三亚西门子中国代理商电源供应商

三亚西门子中国代理商电源供应商

概述
S系列I/O是本公司基于多年制造经验与技术积累，充分考虑工业现场采集与控制的实际需要，
采用新微电子与微处理器技术研制生产的I/O。S系列I/O具有模拟信号输入（AI）、
模拟信号输出（AO）、开关量输入（DI）、开关量输出（DO）等功能，规格多样， RS485总线通讯接
口，标准MODBUS协议，通用而非的驱动程序，设置测试简捷，使用方便，性价比优越，是各种工
业现场信号数据进出计算机的快捷通道。且适配于国内外各种组态软件。
S系列I/O有以下型号：
S1104 4路混接（标准电压、标准电流、热阻、热偶）输入，工程量值，8路报警继电器输出。
S1108 8路混接（标准电压、标准电流、热阻、热偶）输入，工程量值，4路报警继电器输出。
S1116 16路混接（标准电压、标准电流、热阻、热偶）输入，工程量值。
S1204 4路两线制(4～20mA)变送器输入，直接挂接变送器，工程量值，8路报警继电器输出。
S1208 8路两线制(4～20mA)变送器输入，直接挂接变送器，工程量值，8路报警继电器输出。
S1216 16路两线制(4～20mA)变送器输入，直接挂接变送器，工程量值。
S1316 16路开关信号输入，8路开关量信号输出。
S1332 32路开关信号输入。
S1416 16路开关信号输出。
S1504 4路隔离模拟信号输出(4～20mA)，8路开关信号量输出。
力控PCAuto是北京三维力控科技有限公司开发生产的常用组态软件，下面就S系列I/O与力控
PCAuto的通讯连接介绍如下：
S系列I/O与连接力控PCAuto大致有两种方式，一种是直接连接方式，另一种是间接连接方式。

*直接连接方式
直接连接方式是S系列I/O通过串行总线（RS485）、MODBUS 协议直接与力控PCAuto连接。

*间接连接方式
间接连接方式是以PLC可编程控制器（例如西门子S7-200）为通讯管理器和控制CPU，S系列I/O前
端为输入输出模块，间接与力控PCAuto连接。在间接连接方式时软件不与力控 PCAuto直接与S系列
I/O打交道，而是与PLC的内存数据变量中的I/O数据映射区打交道。驱动程序使用PLC的驱动程序，
即可在S系列I/O上完成相应的输入输出工作。此种方式的好处是可以减轻主机的通讯负担，并使
整套系统可利用 PLC 的编程能力和性使之具有某些脱离上位机运行的可能， 避免或减轻因使用
bbbbbbS上位机平台较易出现死机和上位机崩溃的烦恼。间接连接的具体使用方法参见本公司的《S系
列I/O与可编程控制器的连接》。
下面就S系列I/O与力控PCAuto的直接连接予以说明，S系列I/O与力控PCAuto的连接是
一项不复杂的连接工作，基本上有如下几步：设置S系列I/O；在力控 PCAuto的当前运行项目下
定义计算机的通讯口；定义连接的外部设备（如S系列I/O的S1108）；定义每个I/O通道对应的变
量地址及工况参数；变量的动画连接等工作。

*连接要点及注意事项
运行力控PCAuto的计算机与S系列I/O的通讯连接方式为主从式，计算机为主，S系列I/O
为从。
确定力控PCAuto与S系列I/O的通讯速率，例如9600bps。
普通PC机串行口为RS232，S系列I/O的通讯接口为RS485，因此在计算机侧应加装RS232/RS485
转换器（如本公司的S9101）。
用户在连接之前，应使用S系列I/O设置测试程序《XMH_SIOSET》，将S系列I/O的站址设
置好，并将通讯速率设置为约定好的通讯速率， 通信协议为 MODBUS。 对于模拟量而言，整型请选择
为MODBUS（I），浮点在力控PCAuto中请选MODBUS（F2）。 S系列I/O的其它参数，用户根据现场
实际工况自行设置。
用户可使用S系列I/O设置测试程序《XMH_SIOSET》，对已连接完毕的系统硬件环境进行测试,
以确定硬件连接无误,并可进行相应的功能和精度核查。
如有多个S系列I/O请用RS485总线(屏蔽双绞线)，将所有S系列I/O串接在一起，再与计算
机侧的RS485接口相连。
计算机与S系列I/O的通讯电缆连接对应表（以S9101单路隔离RS232/RS485转换器为例）
*RS232通讯线 计算机的COM 口（九芯） S9101的RS232侧
2 （RXD） -------------- 3 （TXD ）
3 （TXD） -------------- 2 （RXD）
5 （GND） -------------- 5 （GND）

*RS485通讯线 S9101的RS485侧 S系列I/O的接线端子
1号站 2号站 N号站
1 （RS485 A ） --- 37 ----- 37 -------------- 37 （RS485 A ）
2 （RS485 B ） --- 36 ----- 36 -------------- 36 （RS485 B ）
3 （RS485 地） --- 35 ----- 35 -------------- 35 （RS485 地）

