浆到形成纸张，需经过多个分部，因此是一个多单元的速度协调系统，各个分部间的速度要求严格配合，根据工艺流程，一般有以下关系：只要其中一个分部速度不稳，就会无法维持生产，纸幅不是断裂，就是松垮下来。如果整台纸机车速不稳，就不能保证纸张的定量(每平方米纸页的重量)不变。因此要求纸机的各分部都能稳速。但是，在实际运行中，有许多干扰因素破坏速度的稳定，例如电网电压的波动、频率的变化、负载的波动、温度的变化等等，对电气传动自动化控制的要求是克服这些干扰的影响，保车速的稳定。 

2.2 平稳起动的要求 

纸机中有的分部要求平稳起动，例如网部起动太快就会损坏铜网；干燥部传动惯量比较大，起动太猛会把机械连轴扭断，因此要求整个系统能平稳起动，而且各分部要能单起动和停止。 

2.3 纸机速度链 

由于各分部传送着生产过程中的纸张，根据造纸工艺的要求，各分部间要求达到线速度比例协调(相邻两个分部间的线速度比值应保持恒定)，地、地保持这个比例系数是保证产品质量、生产正常运行的重要条件，任何原因破坏这种比例协调，就会降低产品质量。同时，纸机的这种速度比例协调关系应在该变车速或停机后重新开机时继续保持，而不需重新调节。其次，这种比例协调应具有微调功能，以调节相邻两分部间的速差，避免纸张在传送过程中的松弛和绷紧现象，并且速度微调应该灵敏、，不应在调过程中有明显的滞后现象。比例协调关系如下： 

n1=k1(n0+δn0) 
n2=k2(n1+δn1) 
n3=k3(n2+δn2) 
n4=k4(n3+δn3) 

本系统中，采用profibus-dp过程现场总线结合plc程序来完成速度链的控制，避免了运算放大器的速度链给定环节的信号漂移，提高了稳定性。 

 
图2 纸板纸机系统结构示意图

3 工艺自动化系统设计 

3.1 硬件构成 

根据纸板纸机的工艺要求，该控制系统有profibus-dp构成单主从工作方式，如图2所示。主站选用siemens的s7-300 plc(cpu313c-2dp)，站地址设为2，实现总线通信控制和管理，完成周期性数据访问。网部、压榨部、干燥部和切纸机的各变频器(mm440)为从站，地址分别为3，4，5，6，7，8，9，10。现场触摸屏通过mpi口与plc相连，其地址设为1。上位机通过cp5611与主站plc连接，地址使用默认值0。理纸机部分的远程i/o(et200m)地址为11。主站plc与变频器及现场触摸屏实现高速数据通讯，完成整个纸机传动过程中的速度链、负荷分配、张力控制等功能。现场触摸屏实时显示各分布点的工作状态，监测各变频器的运行、故障状态，通过它可以对各传动点实现全部控制功能。plc实时的接受来自上位机和触摸屏的优化控制指令，自动调节各分部的速度以适应生产需求。同时plc将各分部的运行参数送往上位机，以便及时了解生产状况。整个系统采用profibus-dp现场总线控制技术，系统全部控制功能的实现都由现场总线通讯完成。只靠一条通讯电缆传输，省去了传统的线路接点。大大提高系统的性，节约了控制电缆。同时实现了从操作到控制的全数字化，杜绝了现场干扰对控制系统运行的影响。 

3.2 软件设计 

plc的编程使用s7系列的编程软件step7 v5.3，通过其对系统进行相应的网络配置，如通信端口的设置，站地址和速率的设定等；然后对主站s7-300进行硬件组态，通过配置，cpu313c-2dp可以各个变频器和et200m的i/o 分配地址，这样从编程角度来看，cpu313c-2dp队给从站的控制如同本机的i/o一样。 

step7 v5.3软件采用模块化结构编程，整个控制程序由ob组织块、fc功能块、db数据块等构成。控制字是现场总线系统控制传动单元的基本手段。控制字由现场总线控制器(plc)发送给传动单元，传动单元根据控制字的位编码指示作出相应动作。状态字是一个包含了状态信息的字，它由传动单元发送给现场总线控制器(plc)。组织块ob是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。不同的ob有不同的功能。本设计中组织块有ob1、ob20、ob35、ob82、ob86、ob87、ob100、ob121、ob122。 

