6ES7511-1UK01-0AB0型号介绍

1  引言
        管控一体化技术是采用计算机、网络、数据库、自动控制和接口通讯等诸多技术，以生产过程控制系统为基础，通过对生产管理、过程控制等信息的处理、分析、整合、存储、发布。典型的管控一体化系统可分为三层：现场控制层、过程监控层和企业管理层。现场控制层是直接控制级，实现对过程的连续控制调节并进行过程数据的采集、转换、诊断；过程监控层用于生产过程的管理，向工艺工程师和自动化工程师提供过程管理、设计工艺流程和控制方案的人机接口；企业管理层用于经营、库存、财务及生产调度，从而自下向上实现企业管控一体化。基于管控一体化的混凝土搅拌站系统集成对于建筑工程具有重要意义。

2  混凝土搅拌站工艺
        混凝土搅拌站的工艺由石子、砂子等骨料与水泥、粉煤灰等粉剂配料按照一定的配合比例，称重计量，并控制其在一定的误差范围之内。配料预装在水泥仓中由螺旋输送机输送，水、液体添加剂由水泵与液剂泵配料。各种物料配料完成后，经由**机(或皮带机)将骨料**(或运输)到搅拌机(或待料仓)。待所有物料配完后，将物料依次投入搅拌机搅拌成混凝土。此过程按照配比要求的方量自动循环生产。

3 管控一体化凝土搅拌站系统
        硬件组成由称重仪表、plc、触摸屏、计算机。控制系统以商用计算机为监测站，完成工艺参数的设定、修改、工艺流程的动态显示，故障监测及报警，关键数据的存储、查询、打印等。选用plc作为控制站，控制现场设备。plc站通过100m的以太网与上位机连接，称重仪表与plc是asi工业级总线通讯。在控制台上，还设有工业级人机界面作为现场操作站。
3.1 监控站
        采用联想商用计算机作为plc的上位机，联想计算机具备一键恢复功能，整个系统做好后，将备份做好，以后只要计算机硬件不损坏，操作系统出再大的问题，即便是硬盘格式化，都照样可以一键恢复数据。监控软件对全部设备的运行状况进行监控与管理。上位机与plc通讯应用opc技术，opc(ole for process control)用于过程控制的ole，是系统之间进行数据交换的一种表现形式，主要面向工业自动化控制领域。opc已成为一种开放的工业标准，是许多的自动化公司和软、硬件公司与微软公司合作的结晶。其意义在于为工业控制设备与应用软件之间建立统一的数据存贮规范。这个接口规范不但能够应用于单台计算机上，而且可以支持网络上各应用程序之间的通讯，以及不同平台上应用程序之间的通讯和数据采集。上层应用可以不考虑底层的硬件特性以及opc服务器与硬件通讯的细节，就可以得到生产过程的数据。
3.2 plc控制站
        采用西门子公司的s7-200  plc，系统配置如下：cpu226模块、em223扩展i/o模块、cp243-1以太网模块、cp243-2 asi总线模块、asi电源模块。系统框架图如图1所示。

图1  系统框架图

3.3 系统网络通讯
        (1) 称重仪表ld3与plc的asi总线通讯配置。s7-200系列plc(除cpu221)均支持asi主站模块，主站模块型号为cp243-2，安装时需紧邻cpu安装。在数据格式上cpu243-2所拥有的数据空间为aiw0-14，aqw0-14。在plc的编程软件step7中的系统块中，将模拟输入过滤页下的aiw0-14勾选去掉。在文件加载或移除库中加载ld3功能库，在plc程序中调用功能块，于是称重仪表ld3其地址1-15就相应映射到plc中的vw1900—vw1928中。称重仪表ld3的地址在step7的asi向导中可任意更改地址。
        (2) plc与上位机的以太网通讯配置。在step7的以太网向导中可以迅速简单的配置完成，设置plc的ip地址，而后调用以太网功能块。
        以太网技术是目前管控一体化理想的构网选择，它能满足如下所有要求：高传输速率、高可靠性、抗干扰能力、实时传输确定性、多种传输介质适应分布要求、可扩展性和可维护性、标准化、开放性、和互操作性、大量应用和面向未来的开发。其采用tcp/ip协议，使得工厂的管理可以直接进入控制现场。
3.4 控制功能设计
        系统控制方式有手动、半自动和全自动方式三种，以适用于不同工作要求。手动方式为配料为点动控制，卸料、出料为点动控制；半自动方式为自动配料，手动卸料、出料。系统可自动测试、修正配料误差，保证计量的高准确性。控制系统对水泥仓中的水泥使用情况实行动态管理，水泥仓添加水泥时，将添加的公斤数输入水泥库中，此时模拟水泥仓料位的黄色尺度成比例的增长，当自动与半自动生产时，使用的水泥量会自动从水泥库中减去，黄色尺度会按比例地减少。可随时查询水泥的使用和库存情况。控制系统的各种控制参数可由用户根据实际情况做直接而有效的修改。控制系统可记录下自动、半自动方式下每次出料的情况，并可随时查询、打印。控制系统完善的打印功能可打印出汇总、配比数据、累计用料、派车单、配方表等报表，并可根据用户要求增加新的打印项。
        控制系统行业首创一站式故障检测系统，具有回路自动检测功能，通过触摸屏可对出现的各种故障提供时实动态的提示。如：自动生产时，骨料1不配料，此时在故障检测系统中可以清晰地观察骨料1自动配料的条件，哪项不满足，一清二楚。便于操作者方便快捷地检测故障。
        控制系统的输入和输出信号全部采用光偶隔离或继电器隔离，有较强的抗外界干扰能力。plc与称重仪表的电源通过变压器隔离，有效避免外界干扰与雷电损坏。控制系统的plc可独立脱机工作，不受计算机是否连机的影响，真正意义上实现集散控制。系统具备补料与扣称功能(独立计量有效)。当对混凝土的精度要求很严格时，可以启用补称与扣称功能。自动配料时，若某种物料配料的误差小于规定时，此物料自动补料；若某种物料配料的误差大于规定时，自动流程暂时中止，执行扣称功能。

