宁波西门子中国一级代理商交换机供应商

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1 引言

大连金牛股份有限公司环保治理工程——电炉除尘项目，由日本新日铁株式会社和无锡东方环境研究所合作完成。该项目采用炉盖四孔直排和屋罩相结合的除尘工艺，电炉产生的烟尘，绝大部分通过直排系统，即经过电炉四孔，水冷滑套，燃烧沉降室，水冷管道，再经增压风机排出；另一小部分通过屋罩排出，两股烟尘在除尘器前汇合，经除尘器净化后由主风机排出。整个工艺过程根据电炉工况采用自动控制，大大降低了工人的劳动强度，改变了冶炼时厂房内的烟尘污染状况，除尘效果十分明显。

2 自动控制系统的组成

除尘自动控制系统共分三大部分，分别由现场级（检测仪表、传感器和执行装置），基础自动化（PLC）和上位机组成。系统组态如图1所示。
现场仪表主要检测工艺过程参数和设备运行状态参数，PLC及分布式I/O通过数据扫描采集信号并进行数据处理，然后根据控制要求向现场执行装置发出控制信号，完成控制功能。上位机一方面接收PLC的输入信号，另一方面根据控制要求向PLC发出控制指令，对工艺过程实现监控，同时实现过程数据管理功能。

2.1 现场级

该系统中需要检测的工艺参数较多，包括温度、压力、流量、转速、振动等等，其中参与控制的主要参数有风门阀入口温度，野风阀前烟气温度，除尘器差压等，另外还有一些设备运行状态参数，主要是监视和报警作用。系统工艺控制流程图如图2所示。系统根据检测到的工艺状态参数以及电炉工况模式，通过PLC或现场操作箱对现场的执行机构进行自动或手动控制，如控制滑套、风门阀、二次阀、野风阀等的开度，控制主风机和增压风机组的转速以及除尘器清灰等动作。

2.2 基础自动化

该系统共有数字量信号180多个，模拟量信号30多个，采用西门子SIMATIC S7-300可编程控制器（CPU315—2DP），由于现场信号

比较分散，并且有些信号距离主站PLC柜较远，故现场另设一个分布式I/O站，通过Profibus—DP总线与主站进行通讯，系统PLC硬件配置如图3所示。

软件部分采用西门子STEP7 编程软件，模块化编程。系统主要控制过程有以下方面：

（1）主风机和增压风机控制：

根据电炉冶炼工况模式的不同，控制风门阀和二次阀的开度，调节系统风量。同时通过液力偶合器调节主风机和增压风机的转速，达到节能降耗的效果。

（2）滑套控制

根据增压风机风门阀前的烟气温度，自动调节滑套的开度，以控制直排系统风量和烟气温度，保护增压风机风门阀叶轮。

（3）野风阀控制

根据野风阀前烟气温度，控制野风阀的开关，从而控制进入除尘器的烟气温度，保护除尘器布袋不被高温烟尘烧坏。

（4）除尘器清灰控制

除尘器清灰系统分为定时和差压控制清灰两种，正常情况下，按照一定的时间间隔依次对除尘器各仓进行离线清灰。如果除尘器差压过大时，则系统自动缩短离线清灰间隔时间，以加快清灰速度。

（5）反吹气源控制

由于进入布袋的烟尘温度较高，为防止脉冲反吹时冷空气遇热凝露，使布袋拧结。需对气源进行净化和加热，使反吹气体保持在合适的温度范围内。

2. 3 上位机

系统上位机采用的是研华工控机，通过工业以太网与PLC进行远程通讯，通讯介质采用光纤，由网卡、交换机、光电转换模块、及PLC通讯模块组成。同时，该系统可与车间内其它工艺控制过程联网，组成二级网络，实现生产管理。画面监控采用西门子WINCC组态软件编程，界面友好，操作人员通过HMI可监控整个生产过程，并具有数据管理，报警和打印功能。

3 系统调试

系统安装完成后进行了调试，调试分冷调试和热调试。冷调试是在无负荷条件下进行的，热调试是系统通过冷调后，在有负荷条件下进行的。整个调试过程硬件部分和软件部分同时进行。

3.1 冷调试

冷调分单体调试和系统调试。单体调试是指对单个设备的运行调试，是系统调试的基础。包括所有的传感器元件、仪表输出、显示是否正常，参数调整是否正确，电机、液力偶合器、风机、阀门等执行装置，启动、运行状态是否正常。在PLC程序和HMI上监控它们的运行，出现问题及时排除，为下一步系统联调做好准备。系统调试是在单体调试结束后，所有设备运行正常的条件下，对整个控制系统进行的调试。包括系统中所有控制、联锁条件的调试，PLC控制程序的调试及HMI监控程序的调试等。

3.2 热调试

在系统冷调试结束后，进入热调试阶段，热调试是在带负荷的工况条件下，完成系统自动监控的调试。包括系统中一些重要的控制参数的调整。比如在不同的电炉工况下，直排系统和屋罩的风量是不同的，理论值和实际值总会有些差异，这就需要在实际生产工况下调整增压风机和主风机的转速，使其既满足排尘的要求，又节省能源。

