徐州西门子模块代理商变频器供应商

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一、概述

莱钢炼钢厂4a#连铸机为一台三机三流的矩形坯连铸机，年生产能力为80万吨，与中型 轧机构成一条热装热送短流程生产线。本文将对其基础级自控系统进行详细介绍。

二、生产工艺简介

钢水包由转炉车间运至连铸车间后，由车间行车将钢水包置于大包回转台钢包臂 上，旋转至浇注位后，钢水 由钢包流入中间罐车，达到开浇液面后，浇铸开始。钢水经中间罐车注入结晶器，经过初次冷却控制以及振动控制调节后，进入二冷区。自控系统自动跟踪铸坯的位置及长度，铸坯到达冷却段时，由二次冷却系统对铸坯进行水/气的混合冷却。系统跟踪钢坯头到达矫直区时，拉矫机依次进行换压操作;跟踪到脱引锭位时，自动进行脱引锭操作。钢坯达到定尺长度后，由火焰切割机实施切割，切割后由输出辊道运出，再由横向移钢机运至热送辊道，后由热送辊道运到中型加热炉进行轧 制。

三、系统构成及配置

系统采用了美国罗克韦尔自动化公司的PLC5作为主控制器，SLC500 用于火焰切割自动控制，选用罗克韦尔自动化公司1336系列的变频器用于交流调速控制，远程I/O模板用于切割区以及出坯区现场信号的控制，以工业以太网 以及DH+网作为控制网络。在该系统中，共采用了4套A-B PLC-5/40E分别用于铸机的公用系统以及铸流系统的自动控制。根据系统的控制规模，并保留有25%左右的控制点余量，PLC系统的硬件

公用系统

主机架通过CPU上的通道1B(组态为Remote I/O Scanner方式)外带了5只扩展机架、6块Remote I/O模板以及4台1336 PLUS变频器。

具体配置为

电源模板(1771-P7，16A)6块、CPU(1785-L40E)1块、AI模板(1771- IFE)3块、AO模板(1771-OFE)3块、RTD模板(1771-IR)1块、高速计数模板(1771-VHSC)1块、24VDC DI模板(1771-IBD)25块、24VDC DO模板(1771-OBD)14块、220VAC DI模板(1771-IMD)23块、220VAC DO模板(1771-OMD)16块、远程I/O适配器(1771-ASB)5块、远程I/O模板(32入/32出：1791-IOBW)4块、远程I /O模板(16入/16出：1791-16BC)1块、远程I/O模板(24入/8出：1791-24B8)1块、25匹马力1336 PLUS变频器(CAT 1336S-B025-AA-EN4-CTM1-HA2)2台、20匹马力1336 PLUS变频器(CAT 1336S-B020-AA-EN4-CTM1-HA2)2台。

铸流系统

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上的通道1B(组态为Remote I/O Scanner方式)外带了2只扩展机架、3块Remote I/O模板以及7台1336 FORCE变频器;另外，采用了3套A-B公司的小型产品SLC 500 分别用于每流的火焰切割机的自动控制。SLC 500 PLC通过CPU上的DH+通讯口与PLC-5/40E的CPU上的通道1A通讯口(配置为DH+)连接构成了DH+网以实现数据交换。

PLC5具体配置为

电源模板(1771-P7，16A)3块、CPU(1785-L40E)1块、AI模板(1771- IFE)4块、AO模板(1771-OFE)8块、RTD模板(1771-IR)2块、高速计数模板(1771-VHSC)1块、24VDC DI模板(1771-IBD)5块、24VDC DO模板(1771-OBD)4块、220VAC DI模板(1771-IMD)7块、220VAC DO模板(1771-OMD)5块、远程I/O适配器(1771-ASB)3块、远程I/O模板(1791-IOBW)3块、25匹马力1336 FORCE变频器(CAT 1336T-B025-AA-GTIEN)4台、40匹马力1336 FORCE变频器(CAT 1336T-B040-AA-GTIEN)3台。

SLC500具体配置为

电源模板(1746-P2)1块、CPU(1747-L542)1块、 DI模板(1746-ITB16)1块、DI模板(1746-IB16)4块、 DO模板(1746-OW16)2块、DO模板(1746-OB16)2块。

