6ES7511-1UK01-0AB0性能参数
控制网连接一个主站与其他八个PLC联网的可编程逻辑控制器(PLC)主控制站。主控制站是电力监测和管理系统的“高核心”，负责从所有其他的PLC控制站以及工厂的各电量分配区域采集数据。在系统中，具有**的生产者-消费者通讯技术的控制网充当现场通信干线，负责监测各个分支控制站以及向其传输控制指令，能够通过更加统一的平台提供更加强大的控制功能。主控制站位于郑州铝厂供电厂的中央电力监测室内，便于进行生产改进。
控制网主控制站和分支控制站所采用的PLC是罗克韦尔自动化公司的PLC-5和 ControlLogix 系列控制器。功率监测装置采用PM II，PM II与ControlLogix之间使用远程I/O网络进行通信。每个分支控制站独立执行分配功能，如功率保护、测量、控制以及事故记录。获取的信息将会根据需要进行处理，并且可以上载到系统中或者从系统中下载下来。
主PLC控制站和分支PLC控制站之间采用控制网网络进行通信，并没有直接的电气连接。每个分支控制站所辖区域内的功能都是完全独立的并且分支控制站之间也相互独立，以便在系统的任何一个部分发生故障时不会影响到其他部分的运行。这就使得控制系统具有高度可靠性和独立性，能够实现分层控制和分布式控制。
除了上述解决方案之外，控制平台中还引入了**以及受欢迎的电力保护装置——SEL-2020，作为系统的继电保护方案。由于安装了SEL微处理器，SEL-2020通信控制器可以使用DNP3.0通信协议实现与PLC-5之间的通信。这种电气和继电保护解决方案可以确保系统的安全性和可靠性。
成果
目前功率监测/管理系统阶段的更新工作已经完成，郑州铝厂的生产效率已经有了明显的**。自从2001年5月控制平台安装完毕之后，郑州铝厂已经从减少停工时间和降低维护成本方面平均每年节约成本500，000美元。在采用了罗克韦尔自动化公司的解决方案之后，就不再需要诸如附加继电器和备用仪表等备件，又能够为工厂每年节约成本100，000美元。
由于供配电发生故障而导致的停工现象也被根除，使工厂能够实现稳定的不间断生产。由于采用了控制网技术，不再从每个仪表手工采集数据而是由系统**地进行采集，大大降低了维护人员的劳动强度。
项目第二阶段将在2002年底进行。郑州铝厂与耐林自动化公司合作，决定在项目地第二阶段仍然采用同样的罗克韦尔自动化公司的解决方案来改造阶段未曾涉及的其他变电站。在下一阶段的改造工作完成之后，整个工厂就将全部采用新的“集成化体系结构”。为了保证生产的稳定性，监测装置以及电力和能源分配装置的保护和管理工作将进行的标准化。
下页的体系结构描述了一个基于信息的企业中罗克韦尔自动化概念。褐色箭头表示的区域表示本文档中正在讨论的目前自动化水平。其余部分以图解方式说明了目前罗克韦尔自动化能够提供的从车间到企业以及更高层次集成的诸多解决方案。
在一汽大众的总装车间，借助一种易用的、可集成的、基于组件的MMI系统——RSView32和开放标准现场总线DeviceNet技术，实现了远程监视、故障诊断和信息管理报告的解决方案，并通过Intranet使数据在公司内生产车间、维修车间、生产计划等各个有关部门共享，有效地监视并控制着一汽大众双线混流生产的整个总装生产过程。
根据战略规划要求，一汽大众轿车一厂的年生产能力在2004年10月要达到33万辆，Audi B6和AudiC6混流生产线要实现4min/辆的生产节拍，而JETTA/BORA/GOLF生产线要实现85s/辆的节拍，并且两条装配线均为三班、300工作日/年生产。在这样的情况下，一汽大众总装车间采用了国际的模块化装配方式及实在时监控系统，并采用两条总装生产线进行多种车型混流生产的形式来**劳动生产率，并促进整车装配质量的**。
一汽大众总装车间实时监控系统用于整车车身工艺装配线及各个分装线的实时监控,该系统采用罗克韦尔自动化公司的RSView32工业监控图形组态软件制作而成。该组态软件运行于bbbbbbS95以上操作系统平台，包括实时显示、故障报警、信息查询管理、梯形图、CAD辅助诊断、系统运行参数设定等部分，系统控制采用了网络控制技术及现场工业总线技术，如ControlNet、Device Net、Fieldbus、EtherNet等，其优点是能够直观迅速地反映生产现场的实际情况，可以在中央控制室对生产线进行远程起动/停止控制，可以调出各个子模块的梯形图并对其进行编辑和调试，还具有故障显示/查找功能。图1所示为AudiA6总装车间的监控界面。
系统构成