4 结论

目前，该系统已投运三个多月，除尘效果良好，系统运行稳定。电炉正常运行的情况下，可不需人工干预，实现自动控制，与以前的除尘系统相比优势十分明显。实践表明，该系统的投入运行，改善了电炉炼钢对环境造成的污染，提高了生产技术水平，降低了能源消耗，收到很好的经济效益和社会效益。

1 概述
      随着交流变频控制技术的不断发展，交流传动系统得到了广泛应用，并逐步取代直流传动系统。特别是在120t转炉倾动装置传动系统中，该级别转炉的倾动装置，国内外一直采用直流电动机传动控制系统。济钢120t转炉倾动装置采用交流变频传动系统并成功。为120t及以上级别转炉倾动传动交流化提供了宝贵经验。为提高炼钢自动化水平,降低生产维护成本奠定了基础。
2 转炉倾动工艺设备概况
2.1 工艺设备结构
     济钢120t转炉炉壳为全焊接式固定炉底结构，转炉托圈为焊接箱形结构,其内通循环水冷却，转炉炉壳与托圈的连接,采用三点支承方式，此结构既能有效地在360º范围内支承炉壳又可适应炉壳的热膨胀。倾动装置采用全悬挂扭力杆平衡型式。由以下几部分组成:驱动电动机、一次减速机、二次减速机、扭力杆平衡装置和润滑装置等。扭力杆平衡装置是平衡转炉倾动时引起悬挂减速机(二次减速机)壳体旋转的旋转力矩平衡装置，通过扭力杆扭转来吸收扭矩并将扭矩转化为垂直的拉力和压力，通过扭力杆轴的固定轴承座和浮动轴承座传递到基础上,由于拉力和压力使扭力杆形成相反的扭矩,从而导致产生了吸收倾动力矩的效果。
     转炉倾动采用全正力矩方式,即转炉倾动到任一角度时都**是正力矩，确保转炉在360º回转过程中都是正力矩,事故断电时,转炉能够以自身重力自动返回垂直位置,从而排除翻炉泼钢事故的发生。转炉倾动驱动系统主要工艺设备参数:
转炉容量：125t 大：135t
大倾动力矩：300T.m
转炉折算到电动机轴上的大转动惯量：675kg.m2
机械齿轮速比：523
额定转矩：1700N.m
大力矩倍数：Mcr/Me = 2.9
倾动速度： 0.13—1.3 r/min
倾动角度： 0—360˚
加速时间：4S
变频电动机：4台 132KW YZP355S-8 AC380V 735r/min
电动机冷却方式：强迫风冷
倾动电动机附编码器： 1024P/R DC24V
倾动位置接近开关：4个
倾动装置制动器：YTD-2000/60
制动器电动机：4台0.55KW AC380V
转炉托圈耳轴端部编码器: 3600P/R DC24V
2.2工艺控制要求
120t转炉倾动机械设备采用4台交流变频电动机驱动，4台电动机采用4点啮合全悬挂形式，通过扭力杆装置进行力矩平衡。
转炉倾动控制系统的基本要求为:
(1)4台电动机同步启动、制动及同步运行,根据要求转炉可以在0.13～1.3r/min之间进行倾动速度调节,转炉可以做±360°旋转。转炉倾动时4台电动机负载应相同。
(2)当一台电动机发生故障,而转炉正处于吹炼状态,则剩余3台电动机降速运行维持该炉钢炼完,此时转炉速度控制在0.14～0.8r/min。
(3)当转炉正在出钢、出渣时,交流电源系统发生停电故障,此时利用UPS电源将4台制动器打开,转炉依靠自重复位, 转炉处于位置。
(4)当转炉出现塌炉等事故时,倾动机械的机电设备能短时过载,转炉以0.13r/min速度旋转,倾动转炉倒出炉内装盛物,然后进行事故处理。
(5)转炉为全正力矩设计,即在整个工作倾动角度内由0°～士180°方向倾动均为正力矩。
(6)电力系统应能记忆炼上一炉钢时,转炉转动0～180°的电动机参数,如电压、电流转矩等,本炉次转炉冶炼时,应将电动机当前参数与上一炉钢转炉转动时的电动机参数进行对比,如果误差过10%则报警,操作工人应立即检查设备是否故障。
(7)为防止电动机突然启动对设备的冲击,转炉开始倾动时电动机转速应从零开始逐渐加速,从零到正常速度的加速时间是4S。
(8)由于制动器制动力矩较大,为了防止制动时对设备的冲击,转炉制动时应先通过能耗制动将电动机减速,当转炉倾动速度接近零时,制动器失电制动,制动时间为4S。
(9)在现场操作台和CRT上设置故障报,显示转炉稀油润滑系统是否正常,稀油站的故障信号包括油位低、油压低及油温高,三种故障信号合成一个"给油异常"信号,当此信号灯亮时,操作工人应立即检查及排除稀油站故障。
(10)转炉在零位时如果电动机的驱动力矩大于700Nm,则报警,操作工人应及时检查制动器是否出现故障。
(11)如果电动机大驱动力矩大于1800Nm10秒以上则报警,此时表示电动机负荷工作,检查机械系统,有故障立即排除。
(12)转炉正常操作时,电动机驱动力矩不得大于2290Nm。
(13)转炉倾动时必需选择3台以上电动机工作才能操作,如果选择2台及以下时则报警。
转炉冶炼工艺过程转动角度及速度控制范围要求见表1