4套PLC5 通过各自CPU上的以太网口(通道2)挂在以太网上，并通过MSG指令相互传递数据;共25台1336变频器作为远程站采用Remote I/O Scanner方式与PLC进行数据通讯：其启动、停止、速度给定等指令均由PLC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。另 外，4台PⅢ工控机作为系统的上位机，通过以太网与PLC进行数据传送，完成铸机生产的监控，其中3台为操作员站，互为备用，用于生产的实时监控;1台为工程师站，可以完成对软件系统的查阅、修改等工作(系统配置图如图1所示)。

四、软件设计、系统控制功能及实现

4.1 PLC程序的设计

控制程序使用罗克韦尔 自动化公司编程软件Rslogix5，并全部采用简单易懂的梯形图方式编制而成，分为公用控制程序及铸流控制程序共4套。

每套控制程序均采用了流行的模块化/结构化编程方法：根据控制对象、控制目的的不同把控制程序分为若 干控制部分，由主程序在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能;在每一个梯形图文件中，把控制功能相同的程序放在同一控制段中，并加以注释。这种结构化编程方法使得程序的查阅、功能的扩充及修改变得加容易，大大增强了程序的灵活性、可读性、实用性和维护性。

4.2 监控系统的设计

上位监控系统采用Rsview32制作，Rslinx负责完成与PLC的数据通讯。根据生产工艺、控制功能 的要求，共制作了9大部分、共计40余幅监控画面。

4.3主要的控制功能及关键技术的实现

图 1

主要控制功能： 该自动控制系统主要用于连铸机生产的基础级自动化控制，通过采用A-B自动化控制技术可完成基础生产工艺过程的全自动化控制，实现连铸生产现场设备的自动联锁，介质温度、压力、流量的检测调节，数据的通讯处理、故障报警以及生产状况的在线监控等功能。

主要控制功能有：中间罐车行走、升降功能;结晶器冷却水、二冷水、公用介质的流量及压力检测调节功 能;推钢机控制功能：横移机控制功能;大包、中间包的钢水测温及称重功能;大包旋转及升降控制;液压站控制;结晶器振动控制;拉矫机/拉矫辊控制;输出辊 道控制;结晶器冷却水控制;二冷水控制;自动跟踪控制;火焰切割控制以及生产的在线监控等。关键技术的实现：

变频调速控制技术：中间罐车、拉矫机、结晶器、输出辊道、横移机等设备均采用了变频调速控制技术。PLC通过Remote I/O Scanner通讯方式将控制命令传达给变频器，同时接收变频器的状态实时反馈信息;控制程序则通过采用MOV指令将启/停、正/反转、速度给定值等命令信息以输出字的数据格式传送给变频器，从而实现变频调速的自动控制。

二冷区的全自动配水控制算法：理论上理想的二冷配水控制曲线是一条二 次曲线：F=aV2+bV+c，但是实现起来非常困难。为此，我们采用直线曲线技术：采用三条斜率不同的直线来模拟二次曲线，根据当前的拉速及三条直线所对应的a、b值分别计算出三个配水量F1、F2、F3，然 后取其大值作为当前的实际给定值：Fsp = Max{F1，F2，F3}(如图2所示)。此外，软件上通过PID指令完成七段回路仪表调节控制(控制框图见图3)。

铸流自动跟踪技 术：PLC根据A-B增量型编码器(安装于3#拉矫机上，1024脉冲/圈)发送速计数模板的脉冲数，自动计算并完成送引锭模式、浇注模式下的拉矫机 /拉矫辊、二冷区配水、电机测速以及铸坯测长等全自动控制。

火焰切割自控系统：<该系统单采用3套SLC500 PLC，并建立了DH+通讯手段与PLC5进行数据通讯。根据PLC5发送过来的铸坯测长实时数据，实现对钢坯切割的自动化控制，并具有2种定尺(本机、 上位)、3种操作方式(手动、半自动、全自动)的控制功能。同时PLC5根据SLC500的反馈信息控制输出辊道的动作将切割完毕的铸坯运出。控制程序则使用MSG指令来实现通讯数据信息的相互传递。

铸机生产的自动在线监控技术：采用Rsview32监控技术、Rslinx通讯技术开发了铸机生产的在线监控系统。该监控系统分为总貌、风机液压站、条件及状态、公用检测、一冷、二冷、设备冷却水、液面控制和其它9大部分，具有如下主要功能：