以力控PCAuto连接4个S系列I/O的某工程为S系列I/O型号分别为S1104、S1108、S1316、
S1504，对应站址为1、2、3、4，通讯协议对应为MODBUS（I）、MODBUS（F2）、MODBUS、MODBUS，通讯
速率为9600 bps，连接于COM1口。
在力控PCAuto(工程管理器)环境中，定义PC机与S系列I/O相连接的通讯口（以串口COM1为例）
进入力控PCAuto，出现工程管理器画面（如图1）从工具条选择"增加新应用"，进而输入需新建项目的
项目名称，路径(即存储目录)、说明（项目描述）此时选择新建项目，进入组态。

在力控PCAuto（开发系统）环境中，定义PC机通讯口下的连接设备（以串口COM1为例）。
S系列I/O的通讯协议为标准的公司的MODBUS-RTU协议，协议的具体细节用户可忽略，确
定各种输入输出信号对应的寄存器地址即可完成输入输出的管理。
定义外部设备步骤如下：
从画面左侧的系统树（从"查看"选择"浏览器 "）的实时数据库选择 "I/O设备驱动"，双击 PLC下
Modicon 下MODBUS 串行口通讯， 出现I/O设备定义画面（如图2） 按提示命名个外部连接设备如
"S1104A" 在设备地址中输入所要连接的S系列I/O的通讯站址（如所连接的S1104 的通讯地址为01，
则将连接设备"S1104"的设备地址中输入1） 按照与S系列I/O约定的通讯速率，设置COM1口。设置
如下：通讯速率为约定（例如9600bps）、无校验、8位数据位、1位停止位、RS485通讯方式。
通讯口设置完成后，点击画面中的"保存"，并单击下一步出现MODBUS设备定义画面（如图3），协
议类型选择RTU，选择支持6号、16号命令，当通讯协议为MODBUS（I）时，存贮器类型选择16位；当通
讯协议为 MODBUS（F2）时，存贮器类型选择 32位IEEE浮点数。重复以上操作对剩下的设备进行设置，
外部连接设备命名可分别为"S1108A"、"S1316A"、"S1504A"，通讯站址分别对应为2、3、4。

*通道参数定义
在工程浏览器的左侧系统树形结构中选择实时数据库选择"数据库组态"， 双击"数据库组态"，出现
"数据库组态"画面。 选择区域00的数据类型（模拟I/O点，数字I/O点），点击右侧的变量列表空白处出
现变量设置的基本画面（图4）, 按照实际的工程量标度设置变量的大、小值，工程单位等如实填写
到需定义的变量中。点击数据连接画面（如图5）,选择变量连接的I/O设备，再选择增加项出现MODBUS组
态对话框。

*整型模拟量输入。
整型模拟量输入时，在画面（图 5）内存区选择"AR输入寄存器"数据类型为16位有符号数。偏置为
变量的寄存器地址。每个寄存器地址对应一个整型模拟量输入通道，N个通道占用N个寄存器。寄存器地址
（即变量设置画面的通道）均从0000开始

以S1104为例，因为其通讯协议为MODBUS（I）。S1104要求定义4个变量，名称可分别设置为S1104-1、
S1104-2、S1104-3、S1104-4；连接设备全部为"S1104A"；4个变量各占用1个寄存器，寄存器地址是连续
的，在画面内存区选择"AR输入寄存器"则数据类型为16位有符号数，偏置为变量的寄存其地址（通道
偏置为0，二通道偏置为1，……，四通道偏置为3）。照实际的工程量标度设置变量的大、小值，
工程单位、报警值、历史数据是否记录以及报警区、允许DDE数据交换等，将以上数据如实填写到需
定义的变量中。

*浮点模拟量输入
浮点模拟量输入时，在画面（图 5）内存区选择"AR输入寄存器"数据类型为32位IEEE浮点数。偏置
为变量的寄存器地址。每两个寄存器地址对应一个浮点模拟量输入通道，N个通道占用2N个寄存器寄存器。
地址（即变量设置画面的通道）均从0000开始

注：在用浮点模拟量输入时，请在S系列I/O设置测试程序《XMH_SIOSET》选用MODBUS（F2）
以S1108为例，其通讯协议为MODBUS（F2）。
S1108有8个模拟量输入通道，名称可分别设置为S1108-1、S1108-2、S1108-3、S1108-4、S1108-5、
S1108-6、S1108-7、S1108-8；连接设备全部为"S1108A"；由于浮点数据要占用两个寄存器，所以8个变量
的寄存器地址是间隔的，在画面内存区选择"AR输入寄存器" 则数据类型为32位IEEE浮点数 。偏置为变量
的寄存其地址（通道的偏置为0，二通道的偏置为2，三通道的偏置为4， ……，八通道的偏置
为14）。按照实际的工程量标度设置变量的大、小值，工程单位、报警值、历史数据是否记录以及报
警区、允许DDE数据交换等，请将以上数据如实填写。