3 电气传动控制系统方案
3.1交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较
120t转炉倾动装置驱动电动机，国内外以往一直采用直流电动机，随着交流变频控制技术的发展，交流传动系统得到了广泛应用，并逐步取代直流传动控制系统。在济钢120t转炉倾动系统设计阶段，我们对两种方案进行了详细的技术调查及性能比较。
1） 交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较。

表2：交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较表
序 号 项 目 直流电动机控制方案 交流电动机控制方案
1 电动机功率 110kW 132kW
2 短时过力矩能力 280%~300% 200%~220%
3 转速颠覆的可能性 不可能 有可能
4 电动机的价格 高 低
5 电动机的可维护性 较差 好
6 传动控制系统结构 复杂 较复杂
7 调速性能 好 好
8 力矩预置（针对转炉） 容易 困难
9 综合评价（针对转炉） 适合采用 可以采用

2） 交、直流电动机机械特性比较。

直流电动机机械特性N-M曲线 交流电动机机械特性N-M曲线
图1: 交、直流电动机机械特性N-M曲线
通过以上技术性能和电动机机械特性比较,采用交流电动机传动，电动机及变频装置的选择应注意以下两点：
1) 交流电动机
Ø 电动机功率应足够大，Pe-ac≥1.2Pe-dc
Pe-ac: 交流电动机额定功率
Pe-dc: 直流电动机额定功率
Ø 电动机过力矩能力应足够大,Mmax=0.75Mcr≥1.2Mjmax,
应选择Mcr=2.8~3.0Mn的电动机，以避开上图所示的转速颠覆区。
Ø 电动机型式：变频，带强迫冷却风机
2) 变频传动装置
Ø 应采用矢量变换型并具有低频力矩补偿功能的变频传动装置。
Ø 变频传动装置应具有电动机励磁预置特殊功能
Ø 变频传动装置应具有足够大的过载能力，满足Ivfmax≥2Ide,1min。
Ø 变频传动装置制动方式：为适应转炉工作区间内力矩波动大的状况，实现均匀加减速，克服机械设备的扭力振动，提高转炉停车的稳定性，理论上采用回馈制动方式较理想，但考虑到变频装置回馈制动单元长期频繁运行，易发生逆变颠覆，造成系统停机。因此，为**系统、稳定运行，采用传统的能耗制动方式。
3.2 交流电动机的力矩校验
济钢120t转炉倾动装置驱动电动机技据如下：
电动机型号：YZP355S-8
电动机功率：132Kw
额定转速：735 r/min
额定电压/电流：380V/270A
额定转矩：1700Nm
大力矩倍数：Mcr/Me=3.0
冷却方式：强迫风冷
1) 力矩校验基本计算
Ø 电动机额定转矩：1700Nm
Ø 折算到电机轴上总负载力矩：
Miz=260＊103/551/0.92=5130(Nm)
单电机轴上负载力矩:
4台工作：Mi4=5130/4=1283(Nm)
3台工作：Mi4=5130/3=1710(Nm)
Ø 折算到电机轴上总加速力矩：
Mjz=657＊735/375/4=3220(Nm)
单电机轴上加速力矩:
4台工作：Mj4=3220/4=805(Nm)
3台工作：Mi4=3220/3=1073(Nm)
2) 校验计算结果
表3：校验计算结果

注：表中的计算是以电动机的额定力矩Me为基准。该型号电动机的正常过载能力（S3）为200%Me，60S; 非常过载能力为220%Me，15S。表中大动态力矩系数1.1,是考虑到电动机负载的不平衡性而确定的。塌炉力矩系数2.5,是根据工艺给出的估算值。
3.3 电气传动控制系统方案
根据以上的分析计算及工艺控制要求, 济钢120t转炉倾动装置电气传动控制系统选用4套罗克韦尔公司的直接转矩控制变频装置（型号：1336E-BP300-L8E-GM6；功率：224kW）,倾动主回路采用4台电动机一对一的结构，即4套变频装置控制4台电动机，以便提高系统的性和灵活性。
该系统带编码器速度反馈；通过设备网（DeviceNet）与PLC通讯；具有两倍的过载能力，1分钟的条件；采用能耗制动方式；具有低频力矩补偿功能，电动机励磁预置功能和力矩电流平衡等功能，控制电源采用UPS供电,能够满足倾动设备的力矩控制要求。

4 关键技术的应用
1) 根据转炉工作特点，4台电动机同步启动、制动及同步运行。如何实现这一要求，是该系统的关键。该方案中，4套变频器对应4台电动机, 正常情况下采用一主三从的控制方式,通过通讯方式调节一个速度环一个电流环来控制4台电动机同步启动、制动及同步运行。
以1#变频器为主为例。

