6ES7511-1FK02-0AB0型号介绍
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**、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
1 概述
1746-NI16I是美国Allen-Bradley公司出品的基于SLC500系列PLC的模拟量输入模块，设计时可以通过编程灵活设定该模块的工作方式、输入信号类型、数据格式、滤波频率等参数，从而方便地应用于各种场合。采用1746-NI16I作为采集模块组态的SCADA系统具有扩展方便、组态灵活、稳定可靠、便于维护等特点。
1746-NI16I有两种工作方式：CLASSl和CLASS3。其中的CLASSl方式是经典的使用方式，该方式占用系统资源较少，但使用起来需要较为复杂的编程；而CLASS3方式则使用方便，编程简单，但占用系统资源较多。
2 1746-NI16I的软件资源
在使用1746-NI16I之前必须先了解1746-NI16I的软件资源，只有在对模块的每个通道正确配置后，才能使模块正常工作。
对1746-NI16I编程首先要了解SLC500系列PLC对内存变量的管理方式。SLC500系列PLC以文件的方式组织内存，即把内存划分为若干个区域--文件，每个文件分管不同类型的变量，如B文件、N文件、I文件、0文件分别用于管理开关量数据、模拟量数据、输人数据、输出数据等等。
1746-NI16I的CLASS3方式和CLASSl方式地址映射如表1所列。其中，O：e．i表示输出文件中e号槽位的第i号字；I：e．i表示输入文件中e号槽位的第i号字。
可以看出，在CLASSl方式下，系统将采用输入文件中的8个字的空间来传输16个通道的配置字，并采用输出文件中的8个字来传输16个通道的数据字及状态字；而在CLASS3方式下，每个字都由单独的空间对应。因此，在CLASSl方式下，通常通过配置字的Bit0和Bitl来配置输入或输出文件中的8个字。
应当说明：1746-NI16I中的配置字是通道配置信息存放地址；数据字是输人数据存放地址；状态字是通道状态存放地址。
无论配置字、数据字还是状态字，它们都由16位二进制数构成。
2．1通道配置字
配置字中的每一位都具有其特定的意义，通过这些配置宇可以对通道的不同参数进行配置。这些位的定义如下：
Bit0、Bitl：分别为CLASSl方式下的数据／状态和读／写设置。Bit0和Bitl只能在CLASSl方式中使用，而在CLASS3方式中设置这两位将出现错误(状态字的Bitl5、Bitl4、Bitl3被置0)。因为在CLASS3方式中，要用32个字的空间来传输各个通道的数据字和状态字，而在CLASSl方式中只有8个字，因此用户可通过设置BitO和Bitl来选择这8个字的功能。具体选择方式如表2所列。
Bit2：CLASSl握手信号，在CLASSl方式中，该模块提供了握手信号来简化模块的配置。这种握手的方法是设置模块16个通道的快途径。在配置模块的各个通道时，Bit2必须被置1。配置完毕后，状态字的Bit6必须被置1，以表示配置完毕。把配置字 的Bit2清零即可使状态字的Bit6复位。握手信号的详细使用方法将在后面的程序中给出具体的说明。在CLASS3方式中，并不需要这种握手协议，因为所有配置字和状态字的信息都可以通过32个字的空间一次传递。
Bit3：未使用，但此位必须保持为零，否则在状态字中会出现错误指示。
Bit4、Bit5：输人类型选择位。这两位的设置可根据用户输入设备的类型来选择，该输入可以是在某特定范围内的模拟电压或电流。具体设置见表3所列。
Bit6、Bit7、Bit8：数据格式选择位。模拟电流或电压输入在经模块内A／D转换器转换为不同格式的数字量后，不同格式的数据所对应的大小值不同，因此，用户可根据要求选择。在CLASS3方式中，用户可自定义4种格式，见表4所列。
Bit9、BitlO、Bitll：校准模式选择位。要进入校准模式，必须把Bit9置1。进行校准时，必须**行零校准，再进行满量程校准。零校准时需把Bitl0置1，Bitll清0，满量程校准时需把Bitll置1，Bitl0清零。把这三位全部清零即可进入运行状态。
Bitl2、Bitl3、Bitl4：通道滤波频率选择位。1746-NI16I提供有8种滤波频率，每个模块的16个通道可分为4组(0-3、4-7、8-11、12-15)，模块中的4个A／D转换芯片分别负责4组通道的A／D转换。在选择通道滤波频率时，只需对4组通道中每组的个通道(0、4、8、12)进行配置即可，也就是说，每组通道只能使用一个滤波频率，且只能对每组的个通道进行配置。滤波频率的高低决定了降噪特性的好坏。但是太低的滤波频率在降低噪声干扰的同时，也**了模块的刷新速度。
Bitl5：通道使能选择位。当该位被清零时，通道被禁止，此通道的数据字和状态字也同时被清零，直至通道使能位被置1，且通道状态字的Bitl5、Bit 14、Bit 13都为1时，通道才能继续工作。具体的位操作组合见表5所列。
2．2通道状态字
通道状态字中的每一位都可以被用来判断通道的状态。表6是CLASS3方式状态字各个位的功能。
CLASSl方式与CLASS3方式状态字的区别在于：CLASSl方式的状态字中Bit6为握手信号。Bit6为0表示模块准备就绪，可以向其写入配置字；Bit6为1表示配置结束，可以进入采集工作状态。
3 在SCADA系统中的应用及编程
在油田注水自动化系统中，往往需对系统各处的压力、**、温度、浊度等工程量进行实时监控，而现场仪表输出一般都为4-20MA输出，因此可采用1746-NI16I来采集信号和进行A／D转换，并采用带DH+接口的SLC5／04作为主CPU来与DH+网络中的其它PLC以及上位监控计算机组成SCADA系统。 其系统框图如图1所示。
本系统须采集148路信号，其中模拟电流信号占132路，因此需要9块1746-NI16I模块，若用CLASS3方式，输出及输入文件需包含32X9=288个字，而SLC500系列PLC的输入输出文件的大长度为256字，因此在CLASS3方式下多只能使用8块1746-NI16I模块，故本系统只能使用CLASSl方式。
在程序运行后，首先需对9块1746-NI16I进行配置，配置完毕，才能进入采集状态。限于篇幅，本文只给出一个通道的配置程序。
从图2所示的配置程序看出，配置的开始与完成是由配置字的Bit2和状态字的Bit6通过握手协议来实现的。每个模块的每个通道需单独配置。程序上电时，配置字的Bit2和状态字的Bit6都为零，状态字的Bit6为零表示模块已准备好，可以接收配置字，并可向配置字单元写入配置字，此时需把配置字的Bit2置1，表示开始配置。当配置完毕后，模块会把状态字的Bit6置1，表示配置完成。此时可把状态字保存，以备后用。
CLASS3的配置和采集程序相对比较简单，它只需向对应的单元写入配置字即可，在此不再赘述。详细资料可参考有关文献[1]。
4 结论
在油田注水自动化项目中，基于1746-NI16I的SCADA系统已投入运行半年，实际运行证明：该系统稳定可靠，运行良好，**了油田注水的自动化程度，减轻了工人负担，同时也增加了数据的准确性和可靠性。