西门子CPU模块6ES7512-1SK01-0AB0型号规格

我国为了更加快速与国际形势市场接轨，在原加入WTO的基础上，历经金融风暴后，大多数医疗手术室、电子、烟草、化工、制药、食品、民用建筑、商场、工业厂房及印刷等洁净空间，都感觉到无形的压力。这样强迫他们不断地更新设备、更新工业、更新观念，不断**产品档次，**产品质量。特别是国内的喷涂生产线，他们从国外引入**的机器人喷涂生产线替代即将淘汰残旧的设备。这种机器人喷涂生产线对环境要求很高，温湿度不稳均会影响产品的外观及喷涂率，甚至导致涂料成本增加、喷涂不匀等质量问题。面对这烦恼的问题，恰好遇到了组合式空调，它完全可以满足工艺要求。按国家相关标准要求，室内温度要求±1℃，相对湿度要求±5%。如何符合特殊的生产线温湿度的使用要求，成为了空调系统及其控制系统设计的难题。组合式空调的自控系统较好地解决了这难题，它典型结构如图1所示。

图1 组合式空调结构示意图

     根据喷涂生产线对空气的质量精度要求不同、南北方气候差异，选配较合理功能段的组合式空调对空气进行混合、加热、冷却、加湿、除湿、过滤等处理也相当重要，满足车间温湿度时积极提倡节能回收。除湿是恒温恒湿系统空气处理过程中必不可少的环节，在空调系统中常采用冷冻除湿技术。因为制冷系统既要控制温度又要控制湿度，而被控制室内的温湿度也是密切关联，所以较难符合被控制生产线所要求达到理想的温湿度精度。

      空气成分的温湿度是密切关联，如：温度精度≤±1℃与湿度精度≤±1%相比，湿度较难控制。因此±1%湿度所对应的温度精度≤±1℃。假设在12℃结露点上空气的含水率保持恒定，但空气温度在1.0℃之间变化，那么相对湿度就在47%和53%之间波动，0.2℃的空气温度变化将引起大于0.5%的相对湿度的变化。这一点可查空气H-D图（焓湿图）可以得到证明。组合式空调系统中表冷器有降温和除湿双重功能，致它接受两个控制量的控制，至于它在某一时刻接收那个信号控制，需要看哪个参数先满足要求而定。对于室内有散湿负荷，特别是湿负荷变化大的对象（生产线），无疑是十分合适的，因为它不是控制固定露点温度来确保室内相对湿度。虽然有人称它为无露点控制方式，但是这并不意味着经表冷器处理后的空气不必再处理到相应的露点温度。要除湿从原理上说，必须把空气处理到相应的露点.这样的控制方式把它称为不定露点温度控制。这样经此处理的冷气进入房间后，除非室内有大量显热负荷，在大多数情况下，都会导致室内过冷，相对湿度显得过高。实际运行过程中控制器选择的控制信号多半是来自湿度控制器的信号，于是避免冷热抵消，该系统将在消耗低能量下运行。

      组合式空调是针对室外空气的经过过滤处理后用风机以一定的风量送往室内，来调节室内的空气。F6、F9袋式及G4板式的过滤器作用是除去空气中的细菌来**空气洁净度；调节冰水比例阀控制表冷器冰水**对空气进行制冷和除湿；调节加湿比例阀控制干蒸汽加湿器过热蒸汽**对空气进行加湿处理；调节加热比例阀控制加热盘管过热蒸汽**进行加热处理。

      自控系统采用西门子CPU226CN为控制核心的PLC，由温湿变送器采集0-10V的温湿度信号送到A/D模块EM235，通过PLC的PID运算，输出D/A模块EM232由信号0-10V调节控制比例阀的运行控制温湿度；风量变送器采集0-10V的风量信号经过变换和计算，输出控制变频器的运行控制风量。所有控制状态和有关数据可以在触摸屏（HMI）监控显示。控制系统构成如图2所示，I/O接线示意图如图3所示，触摸屏（HMI）监控图如图4所示。