通讯故障情况下，采用1#变频器为主的控制方式，通过模拟量信号调节一个速度环四个电流环来控制4台电动机同步启动、制动及同步运行。

2)如何实现电动机励磁预置，满足倾动设备满转矩启动要求
本方案通过设备网（DeviceNet）的通讯方式改变变频器参数值，满足主从选择和电动机励磁预置功能。通过主令发出预励磁指令，信号传到PLC中，再通过设备网（DeviceNet）的通讯方式向4台变频器发出‘电机预励磁’信号, 电机励磁建立，实现零转速满转矩启动，满足了倾动设备满转矩启动要求。另外，通过CRT操作画面选择几号变频器为主，然后通过设备网（DeviceNet）向1台变频器发‘本机为主’信号。
3)如果1台电动机或变频器故障，允许3台电动机正常工作
通过切除故障电动机或变频器主回路电源，使故障电机处于被拖动的机械负载状态。因为控制回路采取了4台抱闸同时动作的控制方式，不会使电动机运行受阻。如果是主变频器或电机故障，需要重新选择另一台变频器为主。
4)施耐德Quantum PLC 与DeviceNet通讯问题
由于转炉自动化控制系统采用了施耐德Quantum PLC,而该传动控制系统为美国A-B公司变频装置，其通讯方式为DeviceNet网络协议。因此，解决两者之间通讯问题成为系统实现自动的关键。
本方案在施耐德Quantum PLC中采用DeviceNet Scanner模块140SAC-QDNET-010,配置A-B公司DeviceNet网络通讯组态软件9357-DNETL3,9355-WABENE,成功解决了Quantum PLC与A-B公司DeviceNet之间通讯。实现了转炉倾动系统网络自动控制。
5结束语
济钢120t转炉倾动装置交流变频传动系统,自2003年3月投入运行至今，系统稳定，其控制功能满足了转炉倾动工艺需求。这一技术的成功应用，标志着整个转炉系统传动实现了全交流化。在该级别转炉系统中，该技术的应用在国内甚至上尚属例，是交流传动应用的重大突破。为今后该级别及以上转炉倾动装置的设计及应用，积累了宝贵的经验，具有较强的推广应用。

一． 概述
    随着现代工业的发展，对于产品制造加工所要求的精度越来越高，特别是在电子工业中，所要求生产加工的精度要求很高，在现代日常生活中，许多日用电子产品的新换代特别快，所用的研制开发、生产周期特别短，而在此环节中，生产环节就显得尤为重要，所以就对生产设备的要求也就越来越高，生产设备要能够适应多种不同产品的生产，特别是新产品的生产适应能力，还要能够**产品的精度。在TFT生产中，在基板完成电路印刷等一系列的工作以后有一道工序，就是基板的切割，因为在前道生产根据设备和工艺的要求是一块比较大的基板，在一块大的基板上可能有好多块小的基板组成，这根据制造面板本身的用途来定。如手机面板，目前在生产的一块大的基板上有30到104块不等的小的基板组成，这还要根据手机面板的尺寸来定，如图1所示。经过切割以后，变成一片一片小的基板，如图2所示。从图2可以看出，基板由两层玻璃组合而成，在两层之间有印刷电路，而且在切割的时候上下不是在一条线上，而是成一个阶梯状，在TFT面的A处有印刷电路端子，切断过程中不能碰伤端子。在如图3中所示，A-F中5个尺寸精度要全部达到±0.1mm，并且切断后在基板的边缘不能有毛边，这样就要在切断过程中要很好的控制压力、切入量，根据不同玻璃材质就要设定不同的压力和切入量，另外切断的步骤也是比较重要的，一般都采用的步骤是：①CF面 切②TFT面 剖③TFT面 切④C F面 剖。在现在划线设备中都是采用的多把（以前都是单作业），一般在5-7把，此系统中采用了5把，在此系统中的切入量和左右运动都采用伺服系统来控制，而且都采用了高速运动，这样能够大大提高工作的效率。



二． 系统组成与工作原理
2.1 系统的硬件组成

    图3是本系统整个控制系统的原理图，本系统采用Q06H CPU为控制单元，QD75D4和QD75D2为伺服系统的定位单元，还采用了两个QJ74C24通讯模块单元，其中一个与人机界面（A970GOT）连接，另外一个和画像处理系统连接，画像系统主要用于Mark点（也就是标记点）的识别，然后产生一个偏差的补正值。另外与QJ74C24相连接的PC1机是系统机械参数、工作参数设定以及切断程序编制的机。PC1与PLC之间的通讯使用的是专门的通讯程序软件。本系统的工作方式是采用偏差补正的方式。对于一个新的品种，要进行Mark点的识别，登录，MARK点的形状可以随意，但一般采用的是’十’字为Mark点标记，如图4所示，就是画像处理系统对Mark点的认识过程，认识后产生一个偏差补正量，根据偏差量计算出基准位置。


2.2 软件设计



     本系统采用的是A970GOT人机界面，在本系统中人机界面起了非常重要的角色，是其他任何器件都代替不了的。人机界面总共有218个画面组成，主要分两大部分：一是正常的操作人员操作的主画面，二是设备维修、调试人员进入的特殊功能画面，此画面只有工程师级身份人员才能进入，它的参数直接影响设备的正常工作，图6为特殊功能画面的结构图，其中主要是参数设定方面，这里主要介绍轴的位置参数设定，在本系统中主要的部分就是伺服系统，它是**系统精度的，伺服系统的参数、数据设定是非常复杂的，图6为伺服系统参数设定的基本框架结构图，基本参数主要是单位设定、1脉冲的相当移动量、脉冲输出模式、转动方向、速度限制值、加减速时间、马达选择。详细设定除了对上面叙述中一些进行了详细设定以外，还对其他的功能进行了设定，如M代码的取码模式、速度模式、JOG运转、手动脉冲的选择、圆弧误差补正等等。原点复位参数设定主要是复归的方式、方向、原点地址、速度。用数据就是我们所要求系统如何去工作、工作的步骤、数据等内容。伺服系统的工作主要是对内部寄存器的地址进行操作，主要分为参数区、监视区、制御数据区、数据区、PLC的CPU内存区、块传送区几个部分。在图5系统图中对各个位置的设定（QD75）主要是对基本数据的设定，包括定位识别子、M代码、指令速度、地址/移动量、突停减速时间、圆弧地址，其中每轴共设定了30点位置，这样可以有效的适应系统切割复杂程度不同的基板。在人机界面的软件设计中，把与伺服系统相关的数据参数直接编写在画面中，可以有效的对系统进行调整，改变，在系统中不仅仅上面的这些数据，另外与有关的参数设定还有很多，在这里就不一一列举，本系统是一个非常复杂的系统。