ob1是用作主程序循环的，它用来设计主循环程序的结构；在用户程序延时中断ob20种调用了系统功能块sfc32(“srt_dint” 启动延时中断)、 sfc33(“can_dint” 取消延时中断)、sfc34(“qry_dint” 查询延时中断的状态)。ob35是程序循环中断组织块；ob82是诊断中断程序，诊断接受来自有诊断能力的模块；ob86是机架错误中断，ob87通讯错误中断；ob100属于启动组织块，是暖启动用的；ob121是程序错误组织块，ob122是访问错误组织块，属于故障处理组织块。ob1是主程序，主要完成系统的初始化、初始参数设定、调用子程序。fc是自定义的子程序块，包括网部控制、压榨部控制、干燥部控制、切纸机控制、理纸机控制、故障处理、数据采集与处理等功能块。数据块db用来存放用户程序运行所需的大量数据或变量，它也是实现各程序块之间交换、传递和共享数据的重要途径。在本系统中，上位机和下位机的通信主要是通过都区和改变下位机的db块来实现的。该系统共设计了8个db块，分别表示实际速度数据块、设定速度数据块、电流数据块、时钟背景数据块、报警数据块、实际温度数据块、设定温度数据块和纸板尺寸数据块。通过读取下位机的db块，上位机上显示相应的速度、纸板尺寸和报警等相应信息。通过触摸屏改变下位机相应的db块数据，就可以生产达到预期的目的。 

上位机采用visual c++进行画面显示设计，通过dll获得plc的实时数据，进行动画设计，数据管理，报表打印和故障记录和分析等。现场触摸屏通过siemens的hmi组态软件protool v6.0进行组态和编制画面。触摸屏画面是以设备图为底并分段细化。从触摸屏上可以轻松观察系统总图、各分部图，直至每个分布的传感器的状态。利用触摸屏提供的输入/输出、棒图、曲线图、字符、帮助信息、口令和画面切换等功能，可以观察和设定变频器的频率、转速及当前实际的频率和转速、纸机的运行状况等。 

4 结束语 

工程实践证明，本控制系统采用profibus-dp网络技术实现分布式控制，可以大大降低现场信号连接的工作量和费用，提高信号的传输精度与灵活性，降低系统成本，给安装、调试和设备维护带来方便。profibus-dp网络速度快、性高、开放性好、抗干扰能力强，适用于各种工业控制系统，是pc、plc与其他智能现场设备通信的优选网络

1 引言 

高炉鼓风机是高炉生产的一个至关重要的环节，目前安钢炼铁厂建有380m3高炉两座，配备有两台风机，分别为d1300高压离心式鼓风机和av-40全静叶可调式轴流风机。 

风机的运行情况随着高炉生产情况的变化而变化，同时也制约着高炉生产的顺利进行。随着120t转炉的建成，公司对炼铁的产量也提出了高的要求。为实现高炉稳产、高产的目标，公司对风机进行了改造，在保留原有av-40全静叶可调式轴流风机的基础上，增加了一套av45-12型全静叶可调式轴流风机，代替原有的d1300高压离心式鼓风机。 

为了适应高炉连续的生产要求，确保高炉产出高质量、高产量的铁水，势必要求鼓风机具有良好的处理突发事件的能力。考虑到风机和高炉的生产和方便操作，系统采用了计算机进行集中监控。 

2 系统配置 

轴流风机控制系统硬件上采用modicon quantum 系列140 cpu 671 60plc冗余控制，系统由两台操作站、以太网交换机、plc主站以及远程分站构成。其中冗余cpu构成主/备体系结构，对plc中数据处理和通讯提供了基于硬件的自动冗余，它可保出现故障时切换不会造成任何过程控制的损失。系统硬件组成如图1所示。