4  系统软件设计
4.1 plc软件设计
        (1) plc程序主要完成对设备配料过程的自动控制、数据采集的处理以及系统出现异常情况下的自动报警功能。本系统的软件是利用step7在bbbbbbs xp平台下开发的，编程灵活、方便。软件采用模块化编程结构，整个软件分为主程序、子程序和几个公共过程。
        (2) 主程序块主要完成控制系统的控制功能(自动配料与卸料、配料数据的采集、自动润滑、故障报警)及调用子程序。
        (3) 数学变量定义。物料的配比 pb ；物料落差 lc ；物料的实际配料sp；秤零点 ld；秤关门值 gm1；配料误差 wc。
        (4)数学运算过程。物料自动配料计算过程：当物料配料重量达到(pb-lc)+(±ld)时，此时停止配料。此时的lc=lc+((sp-pb)/2)。若启用补称、扣称功能。则当wc>1%时，执行扣称，此时配料数据暂不收集，(pb*wc)+gm1=gm，此时sp=sp-(pb*wc),扣称完毕后，gm=gm1;若wc<1% 则执行补称，sp=(pb*wc)+sp。由此可知物料出现配料精度不够，多为落差不稳定的原因造成的，造成落差不稳的因素有多种，如物料潮湿导致**不稳定，称体卸料门问题或称体太轻，配料时晃动等。子程序块：主要完成落差的自动修正功能。即lc=lc+((sp-pb)/2)。
4.2 上位机监控软件
        上位机监控软件，具有如下功能：时实监控主画面；配比的设置、修改与传送；落差修改与传送；系统控制参数修改与传送；水泥仓管理；数据采集与数据库冗余、报表查询与打印。监控主画面如图2所示。监控画面中，主画面是工业现场的整个流程图，在画面中可实时显示各种物料的配比值、实配值及误差值。gif格式动画动态显示设备各机构的工作状态，实时显示故障报警。实时控制项选择窗口中，可以随时设置是否打印批量数据，是长票据或短票据；是否启用自动修正落差功能；是否打印发车单功能。监控画面中配置有主减速机换油周期控制项，点击此控制项，则弹出设置与帮助提示窗口，设置完成后只要主减速机工作则系统计时启动，当设置时间到后则在报警窗口中提示主减速机应该换机油。

图2  监控主画面如

4.3 双机冗余
        双机冗余是数据库的一个重要组成部分，它可有效地**系统的稳定性和可靠性，其系统构图如3所示。双机冗余概括起来就是：系统正常启动时，主机和从机谁先启动，谁就获得系统的控制权，先启动的机器就是系统的主机；只有系统的主机发生故障时才会发生主从机切换。对于重大工程或不允许数据出现问题的工程，双机冗余对于保证系统的可靠性与数据的可靠性是必要的。

图3  双机冗余系统

5  结束语
        基于管控一体化技术的混凝土搅拌站控制系统的设计，其框架清晰，结构合理，性能优越，而且具备良好的性价比，极具市场竞争力。其快速高效的通讯方式与组网方式，代表了未来自动化控制系统的发展方向。

