6ES7212-1AE40-0XB0西门子紧凑型CPU

捷高科技（苏州）有限公司（CETCO）在环保产品和各种服务方面拥有超过70年的研究与市场推广经验。产品在满足****的同时也频繁出口到亚太其他国家。CETCO生产的膨润土防水毯（GCL）在全球市场占有率超过60%。GCL系列产品被广泛应用于大量环保项目中，如生活垃圾填埋场，工业危险废物填埋场，矿山尾矿处理，油槽防漏，地下建筑和景观工程，地铁，隧道，水利工程等，在全世界拥有众多备受信赖的业绩。GCL生产线（应用ControlLogix5000 PLC）及热熔胶机系统（应用SLC 500 PLC）与RSView32软件配合实现了对整条生产线的远程监控，构成一条全自动生产线。本文将对其基础级自控系统进行详细介绍。 

2 生产工艺简介 

　　CETCO的生产线为完全进口设备，针刺机由国际**非纺织设备制造商专门为CETCO设计制造，采用多项专利技术。与之配套的电气控制部分完全是由美国罗克韦尔公司提供的集成式智能化InbbbliCENTER马达控制中心MCC；选用当前先进逻辑控制模块，具有远程控制、诊断功能，方便全球专家对系统维护及抢修；所有运动部件都可实现数字控制，达到快速、准确、稳定的效果。是目前国内唯一一条整个生产过程均由电脑进行全程监控的GCL生产线，*大限度的降低人为因素而导致可能的失误。

　　整条生产线(见图1)包括放卷设备、撒土设备、针刺机、切边设备、收卷设备等等。控制系统大量使用了罗克韦尔公司的PowerFlex70系列变频器，用于生产工艺中所需变频调速的电动机。该类型变频器具有Device Net通讯功能，大大方便了整个控制系统的通讯和保证系统的稳定性。生产工艺主要为：首先，放卷设备将无纺布和编织布放卷；其次，送料系统将膨

图1 膨润土防水毯生产线

　　润土送到撒土设备；然后，撒土设备将膨润土均匀撒在编织布上以后覆盖无纺布再经过针刺机以不同频率进行针刺，切边设备再将其左右两边进行修整，使产品更加整齐美观；*后，由长度测量系统控制每一卷长度，切断后收卷、包装即完成了一卷膨润土防水毯的生产。其中，热熔胶机只在生产带膜产品时投入使用。

3 系统构成及配置

　　(1) 系统结构

　　整个控制系统分中央控制室在线计算机和远程监控室（生产办公室）计算机与ControlLogix5000（控制GCL生产线）和SLC500（控制热熔胶机）组成一个整条生产线的局域网，然后通过无线发射接收装置与公司服务器连接实现Internet远程监控功能。

　　该系统中ControlLogix5000通过Device Net网络与生产线中监控各个电动机的E3系列热继电器及变频器通信，实现控制电动机启动、停止及速度给定并采集各个电动机工作的电流和故障信息。

　　SLC500在控制热熔胶机时，亦通过Device Net网络控制两台变频器以达到两台胶泵转速的连续可调，并且通过固态继电器控制加热器使温度保持恒定。

　　ControlLogix5000和SLC500之间通信充分利用了SLC500 CPU模块自带的DH+网络接口与ControlLogix5000中的DH+网络通信模块1756-DHRIO连接构成了DH+网络以实现数据交换。

　　(2)具体配置

　　两台装有RSView32远程监控软件的高性能PIII作为上位机，分别放置于生产线（用于现场工艺控制）和办公室（用于远程监控）

　　·GCL系统

　　电源模块1块、CPU（1756-L55）、数字量直流输入模块（1756-IB16）5块、数字量交流输出模块（1756-OA16）2块、模拟量I/O模块（1756-IF4FxOF2F）1块、高速计数器模块（1756-HSC）1块、Device Net网络通信模块（1756-DNB）1块、DH+网络通信模块（1756-DHRIO）1块、EtherNet/IP网络通信模块（1756-ENBT）1块。

　　·热熔胶机系统

　　电源模块1块、CPU（1747-L542C）、Device Net网络通信模块（1747-SDN）1块、RTD热电阻输入模块（1746-NR8）3块及（1746-NR4）1块、组合式输入/输出模块（1746-IO12）1块、直流输出模块（1746-OB32）1块。

4 软件设计

　　(1) PLC软件设计

　　控制程序软件分别使用上位机软件RSView32及RSLogix5000（ControlLogix5000 PLC）和RSLogix500 English（SLC 500），操作系统为Microsoft bbbbbbs XP。这里主要介绍一下GCL生产线PLC的程序。RSLogix5000编程软件的树型程序结构，易于创建管理任务程序和数据结构，使程序更具人性化，可读性强。

其中，我们将整条生产线程序命名为Controler Suzhou_GCL，然后将我们在程序中要使用的变量，以及PLC输入和输出点在控制器变量Controller Tags里定义，为了方便记忆，我们可以根据现实中的功能定义为别名（Alias Name），如产品实时长度我们可以定义为Current_Length。在控制器故障处理Controller Fault Handler中，我们要编写程序对控制器故障时，PLC需做出的动作。同样，在电源出现异常时，PLC需做出的动作也需要在上电处理Power-Up Handler中编程。