图3  触摸屏（HMI）监控图

 温湿度变送器分别采集生产线温、湿度实际值后，经A/D变换把信号送到CPU与设定值比较。根据计算结果，控制器输出相应信号自动控制比例调节阀，来调节冷量、蒸汽量，确保房间温、湿度达到设定范围。当湿度≥设定值时，无论温度是处于何种状态下，这时冷水阀打开，进行制冷除湿；当温度≤设定值时，蒸汽加热比例阀调节打开，达到恒温恒湿的效果。简单地说：控制了湿度精度就等于控制了温度精度，因此做PLC自控程式的设置以及该系统调试中，始终贯穿湿度控制优先的原则。为保证表冷器的除湿能力，因此设定冷水阀的小开度要特别注意。

自控程序调试的实质是对各控制环节的PID参数进行设置，其中考虑到温、湿度参数的关联性及冷水阀开度对被控参数的影响，对不同的温湿度情况深入分析，进行选择性控制。随后确定PID的各个设定值，新版本的西门子S7-200CPU还支持PID自整定功能，在STEP 7-Micro/WIN V4.0中也添加了PID调节控制面板，用户可以使用用户程序或PID调节控制面板来启动自整定功能。它可以实现多个PID回路同时进行自整定，PID调节控制面板还可以用手动来调试（注：旧版本的不支持PID自整定）CPU的PID控制回路。PID自整定会根据响应类型而计算出优化的比例P、积分I、微分D值，并可应用到控制系统中。使得控制系统更易调试，温湿度控制精度更**、稳定。当湿度过程量≥设定湿度时，除湿PID调节输出，此时只要制冷和加热输出值≤除湿输出值，除湿输出值同时控制冷水比例阀和热水比例阀，这样可以快速除去空气中湿度，在这过程将影响温度回升，只要温度一偏高，制冷PID将控制冷水阀输出。该系统波动几次后即可进入稳定状态，其PID控制梯形图如图5所示。

图5 PID控制梯形图

结束语

在组合式空调自控系统中采用除湿优先控制方法，利用小能量能达到恒温恒湿控制精度。此系统自控控制方法在富士康科技园、江淮汽车、奇瑞汽车、华硕电脑、上海华硕、德国霍富、上海采埃孚等五企业中的喷涂生产线上广泛应用都得到了高度评价

1  引言
    龙钢西安轧钢厂连续棒材生产线建于1997年，原设计生产能力17万吨/年，经过数年的改造，目前实际生产能力达到60万吨/年。为满足生产需要，工艺上采用加大强化加热**轧制速度的等方法，直接导致氧化铁皮加大，钢材力学性能降低，而且经常出现表面气泡，采用低温轧制已成必然选择。穿水冷却是基于浊循环水中具有动能的重悬浮颗粒对炽热棒材表面蒸汽膜的破坏机理，对热轧带肋钢筋进行轧后冷却的一项技术，通过穿水冷却使钢材上冷床温度降低，改善三级钢的力学性能，**产品质量及合格率，解决冷床冷却能力不足的问题。由西安重型机械研究所承担的龙钢西安轧钢厂穿水冷却自动控制系统，其控制系统采用交流变频电机及现场总线技术，系统稳定可靠。该设备控制系统为轧钢在降低成本、**经济效益，节约能源，**产品质量上提供了一种新的解决方案。

2  系统简介
    龙钢西安轧钢厂穿水冷却自动控制系统主要采用西门子MM440变频调速控制装置、安装在变频器上的PROFIBUS通讯模板、西门子S7-300可编程序控制器、分布式I/O ET200M、研华工控机、西门子监控软件WINCC 6.0等产品，采用PROFIBUS-DP现场总线技术。其系统配置如图1所示。

 
图1     控制系统配置图
 
3  系统组成及功能
3. 1  系统组成
    (1) 硬件配置
    硬件配置主要是用西门子公司的S7-300 PLC与MM440变频器进行硬件连接及组态，建立PROFIBUS-DP现场总线网络。为了连接成PROFIBUS系统，必须选用PROFIBUS模板，这一模板是一个可选件，此模板安装在变频器的正面，通过串行接口与变频器连接，对MM440进行控制。PROFIBUS-DP是一个价格适当的高速串行通讯系统，采用这种简单的总线系统，可以把工程设计、可视化和PLC控制集成在一起。PROFIBUS-DP现场总线的主要特点是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，是能支持双向、多节点总线式的全数字通讯。将MM440变频器通过PROFIBUS通讯模板连接到S7-300 PLC的现场总线网络中，从而实现了MM440与S7-300的网络通讯。变频器与S7-300 PLC的硬件连线如图2所示:

 
图2     变频器与S7-300的硬件连接图
3.2  硬件组态
    组态PROFIBUS-DP现场总线步骤如下:
    (1) 在西门子SIMATIC STEP7软件下新建一个工程(Project)，插入一个SIMATIC 300站，打开该站的Hardware硬件组态编辑器，组态315-2DP的PROFIBUS网络。
    (2) 在PROFIBUS-DPSIMOVERTMICR．master4中插入MICR．master4到总线网络中，在MIC- R．master4下插入PPO1或PPO3即可。
    (3) 分散I/O是按照所选的分散站形式(如ET200M)选择通讯模块(IM153)的型号添加到PROFIBUS-DP现场总线网络中去。
    硬件组态如图3所示。

 
  
图3     硬件组态图
3.3  系统功能
    (1) 变频调速控制系统功能
    根据恒压供水的工艺要求，保证供水系统的压力稳定，采用变频调速装置，实现压力闭环控制，能够满足其1.2MPa恒压要求。对于泵类负载采用以压力为参量的双闭环串级调速控制系统，以速度为内环，压力为外环的双环控制系统。为了使被控压力维持在12公斤，当压力降低不能满足要求时，反馈信号(压力)减少，控制系统自动控制，使电机增速，使供水管道水流产生加速度，**水压，以维持输水管道要求的供水压力。
    水泵采用压力闭环控制时，调速范围必须按照水泵的压力与**的变化关系确定，对单台水泵而言，水泵调速范围大约为电动机的额定转速的30%，当多台水泵并联运行时，且其中有恒速运IMATIC转的水泵时，**变化范围要缩小，调速范围也要小。
    (2) PLC控制站功能
    穿水冷却自动控制系统的编程软件采用西门子SSTEP7 V5.3。PLC完成的主要控制功能有:冷却泵的恒压控制、钢温自动调节、高压开关控制等。整个控制过程实现全自动控制。关键的网络通讯控制采用了STEP7中的特殊功能块SFC14“DPRD-DAT”读取DP从站的连续数据，采用SFC15“DPWR-DAT”向DP从站写连续数据用PLC实现钢温自动调节，其原理为采用红外测温仪，逐根监测钢材在线温度，并送入上位监控站，然后根据存储在上位机的经验数据表查表，并把查得的水量值送到PLC中，在PLC中采用PID闭环调节，自动调节薄膜调节阀的开度，以自动调节穿水**，调节钢温。同时根据反馈温度微调阀门开度，以进一步精调钢温。
    (3) 上位监控功能
    上位机监控系统采用研华工业控制机、西门子WINCC6.0监控软件。把PLC采集到的各种信号在监控画面上显示，并有人工参数设定，报警显示等功能。具体功能如下:
    ●实时位置监控:监控各个信号点的状态;
    ●信号采集:由变频器通过总线通讯采集过来的电机的转速、电流;
    ●钢材温度及调节阀开度的显示;
    ●温度曲线记录;
    ●人工参数的设定;
    ●报警系统变频器故障显示等。
    上位机监控功能有利于进一步分析所取得的数据，达到更好的穿水效果。
    主监控画面如图4所示。温度曲线记录如图5所示。

 
图4     主监控画面

 
图5     温度曲线记录

4  结束语
    经过穿水冷却的钢材上冷床的温度平均降低了100-130℃，棒材铁素体晶粒度达到10级，晶粒度**2级。改善了产品各项力学性能，抗拉强度平均**了35~40MPa，表面气泡现象基本没有了，钢材性能合格率由96.5%**到了99.8%。控制系统硬件结构合理，满足工艺要求;应用软件结构清晰，功能完整，运行可靠;整个系统完全满了生产需要，达到设计要求，取得了良好的社会和经济效益