2．3 系统的工作原理



     系统在机械参数设定好后，根据基板的划线数据进行编程，确定划线的数据、MARK点的数据、使用的数量、每把划每条线的压力、划线的次数等， 以上参数有专门的软件进行编辑。编辑完成后再通过PC1输入PLC 的CPU，在完成数据的编辑后，软件回自动生成切割的模拟画面，确定基板划线的每一步由哪几把去做，在完成这一系列的工作后，就要放入基板试作划线，根据系统设定，在放入基板后按下启动按钮，基板平台会自动把基板送到影像处理系统的CCD的下面，在监视器上面看到的就如图4所示，在MARK识别中与系统设定会有一个的偏差，根据这个偏差系统进行补正，现介绍一下补正过程，如图7， 以把为例，1原点与CCD原点的X向距离D1在系统中设定为一定值，1与1原点的距离D2为在编制程序是产生，也为一定值，CCD原点与现在CCD之间的距离D3，在编制程序时有一个MARK的坐标值，D3即为基板的X向MARK坐标，D4为MARK点与1划基板道线X向距离，在理想状态下为一定值。即可以得出D1+D2=D3+D4，其中D1、D2为固定值，设D5为CCD识别MARK点的动态坐标，偏差补正为△d，可以得出D5=D3±△d，如在理想状态，CCD识别MARK点的X向坐标刚好为D3，即D5=D3，而每块基板在放置的时候位置会不一样，所以都会有一个偏差△d，根据△d每次在CCD识别MARK点后向1移动的距离为D4±△d，这就是偏差补正的过程，其他的原理也是这样，在偏转划线时也是根据CCD次MARK识别的坐标了确定的。在划完了TFT面后，在 CF面对TFT面进行剖断，然后在CF面划线，再在TFT面对CF进行剖断，这样就完成了对基板的划线。

三． 技术性能和特点
1. 系统采用了与人机界结合，使得系统的布线简单、简洁。
2. 采用了QD75系列的伺服系统定位单元，系统的度精能够达到0.01um。
3. 伺服系统的输出系统具有集电开路输出和差分输出两种工作方式，在应用时可以根据需要进行选择。
4. 系统的定位范围比较宽，单位可以用um、英寸、度设定。控制系统也比较多样化，能够实现PTP控制、跟踪控制、速度控制、速度-位置控制、位置-速度控制，根据系统的需要可以选择不同的控制系统，另外，还具有圆弧插补功能。
5. 系统响应的时间比较短，因而减少了不同步产生的机会。
6. 系统采用了影像处理系统，这样就提高了系统的精度，对于一些要求不高的场合，系统在工作时影像系统可以选择不使用，但这样可以减少时间，增加工作的效率。
7. 本系统采用了多工作方式 ，这样大大的提高了工作的效率，但同时增加了系统在设计时的复杂性。
8. 另外，QD75系列的伺服定位单元具有预读起始功能，这样可以减少定位起始的时间，可以**多种应用的定位。对于QD75系列的定位单元还专门设计了设置/软件——QP（GX-Configurator）这样便于定位参数的设定，数据的生成和监控。

四． 结束语

    本系统是一个比较复杂的系统，在定位方面要求比较高，它的主要工作部件就是伺服系统，对于伺服系统与PLC的编程是比较复杂的，而系统完成后，对于操作人员来说操作是非常简单的。

部分 SIMATIC-S7系统

---- 当今，在瞬息万变的工业自动化控制领域中，可编程控制器可谓是品种繁多良莠不齐，而德国SIEMENS公司新推出的SIMATIC_S7控制器，不但具有可编程控制器的含义，而且意味着多的内容。那就是：全集成自动化。它代表了一种将生产制造和工艺过程领域统一起来的性的新方法。从而使所有的软硬件都能合成为一个系统。这种集成包括三个方面：

在数据管理方面：数据仅需输入一次，整个工厂即可获得该 数据。
在配置与编程方面：所有单元和系统都由一个全集成且模块化的系统进行配置、编程、启动、测试和监控。
在通讯方面：不用编程，只需填一下表格即可完成。
---- 因此，它成为当今自动化领域的。基于上述特点，济钢在宽厚板工程中的全部自动化控制系统均采用SIEMENS公司生产的SIMATIC－S7产品。下面就简要介绍一下SIMATIC-S7产品在该工程中具体应用情况。