图2 控制程序软件

图3　生产工艺流程

　　在编制此程序时，根据生产工艺流程(见图3)在任务Tasks下建立了GCL生产线主工艺Bentomat、送料Feed等周期性任务与主任务Main Task共同完成整条生产线的自动控制。在主 任务Main Task中编写生产线启动、停止和子程序调用指令。然后我们按生产工艺流程将各种电动机分类到周期性任务里，在每一个周期性任务中细化程序。如在图2中，首先在GCL生产线主工艺Bentomat中建立顺序控制程序Seq_Bentomat；然后，编写此任务中所有电动机程序（控制及各种信息），包括两个无纺布放卷电动机M07_NU1和M08_NU2；两个切边电动机M06_ETrim1和M11_ETrim2；撒土电动机M42_HFRoll；加紧产品电动机M12_Lam；摆动杆驱动电动机M23_LGNM；加速滚筒驱动电动机M41_Acc；切断刀片驱动电动机M30_BCut；切断刀横向行使驱动电动机M31_BCCut；**滚筒驱动电动机M35_DRUp；收卷电动机M34_WRoll。每台电动机分别包括变频器通 讯程序FVNR、报警程序Alarms、控制程序Control、电动机运行时间统计程序Hourmeter等等，这样使得程序系统性、可读性大大增强，方便程序变更和改进。例如，图4中为2吨行车电动机编制控制程序，因为它是送料设备，我们将其分类到周期性任务Feed中，命名为M02_2THoist，并在其中建立其功能程序和梯形图程序。

图4　2吨行车电动机编制控制程序

　　在GCL生产线中，要保证整条生产线有条不紊、可靠的工作，线速度的配合和顺序控制是系统设计的关键。与针刺机相关的辅助设备基本上都参与针刺机主电动机的联锁（因为送料系统有中间储存设备，并不影响产品实时生产，故无直接联锁，以增加设备的开机时间，**生产效率），包括针刺机曲轴箱油泵润滑系统、撒土系统、收卷系统等。生产线运行过程中，在装有RSView32软件的监控计算机上可以更改每台电动机的手动和自动控制模式，并且可以读取该电动机的工作实时电流，如图5。当任何一台电动机出现故障，计算机上将会出现故障报警信息，并根据对产品质量的影响程度作出是否停止整条生产线的动作。维修人员将根据显示的故障信息及时排除故障，使故障的影响*小化，*大程度上增加开机时间。但是当现场产生报警停机时，在操作员确认并复位之前，将不能启动生产线。

图5　读取电动机的工作实时电流 

　　另外，线速度配合是本条生产线的一个相当重要指标，主要表现在收卷加速滚筒驱动电动机A和针刺机出口滚筒驱动电动机B转速的配合。当A转速快于B，会造成驱动B的LG变频器因为过压（OV）而报警；当A转速慢于B，会造成产品堆积缠绕进滚筒，甚至拉断。因此，在程序设计中，我们采用了闭环PID控制，根据A反馈的转速转换成线速度，与B的当前转速对应的线速度在PLC程序内进行比较，然后PLC根据比较结果发出模拟信号给驱动A的变频器，使其转速做出相应变化以达到线速度的统一。

　　(2)RSView32软件设计

　　画面显示功能：为了使整条生产线一目了然，在操作画面中以主要生产工艺环节为基础，用简洁明了的线条组合，生成监控画面。另外可以灵活使用RSView32软件中Library(位于Graphics目录下) 的各种常用图形，不仅减少工作量，同时还增加了监控画面的美感。

　　(3)报警画面

　　当前报警使用RSView32软件的Alarm Bar功能，实时监控现场设备的运转情况，一旦出现故障，动态显示报警信息，使操作员第一时间得到信息以便采取措施。为了方便维修工检修和故障统计，运用RSView32软件的Alarm Summary功能，就可以轻松实现。

　　(4)组态画面

　　在主画面中，使用RSView32软件的按钮功能，将各个需要监控的画面分别对应到相应的标题按钮，在各个子画面中，在分别设置一个返回和各个画面的切换按钮，使页面转换变的简单易行。

　　充分发挥RSView32软件的标签占位符（Tag Placeholders）和参数（bbbbbeters）功能，两者完美的配合，用*少的画面达到更多的监控功能，让程序设计者大大降低了劳动强度，达到了事半功倍的效果。由于GCL生产线中大量使用了电动机，并且每台电动机的操作（包括手动、自动选择；开、停机选择；正、反转向选择；复位和确认等）和显示（包括故障报警、电动机实时电流、状态）功能基本相同（见图5）。因此，为了更方便组态和程序的管理，我们依旧采用和PLC编程相似的处理方法，将各种标签（tags）分门别类，根据生产工艺自定义一些文件夹和变量名。这样，我们只需要做一个画面，来监控不同电动机。

图6　监控不同电动机　

　　在组态画面中，我们有两种选择：

　　·使用参数文件（bbbbbeter File）

　　Display

　　·变量名列表（Listing tag names）

　　Display

　　在程序设计中，GCL生产线组态使用了第2种。例如：我们要对灰尘控制室旋转给料电动机进行监控，我们只需在生产工艺画面中单击相应电动机图标，打开灰尘控制室旋转给料电动机的监控画面。其按钮对应命令为：

　　Display Motor_Pop_UpA /TFeed\M01_BHRFeed

5结束语

　　该自控系统集中体现了美国罗克韦尔自动化公司的PLC控制技术、画面监控技术、Device Net网络通讯技术以及变频调速技术的优势，使整条自动化生产线的控制系统设计、调试时间大大缩短。在系统运行初期，该系统可由美国CETCO总部工程专家远程监控，当生产工艺发生改变，专家们可以远程变更和改进程序，大大方便了解决现场问题的能力，使我们深深感受到Internet和自动化技术给我们带来得好处。

　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系统的配置完全相同，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台高性能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专用编程软件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更加容易，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、**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**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， 我们采用直线仿真曲线技术：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）发送至高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：<该系统单独采用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，该系统控制功能先进、安全稳定可靠，有效地**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可靠的保障，并取得了十分显著的经济效益。