 
图1 系统硬件组成

新的quantum 140 cpu 671 60热备处理器设计用于要求有高性控制系统结构、不能出现系统停机的关键场合，能够实现无扰切换。这种模块有两项主要功能：plc处理器和一个专门用于冗余控制的协处理器。主/备体系结构对管理plc中数据处理和通讯提供了基于硬件的自动冗余。这种性的提高可以保证无间断的过程管理与确保控制的关键功能。主备两个plc之间的数据交换使用了cpu模板上标配的100mbps以太网端口。在每个扫描周期中对所有数据进行交换，而对系统循环时间只有程度的影响。 

另外在软件上，本次采用在unity pro 2.3编程环境中设计开发plc应用程序，在工控组态软件ifix4.0中设计编制控制系统hmi应用程序，操作站与plc之间通过工业以太网通讯。 

3 主要控制回路 

plc完成的主要控制功能：防喘振控制、定流量/定风压控制、逻辑联锁控制、润滑油控制、动力油控制、机组轴系监测及报警等。 

3.1 防喘振控制 

喘振是轴流压缩机固有的特性之一。形成喘振工况的原因是由于工况过了压缩机固有的允许范围，使气体不能顺利地从压缩机内部通过，在转子、叶片和静叶的表面形成气流分离，气流在压缩机内部呈紊乱状态，并同时产生强烈的振动和大量的热能积聚。喘振工况对压缩机具有很强的危害性，如不能及时，会对机组的转子和静叶造成损害，严重时，甚至可能导致转子和静叶全部报废。 

防喘振控制的基本原理是在机组接近喘振工况时，通过调整压缩机出口处的防喘振阀，使防喘阀打开至一定角度，以增加压缩机内部通过的流量，适当降低出口压力，使工况点远离喘振区域。 

在风机准备投运时，由陕西鼓风机厂对风机做风机特性试验和喘振试验，根据实测出的风机入口差压(δp)与排气压力p的函数关系得出风机的特性曲线和喘振曲线。如图2所示。

 
图2 风机的特性曲线和喘振曲线

根据风机的特性曲线和喘振曲线，在计算机中设定了报警、放散、紧急放风三个函数发生器。为确保风机运行，在实际中我们将喘振线平行下移2%、7%、10%得出三条同样形状的曲线作为防喘振调节系统的紧急放风线、放散线和报警线。系统的工作原理是：进口流量和出口压力经变送器测出送至计算机，经计算后得出控制防喘阀的pv值(即：测量值)，该值分别与函数发生器计算出对应流量下的报警值、放散值、紧急放风值(即：设定值sp)进行比较，当pv值达到报警值时，系统发出报警信号，提醒操作人员注意工况变化;当pv值达到或过放散值时，防喘振调节系统起调节作用，放散阀打开，使工况点重新回到放散线以下运行；若放散阀开启仍旧不能使工况点回到放散线以下，工况继续恶化，当pv值达到紧急放风值时，计算机输出信号使电动放风阀快速开启，实行紧急放风。 

3.2 定风量/定风压控制 

控制原理：轴流压缩机对风量和风压的调节是通过调整压缩机静叶角度的变化来实现。静叶角度的调节回路由内环控制和外环控制形成的串级回路组成。内环部分通过pid调节控制器完成：外环部分包括静叶位置变送器、静叶伺服控制器和静叶伺服机构。 

在内环控制部分，操作人员可选择定压力或定流量控制、手动或自动控制，对目标值进行设定，由pid调节器完成对压力或的自动调节。 

通过调节静叶角度的变化，可按工艺状态的要求增降压缩机的出力，在工艺对风量要求不大时，压缩机组的功耗负荷也随之降低，从而达到节能的效果。 

伺服放大器：在外环控制部分，静叶伺服控制器通过比较来自位置变送器和plc的控制信号，并输出伺服指令信号驱动静叶伺服机构，推动静叶承缸按方向动作，从而完成对风机流量、压力的控制。 