---- 一、系统组成

---- 该工程按工艺要求将整个电控系统分成四部分，每部分采取I/O站分散布置，并利用Profibus－FMS网实现多个PLC通讯、数据交换、对电器设备及工艺过程进行操作、控制、管理。这四部分分别是：

---- (1) 加热炉本体
---- (2) 加热炉后
---- (3) 轧机区
---- (4) 剪切区

---- 1.加热炉本体

---- 两座加热炉的仪控计算机采用了两套CPU413－1型可编程控制器，每套PLC负责控制一座加热炉的全部仪表。用来完成加热炉各过程工艺参数的数据采集与过程控制。在软件方面将的模糊控制与经典的PID控制相结合以达到加热炉燃烧的控制效果。该系统还与管理网络进行通讯，传输生产过程参数、接收管理与控制信息。

---- 1.1主要检测与控制项目

1） 加热炉加热段钢坯温度检测、炉内温度检测与调节，一段煤气流量检测，热风流量检测与调节，煤气热风压力检测。
2） 加热炉二加热段钢坯温度检测、炉内温度检测与调节、二段煤气流量检测，热风流量检测与调节，煤气热风压力检测。
3） 加热炉三加热段钢坯温度检测、炉内温度检测与调节、三段煤气流量检测、热风流量检测与调节、煤气热风压力检测。
4） 加热炉、二加热段之间、加热炉二、三加热段之间，炉头、炉尾温度检测。
5） 加热炉炉膛压力检测、与调节。
6） 煤气总管压力检测与调节。
7） 热风管压力检测与调节。
8） 煤气、热风温度检测。
9） 钢坯出炉温度。
10） 换热器前后烟道温度检测。
11） 气化冷却汽泡温度、压力检测、液位检测与调节。
---- 1.2 PLC硬件组成：

处理单元CPU 2块：CPU413-1
8路模拟量输入模板14块
8路模拟量输出模板4块
32点数字量输入模板2块
16点数字量输出模板2块
通讯模板2块：CPU443-5
电源模板2 块
1.3每套主机控制的I/O点数如下：
模拟量输入56点
模拟量输出16点
数字量输入32点
数字量输出16点

---- 2.加热炉后：

---- 加热炉后PLC控制系统主要用来控制12套西门子生产的6RA24直流调速装置，用来完成两座加热炉的进料与排钢。坯料由天车放在受料台上，然后逐块用推料机送上受料辊道，并经进炉辊道后由各自的推钢机送入加热炉中进行加热，待坯料被加热至1059－1200度时，将坯料由炉内推出到加热炉出炉辊道上，系统自动记录与显示进炉的料坯数量。该系统由一个本地单元和一个扩展单元组成。

---- 2.1硬件组成如下：

处理单元CPU412-1 1块
电源模块1块10A
32点数字量输入模板15块
16点数字量输出模板15块
接口模板2块
通讯模板2块
---- 2.2 其控制的I/O点数如下：

数字量输入：480点
数字量输出：240点
---- 2.3控制设备范围

---- 本系统共控制如下设备：

一套受料辊道
七套进炉辊道
四套推钢机
四套钢坯计数器
---- 2.4控制方式

---- 采用集中控制方式，整个操作集中在炉前操作室的二个操作台上，通过改变操作台上的主令给定，实现可逆式有级调速。当遇到紧急情况时，可通过操作台上的禁止按钮来终止整个系统的运行。

---- 程序流程框图见图二。

---- 3. 粗轧机区

---- 使用一套CPU414－2DP型可编程控制器来完成轧机APC及测温，测厚，测宽等轧制线上的工艺操作控制。

---- 3.1主要控制项目如下：

实现的压下A制
粗轧机前、精轧机后、轧机间钢坯温度测量
在线钢坯跟踪检测
粗轧机后钢坯测宽
钢坯进料与钢板成品重量测量
轧机轧制压力、轧辊辊缝、轧制速度测量
主电机扭力测量、振动测量、轴瓦温度测量
---- 3.2该系统由一个本地单元和3个扩展单元组成，其具体硬件组成如下：
处理单元CPU414-2DP 1块
电源模板 4块
高速计数模板 2块
8路模拟量输出模板 2块
8路模拟量输入模板 2块
16点继电器输出模板 4块
16点数字量输出模板 1块
16点数字量输入模板 20块
接口模板 4块
通讯模板 1块

---- 3.3其控制的I/O点数如下：

模拟量输入 16点
模拟量输出 16点
数字量输入 320点
数字量输出 80点

---- 4.剪切区

---- 使用一套CPU314－1型可编程控制器来完成剪切区的工艺操作控制。具体控制内容如下：钢板的输送、定位、定尺、划线、剪切。主要设备包括：一套电磁移钢机、二套纵剪辊道、一套剪间辊道、一套横剪定尺辊道、一套液压电磁阀、激光划线机、升降定位挡板。

---- 4.1该系统由一个本地单元和3个扩展单元组成， 其具体硬件组成如下：

处理单元CPU314-1 1块
电源模板 4块
接口模板 4块
16点数字量输入模板 7块
16点数字量输出模板 25块

---- 4.2其控制的I/O点数如下：

数字量输入 112点
数字量输出 400点

---- 二、软件部分

---- 软件包括两部分：STEP7标准软件和可选软件包。

---- 1.编程软件采用STEP7，主要完成下列任务：

硬件的组态与参数设置
通讯的定义
编写用户程序
测试、启动与维护
文件建档
---- 2.在该工程中还使用了下列三种软件包

高速计数模块软件包 用来完成压下计量任务
闭环控制软件包--用来实现闭环控制问题
模糊控制软件包--用来实现加热炉的燃烧控制问题
---- 集合以上软件运行在bbbbbbS95环境下，具有友好的用户界面和的在线帮助，操作简单，方便易学。