生产数据、设备状态的在线显示监控;

生产数据的上位设定及生产模式的控制选择;

设备控制方式的选择以及设备的远程 控制、介质的远程调节;

趋势记录、故障报警、报表打印以及系统故障自诊断。

图2

图3

五、结束语

该自控系统综合集成了美国罗克韦尔自动化公司的PLC控制技术、画面监控技术、网络 通讯技术以及变频调速技术，实现了连铸机基础生产工艺过程的自动化控制，可完成连铸生产现场设备的自动联锁控制，介质参数的检测调节，数据的通讯处理、故障报警诊断以及生 产状况的在线监控等功能。经过三年多的运行验证，该系统控制功能、稳定，有效地提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员的劳动强度，为生产的顺行提供了的，并了十分显著的经济效益。

  1引言 

地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统 和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

地铁采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误。在变 电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统运行的关键。

变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。

将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。

2地铁变电站自动化系统组成

在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变 电站自动化系统需要对35kV交流微机保护测控装置、直流1500kV牵引系统微机保护测控装置、380/220V监测装置、变压器及整流器的温控装置、 直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。

由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，己被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现地铁变电 站自动化的RTU功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了Modicon Quantum系列PLC，来实现变电站自动化的RTU功能。Quantum具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的 电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容盈的PLC产品。

随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用DI, DO, AI模块来实现遥控和遥信。使用PLC的DI模块来实现遥信、用PLC的DO模块来实现遥控、用PLC的AI模块来实现遥测、用PLC的通信功来完成与微 机保护单元的通讯。利用PLC的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

3地铁变电站自动化系统设计

3.1系统结构

变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器，主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参 数和软件的RAM和FLASH MEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。

电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动运行，提高系统的性。 通讯模块采用Modbus+通讯模块。

间隔层的微机保护装置经过RS一485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到 主监控单元PLC。

系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002 MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过 MB十网络与PLC建立网络通讯，同时在信号屏中还配有可编程网桥NW一BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯 协议可编程的RS一485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC一60870-7-101与控制通讯。

系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS一422接口采用IEC60870-5-101标准规约实现与控制通讯;向下网络通讯层通过 网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、 测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，提高系统的性。

配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实 时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时，液晶显示报置按新旧次 序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息，并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择，必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。

“就地一远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在信号屏内装有“就地一远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭 锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。

系统的电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动运行，提高系统的性。

3.2开放式、宜扩展性设计

可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配 置，变电站层设备设置灵活。

网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus+等现场总线的接口设计，能充分满足大流量实时数据传送的实时性和性。

3.3软件设计

PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序。为了完成所有RTU功能，PLC采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进 行通讯。通过Modbus总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用 了Quantum系列PLC配套的con-cept编程软件中的FBD方式，进行了PLC的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。

通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块有concept软件的FFB libarary提供的标准功能块，也可以自己定义，自己特的功能块。

遥信的实现，有两种方式。一种是通讯方式，当变电站设备发生变位时，通过PLC与智能保护装置的通讯，读取变位的信息到PLC中，并将其上送 给控制。另一种为D工模块方式，通过连接设备的位置继电器，PLC的DI模块能够感知设备的变位信息。

遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，PLC通过与智能保护装置的通讯，实时保护装置的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场 级的采集功能。另一种为AI模块方式，由PLC自己来完成现场的遥测量，并将采集到的数据存放在R A M中。网桥将RAM中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制进行通讯。

网桥中的报文接析程序分析控制传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将的遥控对象信息写入PLC，由PLC 程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。

3.4系统功能及特点

变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。

变电站自动化系统的特点:

(1)完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时 报警，提高系统运行性。

(2)开关、闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。

(3)监控系统采用PLC代替传统的RTU，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。

(4)取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。

(5)简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后 台软件中进行闭锁。

(6)对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。

4结束语

在实际运行中，网桥与控制的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的 状态由软件来判断，大大提高了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的情况，这样就给检修人员预留了 充足的时间来检查问题。

PLC硬件由于应用工业级性设计，因此实际运行中非常，绝少出现死机的情况，性远采用bbbbbbs操作系统的通用计算机， 很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在PLC还没有出现过硬件故障，凸显了PLC对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修 和换为便捷。

需要改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离， 会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。