3.3 逻辑联锁控制 

压缩机运行联锁用于控制对压缩机启停和运行状态为重要的关键设备，主要控制对象包括主汽电磁阀、调速器、高压电气联锁(电拖机组)、可调静叶、防喘阀快开电磁阀、逆止阀。在机组运行过程中，各种联锁功能按一定时序相互关联，用以实现对压缩机组的联锁控制，以保证机组的。其功能主要包括：启动联锁、静叶释放、自动操作、逆流保护、联锁停机。 

启动联锁：用于保证机组在启动前具备的外部条件和内部状态全部符合要求。外部条件主要有润滑油温度(>20℃)、润滑油压力(>150kpa)、动力油压力(>11.0mpa)、静叶位置(全关)、防喘阀位置(全开)等。内部条件是指用于机组联锁的各种内部存储器的状态在开机前全部复位。 

自动操作：指机组在解除开锁后的工作状态。在机组启动过程中，可调静叶、防喘阀和逆止阀闭锁在位置，当达到额定转速稳定运行后，按下“自动操作”，机组解除闭锁后，向工艺加载送风，可调静叶、防喘阀都可以开始自动调节。 

逆流保护：在防喘阀调节的作用下，在机组接近喘掁时防喘阀自动调节，可保证机组工况不致达到喘掁点。考虑到特殊情况(如防喘阀调节失灵)，机组也有进入喘掁区的危险，所以设置逆流保护。这样在运行过程中自动判别机组是否发生喘掁和逆流用于在确实发生喘掁的情况下执行联锁，以确保机组的。 

联锁停机：当机组发生重大故障时，为避免造成重大设备事故，立即停机。联锁停机的外部条件主要是润滑油压过低(<60kpa)、动力油压过(<9mpa)低、主电机跳闸、轴位移过大(>+0.6mm或<-0.6mm)、压缩机持续逆流、手动停机。当以上任一条件满足，则启动联锁停机，联锁停机在关闭机组驱动能源的同时，将可调静叶、逆止阀、防喘阀自动诸锁在位置，同时并保持造成停机的原因，直至存储器复位。 

3.4 油系控制 

油系控制主要包括：润滑油系统、动力油系统以及电加热器的控制。 

润滑油系统设置两台油泵，互为备用，其中一台为主泵，另一台为备用泵，当油压低时，备用泵自动启动，油压的不足；当油压恢复正常、主泵运行正常，备用泵停止工作。动力油系统油泵也是如此工作。 

电加热器由plc控制，当润滑油或动力油温低时电加热器工作，当油温高时，电加热器接触器断开，停止工作。 

4 系统关键 

应用了modicon plc设计安钢380m3高炉自动化控制系统，具有如下一些显著特点。 

4.1 热备处理器 

硬件上新的quantum 140 cpu 671 60热备处理器，具有强大的处理和存储能力，并且双机热备具有率高性、易扩展特性。在生产过程中能够无扰切换，确保关键功能的性。 

quantum热备意味着： 

(1) 特制的cpu，热备功能不附加任何专门的硬件模块； 

(2) 热备时编程，系统参数仅通过一个对话框加以定义； 

(3) 清晰的操作模式，有cpu模块的微型终端、一台编程pc； 

(4) 主备两个cpu的应用程序可以不同，但这样也不会中断冗余连接。 

这样的热备可满足用户的生产率要求，这意味着管理系统性可以得到的，确保关键设备的运行。 

4.2 自动化软件平台unity pro 2.3 

软件上采用了施耐德电气新一代自动化软件平台unity pro 2.3编程软件，unity中提供了完整的功能和工具集，将应用程序结构对应到过程或设备的结构上，包括程序段、数据监视表、操作画面等等。联机修改，可以在保程序连续性的基础上将所做的修组，并在运行中一次直接传输到plc上，这样所做的修改可以在一个扫描周期中同时生效，通过减少停机时间缩减开发成本并优化运行。运行期间画面通过以图形对象的形式来表达变量状态，使得调试易于进行。unity pro在开发和兼容性方面提供无可匹敌的潜力，用户界面友好，使得开发软件容易，用户能够快速掌握易于降低培训成本。 