*开关量输入
开关量输入时，在画面（图 5）内存区选择"DI输出寄存器", 偏置为变量的寄存器地址, 每个寄存
器均地址对应一个整型模拟量输入通道，N个通道占用N个寄存器。寄存器地址（即变量设置画面的通道）
从0000开始
以S1316为例（16个开关量输入信号），名称可分别设置为 S1316-1、S1316-2······S1316-16；
连接设备全部为"S1316A"；16个变量各占用1个寄存器，寄存器地址是连续的，在画面内存区选择"DI输出
寄存器", 偏置为变量的寄存器地址（通道偏置为0二通道偏置为1，……，十六通道偏置为15。）,
按照实际的工况设置变量的起始状态、允许DDE数据交换等，请将以上数据如实填写。

*开关量输出
开关量输出时，在画面（图 5）内存区选择"DO输出寄存器", 偏置为变量的寄存器地址, 每个寄存
器地址对应一个整型模拟量输出通道，N个通道占用N个寄存器。寄存器地址（即变量设置画面的通道）均
从0000开始。
以S1316为例（8个开关量输出信号）。参数定义基本同开关量输入，不同之处为读写属性为"可读可写
"8个变量的寄存器地址同样为偏置。按照实际的工况设置变量的起始状态、允许DDE数据交换等，请将以上
数据如实填写。对S1504的开关量输出信号定义基本同S1316的定义，不同的是"连接设备名称"和"变量名称"。

*模拟量输出
模拟量输出时，在画面（图 5）内存区选择"HR保持寄存器"。偏置为变量的寄存器地址。每个寄存器
地址对应一个整型模拟量输入通道，N个通道占用 N个寄存器。寄存器地址（即变量设置画面的通道）均从
0000开始。
以S1504为例（ 4个模拟量输出）。参数定义基本同整点模拟量输入，不同之处为变量名称不同，读写
属性设置为为"只写"或"可读可写"。 偏置为变量的寄存器地址。（通道的偏置为0，二通道偏置为2，
……，四通道偏置为4）。连接设备全部为"1504A"。

该系统通过PLC采集现场生产数据，作为故障判断和定位的基础，上位机对采集的数据进行处理，判断现场各设备工作状态，状态的正误以不同的形式在项目画面上显示出来。

一、概述
该系统通过工业以太网实现上位监控机和可编程控制器PLC通讯和数据交换，上位机从PLC采集现场生产数据，作为故障判断和定位的基础，在上位机上以RSVIEW工业软件作平台，制作适宜于项目的画面，上位机对采集的数据进行处理，判断现场各设备工作状态，状态的正误以不同的形式在项目画面上显示出来。

二、系统配置
系统是基于bbbbbbS NT SEVER 4.0操作系统和RSVIEW32工业软件为平台进行开发的。系统硬件采用IPC 610
研华工控机，主频800HZ，40G硬盘。系统不另配主机，与原监控画面并行运行，系统同时在4台监控机上运行，与原MMI由身份识别程序进行窗口切换。采用工业以太网，将现场5套AB 5/40E 工业控制器PLC和四台上位监控机进行连接，实现数据通讯。在该系统中，以四套AB PLC-5/40E作为主控制器，分别用于连铸机的公用系统及三套铸流系统的自动控制。共25台变频器则各自作为远程站与PLC进行通讯：其启动、停止、调速等指令均由PLC以数据通讯形式下达给变频器，同时变频器的各种状态数据以同样形式反馈给PLC。用于公用控制的PLC系统中，主机架通过CPU外挂5个扩展机架，2块远程输入/输出模板（RIO）及4台变频器。用于铸流控制的三套PLC系统的配置相同，均是：主机架通过CPU外挂2个扩展机架，3块RIO及7台变频器。
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三、软件开发
软件采用模块化结构，由通讯与数据采集模块、数据处理与故障判断模块、身份识别模块、操作跟踪模块、故障模拟模块。见软件结构图（图2）。
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3.1通讯与数据采集模块
通讯与数据采集模块实现现场生产数据的采集，以及在线故障诊断系统与PLC之间的数据交换。现场数据由PLC采集，然后，诊断系统再通过以太网通讯采集PLC中的数据。诊断系统产生的控制指令通过网络通讯下达到PLC，由PLC控制现场设备的响应。

3.2数据处理与故障判断模块
数据处理与故障判断模块实现对现场数据的处理，并根据数据处理的结果判断设备的工作状态，确定故障是否发生，并支持故障查询定位，给出故障处理向导。以拉矫机的故障判断为例进行描述。