动化控制系统。

2  连铸区域网络控制
2.1 simatic s7网络
        simatic s7系列plc在siemens的工控领域占有举足轻重的地位。就通信协议而言，simatic s7支持通用的工业以太网协议和siemens专用协议。具体分类如下：
        (1) ethernet协议， 用于管理级的信息交换，主要指plc之间，plc与监控画面之间通讯；
        (2) ppi(point to point interface)协议：点对点的主从协议。从站在主站发出申请或查询时进行响应；           
        (3)  mpi(multi_point interface)协议：多点接口协议(主/主协议或主/从协议)；       
        (4) profibus协议： 用于分布式i/o的高速通信。rs485传输技术， 传输媒介多为双绞线。主站初始化网络， 并核对网络中的从站设备和匹配情况。允许多个主站并存。
        (5) 自由口协议： 通过step7编制用户程序，控制cpu主机通信端口的操作模式。可用自定义的协议与多种智能设备通信。
        simatic s7的单机网络接口与功能模块如图1所示。

图1  simatic s7的网络接口与接口模块

2.2 连铸区域网络控制
        济钢第三炼钢厂连铸区域就是利用profibus-dp和ethernet组建成了测控管一体化的工业控制网络。整个控制网络分为3层：层为现场控制层,采用plc和profibus现场总线进行控制；第2层为过程监控层,采用工业控制计算机和带以太网通信模块的plc组成工业以太网，监控系统采用wincc软件；第3层为生产管理层。
2.3 工业以太网通讯
        在工业控制领域,长期以来,以太网通讯响应的不确定性是它在工业现场设备中应用的主要障碍之一。 以太网技术采用csma/cd机制(冲突检测载波监听和多点访问)机制解决通信介质的竞争,以太网的这种机制导致了非确定性的产生,随着交换式集线器的使用，交换式以太网的产生，全双工以太网技术的产生， 以太网存在的不确定性和实时性欠佳的问题基本得到了解决，这给以太网进入实时控制领域创造了条件。

图2  系统网络结构图

        第三炼钢厂的连铸机系统 由4个大型plc组成,如图2所示。siemens的wincc软件进行组态监控站与 plc 的连接后， 上位机 hmi软件wincc采用tcp_ip与plc中的s7程序进行通讯。各 plc 之间也可通过工业以太网进行通讯，定义好本地 id 和对方id 及所用协议iso_on_tcp,完成一个连接。在发送方的s7程序中,执行
        call  fc45

        在接受方的s7程序中,执行
        call  fc46

        通过调用 step7的功能块fc45(ag_send)和fc46(ag_recv)就可完成plc之间的通讯。
2.4 profibus网络通讯
        由于工业以太网技术的发展，profibus fms已经被ethernet 所代替，较少使用，现多用ethernet实现plc之间以及plc与监控机之间宏量信息的传送。现场控制级profibus dp可以挂接多种设备，概括起来分为三类：一类主站是中央控制器，它在规定的信息周期内与分散的站点(如dp从站)交换信息，包括plc和微机。 二类主站是编程器，组态设备或操作面板，它们在dp系统组态或运行监控时作用。 三类dp从站，是进行输入信息采集和向控制器发送输出信息的外围设备(如输入/输出设备,驱动器,阀门等)。 现场总线技术可以把各种符合其协议标准的设备挂接在总线上，节约了集中接线的投资，已经成为工业控制现场控制级系统集成的趋势。
        现场控制profibus的传输速度较快，快可达12mbps，典型时间为5ms，对于plc 之间的数据的快速传递,采用profibus dp/dp模块， 在dp/dp模块加入全局地址,这样 dp/dp两边所连的plc都可直接读写全局地址，由于要求mlc plc与strand  plc数据交换很快，以便mlc plc控制塞棒位置的pid调节的反应速度能达到控制要求，所以mlc plc与strand plc数据采用通过profibus dp/dp的交换方式。profibus dp周期i/o数据传输方式用于plc与远程i/o和智能模块通讯，远程i/o和智能模块都在plc中定义了固定的地址，plc可以直接读写远程i/o的地址内容，就象本地地址一样。但对于挂在profibus  dp总线上的智能设备如变频器等，则必须调用step7的系统功能块进行读写。plc读变频器的运行状态值，实际转速及电流值：

3  结束语
        连铸机在控制级采用西门子plc自动化产品作为系统集成平台，采用wincc作为监控软件，profibus现场网、工业以太网l1级监控、以太网l2级工艺管理，以及以太网l3级用于与外网如化验室，生产管理部门联系，整个网络结构清晰明了，既可与外界联系，又有效地进行了控制与管理信息的安全隔离。用到了ethernet、profibus dp以及mpi等各种网络技术进行数据通讯，特别是profibus现场总线的使用，减少了大量的接线，极大地方便了现场设备的安装，减少了接线问题而带来的硬故障，使设备运行率大量**、给系统的安装、调试和设备维护带来了方便。