另外以ifix4.0监控工具软件开发的监控系统，能够很好地满足生产工艺的要求，同时调整、移植较为方便。 

4.3 ups供电 

在采用了plc双机热备的基础上，为进一步提高系统的性，以上设备采用一台ups供电，在主电源故障的情况下，保证风机正常工作，允许有一个小时的处理时间不会影响高炉的正常顺行。 

5 结束语 

安钢380m3高炉轴流风机自控系统自2007年12月投运以来，运行状况良好，检测精度高，抗干扰能力强，特别是防喘振曲线的在线显示和控制已在风机的和经济运行方面发挥了重要作用，表现了良好的实用性、稳定性、性、性，整个系统不但具有很高的自动化水平，而且充分满足了生产工艺的要求，对高炉的重要生产环节实现了集中的实时监控，为高炉的稳产、高产提供了良好的设备保证，为安钢集团公司的增铁增效创造了良好的条件

1 引言 

制动器是保证摩托车行驶的重要部件，现代高速摩托车均采用盘式制动器。盘式制动器性能的好坏对摩托车的制动性起着至关重要的作用，因此，对摩托车盘式制动器性能的检测，是摩托车制动系检测系统中的重要组成部分。为了保摩托车盘式制动器的生产质量，提高摩托车盘式制动器的制动性能，对摩托车盘式制动器的性能进行的检测。由plc和上位机结合的检测系统，精度高且简单。 

2 制动器结构及工作原理 

盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面为工作表面的金属圆盘，即制动盘，并被固定在轮毂上。其固定元件是由二到四个工作面积不大的摩擦块与金属背板组成的制动块。这些制动块及其助动装置都装在横跨制动盘两侧夹钳的钳型支架中，总称为制动钳[1]。 

液压制动器是利用杠杆原理和帕斯卡定律，通过传递并增大操纵力对车轮产生制动转矩和摩擦元件间的摩擦阻力，将行驶中摩托车动能转化为摩擦热能，再依靠摩擦元件吸收并释放热量，达到减缓车速或停车的目的。对制动手柄施加外力后，使手柄油缸中的制动液产生压力并通过油管传送到制动钳一端的油缸活塞上，活塞推动摩擦片夹紧制动盘而使车轮产生制动[1]。由此可见，制动钳的钳口力决定着制动器的制动能力，而钳口力与手柄位移和手柄力有关。所以从三个方面对液压盘式制动器的性能进行测试，即钳口力、手柄位移和手柄力。液压盘式制动原理图如图1所示。

 
图1 液压盘式制动原理示意图

3 检测系统组成 

本测试系统主要由检测台体、plc、上位机三部分组成，系统组成如图2所示。

 
图2 测试系统组成图

检测台体主要由检测台架、夹具、手柄力及钳口力传感器、手柄位移传感器、限开关、电机、气缸等组成[3]，是检测系统的基础。 

上位机是整个控制系统的，其主要利用良好的图形用户界面，显示手柄力及钳口力的大小和手柄位移等参数和对应的曲线，并且向plc发出控制指令。 

plc是该系统的下位机，负责现场高速数据采集(控制手柄的位置)，实现逻辑、定时、计数、等功能，通过串行通讯口向上位机传送plc工作状态及有关数据，同时从上位机接受指令，向警报器、打印机等发出命令，实现上位机对控制系统的管理，提高了plc的控制能力和控制范围，使整个系统成为集散控制系统。 

当按下启动按钮后整个测试过程由plc控制自动进行，气动执行机构推动制动手柄进行模拟制动，同时手柄力及钳口力传感器、手柄位移传感器获得的检测模拟信号传输到plc的模拟模块，plc通过rs485/232接口与上位机通信，plc把传感器的模拟信号转换成数字信号传输到上位机，显示器别显示手柄力及钳口力的大小和手柄位移等参数和对应的曲线，当设定电机运行时间结束时电机停止且反转使气动执行机构复位，限开关起限位保护作用，当气动执行机构推动手柄与限开关接触时，电机自动停止，若有出设定合格值，报警器会及时报警。 