拉矫机的状态有三种：正转、反转、停止，故障状态定义为当前状态不符合按照生产工艺要求的状态。拉矫机的故障判断按下图逻辑进行判断：（图3）
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图3的构图布局与实际系统工作界面的构图布局相同，在实际系统工作界面中条件方框全部为按钮组件，当条件满足时相应按钮为，不满足为红色。如果右端的三组条件有一组具备，则判定按工艺拉矫机应当正转，此时，拉矫机如状态正确，正转按钮应当呈现，如果为红色，则拉矫机故障，系统给操作界面警示信号。如果两台拉矫机同时故障，系统要求操作工给出应答确认，进入故障处理程序。检修人员可以观察当前画面，如是电机过热导致故障，电机过热按钮将呈现红色，点击该按钮，弹出故障处理向导。画面如（图4）
[img]2006122810564024930.gif[/img]
通过以上简单例子的描述，可以看出该模块能够完成故障点的定位，并给出故障处理向导。这种故障显示方式具有直观、便捷的优点，如果到复杂的PLC程序中去找故障点，就不具有这种优点。即使对工艺和PLC程序了解不深的人，也可以轻松的查找故障，解决故障。

3.3身份识别模块
身份识别模块能够识别操作者身份，防止非授权操作。该模块将设备操作管理功能分为三个级别，即操作级、管理级、维护级，不同级别人员有不同的工作界面，除操作级外，其他人员均无法操作现场设备，各级别均有口令保护。模块对操作级添加了锁定保护，操作员即使不关闭操作画面，只需点击锁定按钮，系统就不在响应任何操作命令，当再次点击解锁按钮时，系统要求重新输入口令，否则，不能解锁。

当按下任一按钮时，弹出口令识别对话框，要求输入口令，口令正确，进入下一级画面，否则，退回选择画面。
操作级工作站是操作工操作现场设备的画面；管理级工作站即工程师工作站，是工程师调试、修改程序所使用的界面；维护级工作站是现场维修人员所使用的界面。该模块的界面如图5.
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3.4操作跟踪模块
操作跟踪模块的功能是记录所有操作命令，形成日志文件，以备查阅。当通过身份识别进入操作界面后，所作的任何一个操作命令，都将记入日志文件。操作级无权查阅或修改日志文件，只有管理级才有这一权限。该模块妥善保留了原始操作记录，为进行责任界定，提供了客观依据。

3.5故障模拟模块
故障模拟模块提供了故障演示、模拟功能。在维护级界面中，专门设置了一个模拟按钮，当按下这一按钮时，系统自动打开模拟画面，模拟画面的结构和外观与工作画同，区别是，模拟画面不与任何外部点相连，全部使用数据库的内部点。可以修改数据库的数据，以实现故障设定，系统会根据设定，演示相应故障。该功能主要用于复现故障和技术培训。

四、主要控制功能
4.1 数据处理与故障判断技术
从PLC采集数据以后，决定哪些信号状态的组合以及如何组合可以判断为故障；为了建立某一设备的故障判断模型，哪些信号是的，哪些信号可以作为辅助条件。在此项目工作中，我们利用的系统技术手段建立了信息库，了判断规则，故障判断模型。

4.2 身份识别及操作跟踪技术
这台连铸机自动化程度较高，所有操作都可以在主控室上位机的MMI上完成，而任何非法操作都将可能导致严重的人身、设备事故，影响生产。我们把设备的操作权限进行了分级管理，分为操作级、维护级、管理级，每一级别的人员享有进行相应级别操作的权限，进入操作界面输入正确的口令，对其他级别的操作界面无权操作也无权进入。操作人员可以暂时将界面锁定，系统将拒绝响应未授权的操作，但不影响其他级别的正常操作。系统对每一项操作都将形成日志文件，记录操作的内容、时间、级别。

4.3 故障分级管理和人工干预接口技术
系统对各种故障进行分级管理，根据故障对生产和设备的影响程度，把故障分为两类，即一般性故障和严重性故障，不同的故障处理方式不同。故障信息同时反馈到操作级界面，一般性故障只给予提示，如何处理由操作人员确定；严重性故障给操作员三种选择，即停机、解除联机自动、忽略。操作员给出应答，否则，在经过延时后，系统将自动向PLC发出拉尾坯工作方式命令，连铸机进入浇注结束处理程序。

4.4 故障模拟技术
该技术允许系统离线模拟故障，重现故障过程，可以用于故障研究，也可用于技术培训。

五、结束语
矩形坯连铸机在线故障诊断系统开发过程中采用了的数据处理及故障定位技术，系统模块化编程方法以及合理的功能划分体现了系统工程的思想，身份鉴别功能和操作跟踪功能具有一定的性。该系统兼有故障诊断功能和技术培训功能，既创造直接的经济效益，又具有良好的社会意义，有推广的。

1 引言

大型预焙铝电解槽自动控制机（简称槽控机）是铝电解〔1〕生产过程控制的设备。槽控机基于单片机〔2〕8051的实时在线控制器。其输入通道有：采集电解槽的槽电压（u）和槽电流（i），接收触摸开关板的各种工艺操作手动信号，接收各种信号；其输出通道有：保持电解槽能量平衡的阳升降信号，保持电解槽物料平衡的打壳和下料信号，效应灯和效应报警信号。槽控机通过智能模糊控制软件完成对生产工艺的各种控制功能。其阳升降过程的性[3]是电解生产的重中之重，是铝冶炼生产过程中的重大危险源。一旦阳升降系统失控，就会出现电解槽压槽和拔槽事故。特别是拔槽事故造成系列电流为几百千安培（目前大350 KA）的阴和阳脱开断路，致使出现单台或多台电解槽剧烈爆炸事故，严重的将会造成整个电解系列停产，经济损失将会十分惨重。