---- 为生成用户程序STEP7提供了下列三种标准化变成语言：

---- 语句表（STL）
---- 梯形图（LAD）
---- 功能方框图（FBD）
---- 用户可选择适于工作任务和自身条件的语言编程

---- 通过使用发现该软件有如下特点：

软件为用户提供了而综合的帮助功能，使用户能在较短的时间内快速了解全部系统。STEP7编程语言提供了非常丰富的指令集，它使复杂功能的编程变得简单快捷。
提供了结构化的程序设计方法：STEP7以块形式管理用户编写的程序和数据，可以通过调用语句将它们组成结构化的用户程序，增加了程序的可读性和易维护性。
系统为用户提供了大量预先编制的功能块，用户可直接使用使用这些功能块，从而大大缩短了编程时间。
数据采取集中存贮方式，仅需输入一次所有的软件单元即可得到
符号由一个统一的符号表进行管理，本工程范围的所有工具均可使用。
便捷的管理单元，处理整个工程的管理事务，协调所有的工具并管理由用户制作的所有应用系统。
---- 三、编程方法

---- 编写用户程序在内装STEP7的PG740编程器或PC机上进行，编程语言采用的是梯形图方式。既可使用MPI口或Profibus网在线编程也可离线进行。程序调试完毕后用锁保护钥匙进行程序锁存保护，并把调试好的程序下装到FLASH卡后插入CPU中作为程序后备。

---- 四、网络通讯

---- 通过网络可以将分散的PLC连接起来，以实现多个PLC之间的数据交换与通讯，在宽厚板厂我们使用了Profibus－FMS网把所有S7－400系列可编程控制器连接起来，实现了全部现场数据的集中显示，工艺设备联锁及调度管理等功能

---- 在实现上，硬件只需增加一块CP443通讯模板，软件不需要任何编程，只使用连接表格就可简单地解决谁与谁通讯的问题，在任何时候任何地点都可对其进行修改。

---- 通讯协议采用了S7－FUNCTION，该协议及对应的通讯功能块均集成在CPU中，用户可在程序中直接调用。

---- 网络拓扑图如图三：

---- 五、实时监控

---- 挂在Profibus网上的上位机可通过内装WinCC控制软件来实现操作员控制和实时监控任务。WinCC是运行在bbbbbbs95或bbbbbbsNT环境下的面向对象的工业软件。它采用"SybasekSQLhAnywhere"数据库来存储数据，它能自动组织和存储要为特定项目显示的所有数据，并作为一个图标显示出来。这是一个32位的应用程序，适用于bbbbbbs95和bbbbbbsNT以及在单

---- 用户系统中立运行和在客户机/服务器组态中运行，它特别适用于数据的快速存储，因此能满足过程自动化系统的要求，通过编程界面ODBC或SQL可以访问数据库中的数据。对数据库的操作是的，**存储在数据库的数据稳定。通过WinCC还可以访问用户程序和bbbbbbs应用程序，因此可使用Excel和PowerkPoint及其它文件来创建用户满意的项目。WinCC可将过程或生产中发生的事件清楚地下来并提供给各种功能模块以实现图形显示、信息处理、测量处理及报表等功能。

---- 在宽厚板工程中，它完成以下功能：

工艺流程画面显示
生产过程控制画面
运行参数显示
主要参数的历史趋势
报表生成及打印
---- 六、的测试与诊断功能

测试功能：S7提供了大量的测试功能来检测用户程序。这些功能能够使你对所有的块和变量状态进行监视，以便实现启动和快速故障检修。
信息功能：处理单元提供如下信息：
CPU的类型与版本
CPU的性能参数
内存使用情况
PLC实际状态
用户程序诊断：在用户程序中可以使用各种块来处理用户程序中的错误。当错误发生时，CPU就调用相应的功能块，并自动提供错误类型、错误及何时出错等详细信息，以供用户参考
诊断缓存区：CPU还提供诊断缓存区，用来评估诊断事件的历史。
---- 七、系统特点

高速指令执行，使系统有快的响应速度
允许多个CPU并行处理，增强了其功能能适应高速和多种计算的能力
坚固、全封闭的模块，能承受恶劣的工业环境
在操作运行时可插拔模块
隐藏在板后的接线端子连接器，使接线变得方便和整洁
丰富和完善的指令系统，使用户编程随心所欲
功能强大的通讯模板允许点对点连接以及同Profibus和工业以太网总线系统间的连接。
系统功能：CPU内部集中了用于通讯或程序控制的丰富的系统功能模块，为编程提供了便利的条件
分布式控制有利于复杂工业现场的集中控制
系统软件、硬件具有强的纠错和抗干扰能力。
网络功能强、性高。
系统提供的诊断功能，增强了系统的纠错与排错能力，使系统加实 用。
友好的用户界面，的帮助功能，使用户操作起来加方便简单。
系统造价低、性能价格比高。
---- 八、系统运行情况