4 系统设计 

主控制器采用西门子plc，s7-300系列plc功能强大，采用模块化设计，有处理单元(cpu)、各种信号模块(sm)、通信模块(cp)、功能模块(fm)、电源模块(ps)、接口模块(im)等，有多种规格的cpu可供选择。siemens s7-300，它是一种积木式结构，系统构成和扩展都十分方便[2]。 

3.1 系统硬件配置 

s7-300主要配置如下：电源模块选用ps3075a；处理模块(cpu)选用cpu313c-2dp；数字量输入模块(di)选用sm321 di16xdc24v；数字量输出模块(do)选用sm322 do16xdc24v/0.5a；模拟量输入/输出模块(ai/ao)：选用sm334。 

3.2 i/o定义与编程设计 

plc的输入、输出端子分配情况如附表所示。测试过程根据程序设计在开始检测以后自动完成，根据设定的测量值的，系统自动出不合格的产品并报警，1 引言 

我院与黄石科威自控有限公司已有多年校企合作历史，双方合作开办了“科威电梯班”引起行业广泛关注。在plc教学内容中引入黄石科威嵌入式plc技术，已成为我院plc教学的特色。电气控制线路中的改造是plc技术应用的一个重要领域，也是电气自动化、机电一体化等plc课程教学的重要内容。本文以绕线转子异步电动机转子串电阻起动控制线路改造为例，介绍了国产科威嵌入式plc在电气控制线路改造中的应用。 

2 科威嵌入式plc应用简介 

科威嵌入式plc已在国内外广泛应用于钢铁、汽车制造、石化、采矿、电力机械制造、环保及等各行各业，其应用大概可分为以下几类： 

(1) 用于开关逻辑和顺序控制。 

(2) 用于机械加工的数字控制。plc和触摸屏组合一体，可实现数值控制组成数控机床。 

(3) 运动控制。科威嵌入式plc对直线运动和圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，实现单轴、双轴和多轴位置控制，已广泛地用于各种机械、金属切削机床、机器人、装配机械、电梯等场合。 

(4) 用于模拟量检测和闭环过程的控制。科威嵌入式plc对温度、压力等模拟信号进行a/d转换，并实现闭环pid控制，已广泛地应用于窑炉、塑料挤压成型机、热处理炉、加热炉、锅炉等设备以及轻工、化工、冶金、电力、机械、建材等行业。 

(5) 通讯网。科威嵌入式plc通讯包括主机与远程i/o之间的通信、多台plc之间的通讯、plc与其他控制设备间的通讯、plc与字符屏，触摸屏，计算机一起可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。 

3 绕线异步电机启动原理 

3.1 控制线路 

三相绕线型异步电动机的转子回路可以通过滑环外串接可变电阻来减小起动电流，以达到提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。调节转子回路电阻的方法很多，分为分段调节和连续调节两种，分段调节有时间原则调节、电流原则调节、速度原则调节以及综合原则调节等，图1所示的就是典型的时间原则调节的绕线转子异步电动机启动控制线路。

 
图1

3.2 工作原理 

启动时，合上电源开关qs，按下启动按钮sb2，接触器km通电，电动机串接全部电阻启动，接着时间继电器kt1线圈通电，经一定延时后kt1常开触点闭合，使km1线圈通电，km1主触点闭合，将电阻r1短接，电动机加速运行，同时km1的辅助常开触点闭合，使kt2线圈通电。kt2经延时后，kt2常开触点闭合，使km2线圈通电吸合，km2的主触点闭合，将电阻r2短接，电动机继续加速，同时km2线圈的辅助常开触点闭合，是kt3线圈通电，kt3经延时后，其常开触点闭合，使km3线圈通电吸合并自锁，电阻r3短接。至此，全部启动电阻被短接，于是电动机进入稳定运行状态，同时km3的辅助常闭触点使kt1断电，依次使km1、kt2、km2、kt3失电。接触器km1、km2、km3的辅助常闭触点串接在km线圈电路中，其目的是保证只有当上述接触器全部都在断电状态，即电动机在全部电阻接入的情况下，方能进行启动。 