2 影响槽控机性因素分析

系统的性应从硬件设计和系统运行环境进行分析，在满足系统各项控制功能的同时，对系统自身运行过程中出现的各种干扰信号及来自系统外部的干扰信号进行有效抑制，对阳升降系统作到有效保护，从而达到系统稳定工作的目的。

中铝青海分公司大型预焙电解槽于1987年12月投产，在提高槽控机性方面，作了大量的研究、探索、改进工作，并逐渐优化，大大提高了槽控系统的性。在性的提高方面，采用软件保护技术、硬件保护技术、软硬件结合的保护技术、抗干扰技术。在控制系统中，使用软件保护，如限定自动升降阳时槽工作电压（或槽电阻）的范围在3.8v～4.5v，系列电流的范围在正常设定值上下20％，软件计时等。当软件保护失效时，系统自动启动硬件保护。一般来说，软件保护，但相对脆弱，而硬件保护性高。有的保护采用软硬件相结合的保护，如监视定时器技术（Watchdog）。

3 提高槽控机系统性的思想

提高槽控机系统性的设计思路从以下几个方面进行论述。

3.1主接触器防粘连及接触器互锁设计

主接触器防粘连电路设计了四个接触器，如图1所示。其中3KM、4KM叫正反转接触器，它们的常闭触点串连后，再与1KM的常开触点并连，接入1KM、2KM的线圈回路。其作用是，正反转接触器中只要有一个发生粘连，1KM、2KM都不能闭合，用以降低事故概率，这叫做防止粘连电路。正反转接触器3KM和4KM的常闭触点，与其线圈交叉串连，用以防止同时闭合短路事故发生。

图1 主接触器防粘连示意图

软件方面：提升电机得电的条件有三个接触器（1km、2km、3km或4km）同时吸合。当提升机断电时，软件发出命令，断开三个接触器的线包电源，一旦三个接触器有一个主结点粘连，其它两个接触器主结点粘连也能断开，即设计确保提升机断电；另一方面，控制程序通过检测回路实时检测接触器是否有粘连情况，发现之后立即产生故障信息，同时禁止自动阳升降动作。

接触器互锁：升降互锁的目的是防止升接触器和降接触器同时闭合，避免相间短路。升降互锁分电路互锁和命令互锁。命令互锁原理如图2，在升和降中，只要有一个控制口有输出，另外一个口就被封闭。电器升降互锁是升接触器和降接触器的线包与对方的常闭触点串联，只要升接触器和降接触器吸合，另一个接触器的线包由于对方的常闭触点断开而不能得电。

图2 接触器互锁示意图

3.2交流口电路设计、升降动作定时器

交流口的作用是防止程序走错后的误操作，其设计原理如图3所示。

在程序正常运行过程中进行阳要升降操作，由程序控制使微处理器的一个输出口输出方波信号，该方波信号被送到隔直流通交流电路，被通过的交流成分输出到整流滤波电路，经过整流滤波得到一个交流口状态的高低电平信号，使直流控制电路有直流电源输出，交流控制电路被导通，使升降得以进行。如程序走乱，上述的方波便消失，交流控制电路的电源被切断，升降被禁止。

图3 交流口及定时器示意图

升降动作定时器(参见图3)是立于CPU之外专门设置的定时器。当阳升降开始以后，由检测电路来的脉冲信号送到计数电路进行计数；同时该脉冲送整流滤波电路，经过线与电路，控制计数电路的复位，使复位计数器不起作用，于是，计数电路开始计数。当计数器时时，产生输出信号，CPU接收后，立即停止阳升降动作。定时时间的长短由跳线选定，1-32秒之间可以调节，本系统设定为8秒。

定时器的复位：定时器处在时状态时，由于计数器状态不会自动复位，由外部信号使它复位。这种外部信号可由CPU的某一输出脚来产生，CPU接收到槽控机操作面板上由操作人员输入的复位请示信号后，使可操作计数器复位。

定时器的测试：定时器输入的脉冲信号来自提升机接触器（1Km，2Km）吸合操作，人工测试定时器就可按下接触器来实现。当按下接触器时（1Km，2Km），检测电路上的发光管点亮，接着计数电路上的发光管开始闪烁，闪烁到规定次数时，时指示发光管被点亮，释放接触器，时指示发光管保持点亮状态(这种状态叫做定时器时)，说明定时器工作正常。其实，槽控机投入运行后，每小时做一次自诊断，其中就包括定时器的。

3.3 跳主闸电路

在主回路中AIR1是带脱扣器的空气开关，当有特殊情况时，按箱外紧急跳闸按钮达到断开设备电的目的。若按钮粘连导致阳提升或下降不能停止时，按下紧急跳闸按钮，可切断动力电源（如图4所示）。