---- 该系统自九八年初投运以来，一直、稳定运行，受到使用单位

二部分 电气传动系统

---- 1.四辊轧机主传动：

---- 四辊轧机上、下辊分别由两台同步电动机驱动，四辊轧机同步电动机由上海电机厂生产。为了**控制系统的精度和技术性，便于维护，降低故障率，控制系统采用SIEMENS的 SIMADYN D多处理器交-- 交变频传动装置，并配备国产功率柜，主要控制功能如下：

速度、电流调节
正反向点动爬行
速度和电流自适应
加速度控制
上、下辊速度差控制
上、下电机负荷平衡调节
电机温度、速保护等
---- 1.1 SIMADYN D交--交变频主传动控制系统硬件配置如下：

---- 1.2 软件：采用STRVC G V4.3.1

---- 1.3 电机参数：

---- 同步电机： 3500KW 1570V 1358A
12 5/12Hz 50/120rpm
Ien=441A Ven=169V

---- 1.4进线电抗器接线方式 : 双星接线

---- 2.宽厚板辅助传动

---- 宽厚板付传动系统全线采用SIEMENS公司的6RA24全数字直流调速装置主要分为四辊轧机压下系统，机前、机后辊道系统，加热炉推钢机及推钢棍道系统，精轧机过渡辊道系统，矫直机及机前、机后辊道系统，剪切区传动系统，共约38套6RA24全数字直流调速装置。

---- 3、运行情况：

---- 自98年初宽厚板投产以来，SIEMENS公司的SIMADYNkD系统及全部6RA24装置运行一直正常，**了宽厚板的正常生产。

三部分 计算机管理网络系统

---- 宽厚板厂计算机管理网络系统是构架在西门子PLC控制网络基础上的对生产进行实时动态管理的系统，系统通过网桥同PLC网络相连，结合现场检测手段和生产操作规程，以少的人工干预，做到信息传递准确及时，操作方便，管理。系统的主要功能有：生产计划调度管理、原料场管理、与PLC网络通讯、物料在线跟踪及相应的数据处理（包括加热炉装出钢、轧机、矫直机、剪子等）、成品管理、兼顾产品质量检验和经营管理。系统的数据来源为人工录入的生产指令、原始数据和来自PLC的检测数据。

---- 一、系统结构

---- 系统采用Client/Server结构，网络操作系统为bbbbbbsNT3.51，SQLHServer6.5forbbbbbbsNT，客户机编程语言为PowerBuilderl4.0，网络介质为粗缆和8芯五类线，系统的硬件产品有：网络服务器2台、工作站20台（其中2台为PLC上位机）、中继器2个、HUB 3个。网络结构图见图四：

---- 二、系统功能

---- 1、生产计划调度管理

---- 根据生产安排下达日生产计划和班生产计划，根据生产、质量等指标的完成情况输出生产日报，查询各个工作区域的生产情况及原料、成品的库存情况

---- 2、原料管理

---- 输入来料原始数据，根据班生产计划编制钢坯装炉卡片，使整个生产线根据钢坯装炉卡片组织生产，对不合格钢坯（包括过烧、欠烧的坯料）进行处理，对以装炉的钢坯进行查询、重新登记和删除处理，对原料入厂情况进行统计、查询、分析。

---- 3、与PLC网络通讯

---- 以PLC上位机作网桥，插上以太网卡，连接Profibus网络和以太网，在数据采集工作站上编制程序，将网桥工作站上WinCC提供的.DBF文件（DBF文件中的数据由WinCC写入)中的数据取出，并写入网络数据库中。

---- 4、物料在线跟踪

---- 物料跟踪自钢坯装炉开始，经出炉、粗轧、矫直、1#剪、2#剪、3#剪，到达成品收集。

---- 物料跟踪主要依据现场检测到的信号和生产设备的运动情况，对轧件进行跟踪，并记录相应的生产参数（如出炉温度、开轧温度、终轧温度、成品钢板的实际尺寸等）轧件完成后，将完整的生产数据，当有意外情况时，可手动处理。

---- 各工作站（装炉、出炉、粗轧、矫直、1#剪、2#剪、3#等）可监视本工作区的生产情况，并可查询班生产计划和钢坯装炉卡片。

---- 5、成品管理

---- 成品收集工作站根据成品钢板的实际尺寸、化学性能和表面状况,将完成生产的钢板判定为各种类型的成品（合格、协议等）存入成品数据库，并根据现在成品库的情况的垛位存放钢板。

---- 成品工作站的功能有查询目前在成品库的库存情况（按钢种、规格、垛位等条件），统计本班的成品入库情况，统计目前在成品库的库存情况，根据用户购买产品的情况新成品库的数据并打印钢板出库单，查询班生产计划和钢坯装炉卡片。

---- 6、产品质量检验和经营管理

---- 在需进行质量检查的工作站输入检查项目的结果，如化学成分、物理性能、几何尺寸等。

---- 在成品工作站完成钢板的销售管理。该系统的使用将使企业的现代化、信息化的环境下进行，为企业生产的、提供了有利保。

四部分 运行情况总结

---- 宽厚板自九八年初投产以来，SIEMENS控制系统运行稳定、，性能指标达到了设计要求，控制系统达到了国内水平。SIMATIC－400系统在济钢 宽厚板的应用，在当时是国内个大的用户。