4 基于plc的线路改造 

4.1 plc选型 

根据设计要求、控制要求，选定plc的型号为：ec-08m08r，它是由黄石科威公司生产的e系列plc(与三菱fx2n系列兼容)，拥有8路输入、8路(继电器)输出，而本例实际只需要3路输入、6路输出，输出留有约1/3的余量，输入所留余量出1/3，满足要求：拥有8k步的内存容量，而本例用户程序的容量估计在20步左右，够用；支持内置canbus、485、232通信功能，有利于今后与其它设备进行联网通信。 1 引言 

作为可再生能源的重要分支，太阳能以其清洁，相对便利的使用也得到了飞速发展，其中的硅材料太阳能电池在近几年的发展尤为。硅片清洗机是硅材料太阳能电池生产过程中的重要设备，通过清洗机对原料硅片以及半成品电池的清洗保证了终产品的性能稳定和优良的质量。作为一种高度智能并且功能多样的设备，plc配合上位机的控制方式就成为这类设备的。 

2 系统组成及功能 

整个太阳能电池的生产是一个十分复杂的工艺过程，即使清洗工艺也需根据工序、产品的区别存在多种不同配方。同时作为工业化连续生产和产品生产状态连续传递的需要，硅片清洗机应准备足够的软硬接口与erp系统和前后工序设备进行数据通讯以保证生产状态的连续性。 

硅片清洗机的控制大致分为4部分： 

·机械手动作控制 

·清洗槽水温控制 

·清洗槽工艺控制 

·药品定量添加控制 

所有的工艺参数和状态记录全部存储于上位机，上位机可以对plc进行工艺参数的上传下载控制；并可以通过工业以太网接受上级设备传送的硅片相关产品编号，工艺标准，工艺配方等多种信息，同时将产品的相关信息传送至下道工序和erp系统。plc通过profibus上的外围模块进行模拟量、数字量数据的采集和相关执行器件的工作控制。 

3 系统网络结构 

3.1系统的组成 

系统由上位计算机wincc、s7-400 plc控制器、外部i/o链路组成。wincc和s7-300之间通过industrial ethernet网络连接，外部i/o、伺服驱动器、化学药品流量仪表通过profibus总线进行连接。s7-400通过编程软件step 7进行编程和机架模块及profibus总线网络的组态配置。 

系统结构图如图1所示。 

 
图1 系统结构图

3.2控制系统的特点 

安装有wincc软件的scada(supervisory control and data acquisition:数据采集监控系统)上位机通过工业以太网和plc(cpu-416-2dp)进行连接，利用工业以太网的高速特性将大量的设备实时数据从plc中读取，同时在生产的任何时刻都可以高速稳定的依据操作员的操作进行工艺配方的重新下载。具有大量数据的多个工艺配方存储在上位机的硬盘中，其数量只取决于pc机硬盘的内存空间，任何时刻plc只运行的工艺配方。这样可以大大节省plc的内存空间。各种设备的实时状态通过高速以太网从plc及时地传回上位机，通过wincc的报表系统将各种数据分类存档，供erp及下游下设备进行访问。plc通过profibus的各种外设i/o、伺服驱动器、流量计收集各种设备状态并对设备进行控制。 

(1)控制器 

系统使用的plc控制器为s7-400系列的cpu 416-2dp，cpu 416-2dp具有2.8mb的大容量运算内存，指令执行周期0.04us，大寻址空间16kb，其背板k总线提供了高速。强大的自诊断功能可以帮助现场调试的找到故障点并及时解决故障，通过扩展ip功能模块cp-443-1，cpu 416-2dp实现了工业以太网接口功能，使系统的实时通讯能力大大加强。 

(2)i/o模块 

系统并未选用西门子公司的分布式i/o模块，而是选择了德国倍福公司的分布式i/o模块，主要原因是同样点数的分布式系统，倍福公司的现场总线端子具有紧凑的布局和强大的功能。 

通过现场耦合器的一次简单运算可以帮助cpu完成一些基本的数学、逻辑运算，这样大大减轻了处理器的运算量，使系统的反应速度大大提高。其总线端子对模拟量的处理也有其闪光之处，强大的故障诊断功能，短线保护的判断，系统运行的稳定性都是选择其作为现场基础总线端子的原因。 