软件方面，控制程序以毫秒级的速度对信号进行扫描，一旦发现有阳升降动作，而CPU没有发出阳升降动作命令，则认为该次升降动作属干扰引起，立即发出跳主闸命令，切断动力电源，保护升降系统（如图4所示）。

图4 跳主闸电路图

3.4监视定时器（Watchdog）

监视定时器X25045与CPU的连接：作用是监视电源WATCH DOG，内含EEPROM，容量 2K字节，用于保存控制参数，和CPU串行传送。该芯片有片选CS信号，复位信号，时钟SCK、写保护输入信号、串行输入输出数据信号。

图5 监视定时器电路图

采用监视定时器技术，一旦程序跑非，系统立即会被监视定时器复位掉，重头重新启动系统，从而退出不正常的运行状态且保证系统的可重入性，使用X25045中EEPROM的历史数据，使系统自行的操作不因重新起动而改变，保系统的连续性和顺序性，终保证系统的性和性。

3.5抗干扰及其措施

在槽控机控制系统中运用了一系列的抗干扰措施：

（1）用隔离变压器为槽控机主回路的控制电源进行一级隔离；

（2）Ac380V/Ac220V隔离变压器将已经经过Ac380V/Ac380V隔离变压器隔离过的交

Ac380V进行二级隔离,并变压为所需要的交流Ac220V，供低压电器控制回路使用。另一路Ac220V在经过Ac220V/Ac9V控制变压器变成Ac9V作为槽控机电路板工作电源之一。

（3）在执行机构设计中采用了RC吸收回路。

（4）过程通道的设计中采用光电耦合隔离、通讯双绞线传输屏蔽、信号的长线电流传输、信号传输的阻抗匹配等措施。

（5）印刷电路板中采用集成电路的去藕电容配置以对印刷电路板集成电路的杂波干扰。

4 结束语

以上讨论了重要基本的几种槽控机性设计思想。实际运行证明，系统的性设计经受了强大电磁干扰、工频信号干扰等复杂的工业环境的考验，特别是阳升降的性，得到了大幅的提高，为电解生产的平稳运行提供了有力的。

1 引言

安钢高速线材机组是目前国内装备水平和自动化控制水平的线材生产线之一，于2001年7月热负荷试车成功，高速区轧机设备采用美国摩根新的模块化轧机设备，8架NTM+4架RSM配置。高线机组整条生产线的年设计生产能力45万吨，设计终轧速度120m/s,保终轧速度115m/s，该生产线的重要特点是设备众多，设备布置点多面广，生产节奏快，控制精度要求高。在其基础自动化控制系统中，配置了五台西门子SIMATIC S7—400型PLC分别完成

PLC1：加热炉区各段辊道的速度控制和顺序控制等；PLC2：包括CONTROL和SHEAR两个CPU，分别完成1#2#夹送辊，粗轧机中轧机的速度调、整微张力调整，1#2#飞剪及1080mm切分剪、碎断剪的控制，预精轧机的速度及其活套控制、故障诊断、动态速度补偿及联锁控制、轧辊控制等；PLC3：精轧机，减定径机，3#夹送辊，吐丝机，STM冷却线及其风机等；PLC4：集卷筒及联锁控制，P/F线，称重等；PLC5：液压站，润滑站等辅助设备。

2 1080mm切分剪在生产过程中出现的问题

1080mm切分剪位于NTM精轧机前，剪轴安装于1080mm垂直上，并且用于切头、切尾、头部采样、尾部采样，故被称为1080mm切分剪。1080mm切分剪是轧件进入成品机架的后质量屏障。其工作如果不稳定，如在切头切尾时发生多切或切头切尾长，会直接造成轧线堆钢，形成严重工艺事故，处理起来费时费力，并产生过量中间废，降低成品产量；其如果在切头切尾时发生不切或切头切尾短，则会使进入成品机架的轧件质量得不到，仍会使轧线造成严重堆钢工艺事故。因此，保证1080mm切分剪工作稳定是轧线进行正常工作的重要前提。

自投产以来，1080mm切分剪在生产过程中频繁出现误动作，表现为多切、少切或不切及现象，由此而导致的热停机时间平均每月高达5：30，并且切头切尾长度一直不稳定，成为制约生产的一大难题，直接影响到高线机组的产量和质量，也直接制约了高线机组效益的增加。

3 1080mm切分剪误动作成因分析

3.1 1080mm切分剪动作特点

1080mm切分剪传动比1：1，下位剪轴直接由135KW交流电机拖动。电机由公共直流母线供电方式下的逆变器驱动。这是一个电气起—停式飞剪，对于每一次剪切，飞剪将从静止（90度位置）加速转过255度达到剪切位置(345度)。当一次剪切完成后，飞剪停止并且片通过一个位置调节器自动运动到停止位置。在剪切周期之间，位置调节器将保持飞剪在停止位置。每57秒剪切两次。两只钢坯间隔时间5秒，