(3)上位机系统 

系统上位机scada界面软件采用西门子的wincc系统软件，此软件为西门子公司开发的基于bbbbbbs的上位机软件，用于开发和运行人机界面的应用程序。scada系统用来显示输送系统状态/报警信息。操作员可以凭此监视和控制设备的运行。 

scada系统经由industrial ethernet网络经由cp-443-1和cpu-416-2dp交换系统信息。scada 系统主动从plc信息，而plc是被动的，也就是说，当一个事件产生时，plc不会主动的发送信息到scada系统。所以，scada系统利用它本身的软件功能来实现事件信息记录和报警功能。 

(4)编程及组态软件 

cpu 416-2dp控制器编程采用step 7编程软件包，具有完善的数据处理、易于使用的i/o寻址方法、自由灵活的程序编辑环境、图形化的控制管理器及i/o组态对话框。 

3.3 系统网络设置 

系统所使用的profisbus是一个实时的现场总线控制网络，用于高速传送实时的i/o数据和控制指令，profisbus是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接换息，适用于传输中小量的数据。其物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤或无线传输。而工业以太网是为工业应用专门设计的，而且已经广泛的应用于生产和过程自动化，适用于大量的和长距离通信。其物理传输介质可以是同轴光缆、双绞线、光纤或无线通信。西门子工业以太网可以将控制网络无缝集成到管理网络和互联网。本例就是如此。 

通过西门子step 7的netpro网络组态软件进行profibus现场总线的组态配置，通过被组态器件厂家的gsd说明文件可以很方便的将其进行组态，经过简单的参数设置就可以完成系统的组态。在实际编程中设计人员可以将伺服驱动器、远端阀岛、流量计的参数可控制指令当作简单的数字量、模拟量进行编程，大大的简化了设计人员的劳动强的，缩短了设计周期。 

上位机的网络组态通过wincc和西门子公司的simaticnet软件实现对industrialnet支持，通过固定ip地址对plc，erp客户机上、下游几台客户机等ip站点的访问。和相关客户机归档数据的传输通过opc控件的使用实现，这大大减轻了程序员编程的时间；通过wincc自定义的通讯协议及外部变量实现同plc的实时通讯。 

4 控制系统工作描述 

上游设备在载片篮随传送带传送至清洗机上料台后，其上位机会将相关工艺选项号，加工号，批号等基本信息通过工业以太网实时传送给清洗机的上位机，清洗机上位机通过工艺选项号从硬盘数据库中调出相应配方并将其通过工业以太网传送至plc。 

plc在接到新的配方并进行确认后进行与设工艺流程。设备分为多种清洗槽，每个槽又可以实现一个或多个清洗功能，其工作顺序由配方决定，在清洗槽中的水温按照预设的配方工艺进行加温并保持，其pid控制使用西门子系统pid功能块实现。在清洗过程中水流的循环流速是通过水泵的变频控制器实现的，变频控制器的输出频率由plc按照配方要求运算后，通过profibus总线传送，变频器的状态和实际输出频率通过plc的系统功能块进行定期读取。机械手的位移是通过festo公司提供的s7功能块运算控制，控制方法是位置控制，通过将各槽的装、卸载位置通过相应功能的运算后传送给伺服控制器控制伺服电机运转，在程序里对机械手的状态进行控制和监视。反应时间、所使用的配方、工艺选项号、工号、批号通过opc模块传送给相关客户机。整个控制协调流畅，从而完成高度的自动化任务。 

5 结束语 

本系统是高度集成自动化系统，综合了plc控制、计算机、网络信息和现场总线技术.。特别是对通信有较高的要求，同时通信一直是工业控制中的一大难点，本系统正是利用了西门子公司提出的ti(totally integrated automation：全集成自动化)技术较好地完成了控制。从而也证明tia技术的成熟和完善。相信随着国家对信息自动化产业进一步发展，对自动化装备要求会越来越高，肯定会有越来越多的高度集成自动化系统设备面市。本系统于2004年7月投入运行，目前，系统运行稳定。为公司创造了较大的社会效益和经济效益。(end)

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