（1）1080mm切分剪前的切头尾HMD启动跟踪系统用于切头尾，当轧件头部到达切头尾HMD时启动跟踪定时器，直到头部到达导向器位，剪刃才能到达剪切位置。

（2）1080mm切分剪定位：0度=垂直剪切位置；30度=剪切完成，开始停止；90度=停止位置。电动释放制动器安装在电机上，制动器只用于夹持，不用于停止。通常钢坯有5秒左右间隔时间，传动位置调节器在剪切周期之间将保持飞剪在停止位置，并且制动器一直处于释放状态并且不操作。

（3）通过飞1080mm切分剪的轧件大速度=16.7米/秒，小轧件速度=5.1米/秒，由于咬入角的原因， 1080mm切分剪以快于轧件3.5%的速度运转以匹配轧件速度。

（4）1080mm切分剪运行顺序：以下是预设运行顺序的说明，数据是根据1080mm切分剪及电机的速度295RPM进行计算的：

·刃垂直和啮合的位置是0度位置。

·在两次剪切之间，1080mm切分剪保持在90度停止位置。

·当1080mm切分剪接到剪切信号时，1080mm切分剪在0.25秒内以1.94每单位的平均扭矩在255度范围内加速295RPM。

·在大约345度的啮合角处，刃接触到轧件并开始剪切。

·在0度位置，定位系统发出信号表明剪切已完成，在1080mm切分剪速度时有一个微小的速降可不计。

·在30度，定位系统发出信号，剪刃离开轧件，发出信号，通过回馈制动使驱动停止。

·1080mm切分剪在0.25秒内255度范围内以1.94每单位的平均扭矩减速到停止。

·1080mm切分剪转至285度位置停止。

·1080mm切分剪将反转从285度到达90度停止位。

·当1080mm切分剪已被定位到90度停止位置时，位置调节器将持续使1080mm切分剪在剪切周期之间保持在此位置。

通过以上描述，我们明确了解到1080mm切分剪的动作特点是快速响应、瞬时起停。

3.2 1080mm切分剪误动作成因分析

1080mm切分剪的快速响应、瞬时起停特性要求该设备的电控系统性能十分稳定，系统响应快速，信号传输准确无误。而1080mm切分剪在生产过程中发生的误动作恰恰正是控制系统不稳定造成的。

1080mm切分剪控制系统控制链路上包含了逆变器控制回路、给1080mm切分剪发起停信号的热金属检测器、光电信号耦合器、编码器及编码器电缆、轧线S7—400PLC等众多数字化电气元部件。控制信息在这条复杂链路上采集、传输、转换、处理、使能过程中发生的任何微小差错都会导致控制的失败。

（1）信号跟踪系统原因。从原理分析，1080mm切分剪发出剪切动作的信息源于给1080mm切分剪发起停号的热金属检测器（HMD），如果HMD有钢信号在信道中传输时受到外来电磁干扰造成信号丢失或多发，1080mm切分剪则会不切或多切，终造成堆钢严重工艺事故。

（2）PLC控制系统的原因。如果HMD检测到轧件头部到来后发出的有钢信号经信号电缆传输到轧线PLC2后，SHEAR和CONTROL两个CPU交换和处理数据的时间不稳定，则会造成切头切尾长度不稳定。

（3）交流传动系统的原因。如果1080mm切分剪交流传动系统装置CUVC和T300工艺板工作不稳定或参数设定不当造成飞剪不能按照工艺设定动作执行，同样会造成切头切尾长度不稳定。

（4）1080mm切分剪位置跟踪系统原因。1080mm切分剪运行位置检测是由瑞典LINE&LINDE公司生产的增量型编码器（ART NO：860900220）完成，该型编码器是一种角位移和角速度测量元件，可以直接将角位移或角速度转变成相应的脉冲序列信号，在检测物体的位移和角度等方面有着广泛的应用。该编码器有A、B、Z三相信号输出，Z相信号每转一周输出一个脉冲信号，用于编码器的初始定位，A、B两相输出的信号波形相同，只是在相位上相差90度，我们利用A、B两相信号的相位差来判别编码器的转向和实现对编码器的计数。

从1080mm切分剪运行顺序我们知道，1080mm切分剪的定位是靠编码器在0度位置发出信号表明剪切已完成，定位系统通过回馈制动使驱动停止。在此过程中，位置调节器对飞剪的准确定位起着决定性作用。如果在此过程中，控制系统连续收到零位信号或零位信号在该来时不来，位置调节器将连续进行调整或不进行调整，反映在轧制过程中即是多切、少切或不切。通过分析我们知道，零位信号连续到来或在该来时不来现象的产生源自编码器零（Z）通道信号在外部电磁干扰下发生了信号误发或丢失。

4 1080mm切分剪误动作对策

几年来，高线机组电气技术人员对1080mm切分剪在生产过程中出现的这些问题进行了反复观察、研究和分析，并认真解析了基础自动化系统庞大复杂的程序结构，终决定对1080mm切分剪这一具有大程序结构的复杂的洋设备控制系统进行优化并拿出数套方案进行实验室，后将优方案分步实施于生产现场。经过努力，于2005年3月系统优化完成。经过一年来的现场运行证明，此次技术改造获得了成功。

4.1 1080mm切分剪主程序的改进

在1080mm切分剪CFC-ENG00-S7/PM/SHE/MAIN/DCSHMAIN主程序中增加DB760数据块，以通过MPI网实现CONTROL与SHEAR两个CPU间重要数据的快速交换，如轧件头部、尾部跟踪信号，自动堆钢信号，轧件碎断信号，轧件的头部速度数据，剪切完成信号等，以提高系统的快速反应性。

在1080mm切分剪CFC-ENG00-S7/PM/SHE/MAIN/DCSHMAIN主程序中增加FB1053功能块，以实时修改头部速降补偿值，稳定切头长度。

在1080mm切分剪CFC-ENG00-S7/PM/SHE/MAIN/DCSHMAI主程序中增加FB1054功能块，以修改剪切信号宽度，增加信号滤波功能，增加抗干扰能力，从软件角度杜绝信号误发可能，多切现象。

4.2 优化传动系统参数

1080mm切分剪传动装置采用西门子6SE7033-5WJ60型逆变器，其内配置的CUVC电路板负责传动系统的优化运行，配件板T300负责1080mm切分剪的工艺定位，

1080mm切分剪要求快速起制动、突加负载动态速降小的动作特点要求传动装置运行稳定，我们通过优化系统P、I调节器的相关参数以保调速系统的良好动态跟随性能和动态抗扰性能（包括抗负载扰动和抗电网电压扰动）。

4.3 增强控制系统信道的EMC能力

电磁兼容性（EMC）定义的是一台电气设备在电磁环境下不产生令其他电气设备不可接受的电磁干扰的情况下，令人满意的工作能力。即不同的电气设备不应互相影响。EMC是由与设备相关的两个特性而决定的，即干扰辐射和抗干扰性，各类电气设备既可能是故障源，又可能是干扰接受器。一个设备可能不但是故障源，而且同时也是受干扰设备。如果故障源没有反过来影响干扰接受器的正常功能，则存在电磁兼容性，干扰源通常是指功率电子设备并有很大的功率消耗，为了减少干扰辐射需要复杂和昂贵的滤波器，干扰接受器尤指控制设备和传感器，包括计算电路，增加这些低耗电设备的抗干扰能力通常比较容易和。因此在工业应用环境中，增加抗干扰能力比减小干扰辐射常常加经济有效。根据此原则，我们选择了增强控制系统信道抗干扰能力的方法来提高信号跟踪性。根据电气设备产品标准EN61800—3支配，没有必要对工作网络执行所有的EMC措施，但对要求电子环境下的

（1）电气设备执行相应的特定的EMC规则：

·避免不必要的电缆长度，以减少耦合电容和电感。

·将备用导线在两端接控制柜地，以增加附加的屏蔽效果。

·如果电缆是紧挨着柜子地布线，相互干扰将较强。因此，柜内的连线不应随便布置，而应尽可能地贴着柜架和安装板，这也适用于备用电缆。

·信号电缆和动力电缆分开布线（避免由于耦合而引入干扰），至少应保持20CM的空间。如果编码器电缆和电动机电缆不能分开布置，那么编码器电缆通过安装金属隔离或安装金属管或者金属槽以实现解耦，金属线槽多点接地。

·数字信号电缆的屏蔽双端接地（源和目标）。

·数字信号电缆应按信号组进行屏蔽。

·数字信号电缆应尽量远离模拟信号电缆。

（2）根据上述规则，我们对提高1080mm切分剪控制系统信道EMC能力进行了如下工作：

·编码器零（Z）通道信号通道从编码器电缆中分离出来，敷设一根单的编码器零（Z）通道信号电缆。这是一项具有到之处的创造。它了人们的常规思维方式，具有开拓性意义。

·该控制系统信号电缆全部采用带纺织层屏蔽的电缆代替原使用屏蔽箔式电缆，因为带屏蔽箔的电缆的屏蔽效果要比带纺织层屏蔽的电缆屏蔽效果差5倍。

·合理选择信号电缆的敷设路径，尽量使敷设路径短，且避开强电磁场的干扰。

·信号电缆在敷设过程中尽大努力与动力电缆隔离敷设。

·信号电缆在敷设方向上确实需与动力电缆交叉的，呈直角方式交叉。

·尽量减少信号电缆裸露部分长度。

·信号电缆敷设全程穿钢管，以加强屏蔽效果和电缆的使用。

·信号电缆的屏蔽双端接地。

5 结束语

2005年3月份，高线机组1080mm切分剪误动作对策方案在工业现场投入使用以来，至今已有一年多的时间。在这一年多的时间里，再未发生1080mm切分剪在生产过程中出现误动作的情况，切头切尾长度一直非常稳定，运行效果明显，有力地促进了生产，对高线各项生产指标的完成做出了大贡献，产品产量和质量得到大幅度提高，创造了大经济效益。这对国内同类型机组出现的相似问题提供了一套完整解决方案。