一汽大众总装车间实时监控系统由数据采集系统(1#站)、Audi整车车身工艺装配线(4#站)、车门分装线(3#站)、仪表板分装线(2#站)、动力总成分装线(5#站)、JETTA/BORA/GOLF整车车身工艺装配线及各种单机工艺设备组成，其中，单机工艺设备包括Audi装配线上的A柱发泡机、激光铭牌制作机、机器人涂胶机、JETTA/BORA/GOLF装配线上的仪表板装配机械手及仪表板机器人涂胶机、底盘打号机、激光铭牌制作机、天窗装配机械手、前端装配机械手、动力总成分装线及举升线、轮胎装配拧紧机、各种介质（R134a/制动液/伺服油/清洗液等）加注设备等。各种设备通过网络与中央控制室的两台监控计算机连接，系统结构见图2。
系统功能及使用
1、故障诊断及监控
所有的现场执行部件及生产设备的工作状态、参数以及信息都采用现场工业总线DeviceNet这一的自动化控制和信息解决方案传送到各个生产线及分装线的PLC控制器，再通过ControlNet实现各个PLC之间的通信，在信息网络层采用以太网，从而在中央控制室实现对整个生产车间的生产进行监控、故障诊断、报警信息及管理信息等的处理。图.3、图4分别为动力总成转运线实时监控画面和下线升降机实时监控画面。
2、生产信息管理系统
生产信息管理系统的构成如图5，该系统部分可提供信息维护和查询等功能。
信息维护方面，系统为使用者提供了可以维护车间数据库信息的接口，用户可以打开相应窗口修改或查询数据。
总装车间的信息维护主要包括以下方面：
●设备信息维护/查询：可逐条查询和修改包括设备名称、安装厂家、生产厂家、型号、安装时间、设备预期寿命、维修次数在内的设备信息，也可查看设备信息数据表。
●故障信息维护/查询：可逐条查询包括设备名称、故障地址、描述、故障原因在内的故障信息，可编辑故障原因，也可查看故障信息数据表。
●操作员信息维护/查询：本数据涉及监控系统的操作员名称及口令设置，在预知口令、有权查询的前提下，可逐条查询包括操作员名称、口令、类别、权限在内的操作员信息，有权更改操作员信息的人员可以在输入口令后修改这些信息，也可查看操作员信息数据表。
●工位信息维护/查询：可逐条查询和修改包括工位号、工装任务、工装步骤、说明在内的工位信息，也可查看工位信息数据表。
信息查询方面，系统为使用者提供可以查询车间生产信息的接口，用户可以打开相应窗口查询当日和历史记录的各类生产信息。根据生产实际，我们把生产信息分为正常信息、故障信息、操作信息和产量信息四类。正常信息主要反映设备(以生产线为单位)的起动/停止等运行信息；故障信息反映设备(细化到生产线上的具体设备)的故障状况；操作信息主要反映操作员的操作情况；产量信息则反映车间的班次产量、日产量、月产量和年产量。
对于当日生产和历史生产（某一日或某几日的时段内），均可查询以下四类信息，并且所有查询结果报表均可预览和打印：
●正常信息：可查询日期、时间、设备名称、状态、累积时间、描述、操作员在内的正常生产信息，可显示设备有效运行时间和有效停机时间。
●故障信息：可查询日期、时间、设备名称、故障原因、故障描述、故障地址、操作员在内的故障信息。
●操作信息：可查询日期、时间、操作员、类别、说明、操作来源在内的操作信息。
●产量信息：可查询日期、预计产量、实际产量、班组在内的产量信息。
经济效益及效果
采用了该实时监控系统之后，经过一段时间的运行，维修工程师可以直接从中央控制室迅速对总装线及分装线的现场工艺设备进行故障诊断，找出故障点，处理每个故障平均可节约8min时间，设备开动率至少**了1%，停工时间降低了15%,间接费用降低了20%，缩短了新产品推向市场的时间，降低了总的生产成本。结合信息查询管理部分设定门槛时间，维修工程师可对经常出现的同一种故障进行统计分析，明确设备名称、故障地点、故障原因,在一定的历史时间内（如一个月）,可对超出该门槛停机时间的故障进行重点跟踪，为维修保养及安排停产检修计划提供了客观依据，也为公司主管部门进行设备更新换代及新车型规划等提供了重要的依据。
当然，在该实时监控系统顺利运行之后，新的挑战还会不断出现，当我们的装配工艺节拍**到85s/辆后,如何尽量减少停机台时、如何使各个生产车间之间的数据共享并有效配置资源等，这都是我们要继续深入考虑的问题。在2004年我们马上要进行建设的新轿车二厂的项目中，如何在前期便制订出一个全新的自动化e时代的现代化轿车生产方案，更是一个值得深思的大课题。
本文主要介绍了我国纸面石膏板生产的工艺流程，以及石膏板电气控制系统的和发展动向
一、前言
自我国条年产400万m2连续自动化纸面石膏板生产线1978年投入工业性生产以来，我国广大纸面石膏板行业的技术人员经过二十多年的努力，在实现我国纸面石膏板生产线系列化、大型化、自动化方面做了大量工作，又成功开发了年产3000万m2的纸面石膏板生产线。本文从3000万m2纸面石膏板生产线的电控系统方面作一介绍。
二、系统概述
年产3000万m2纸面石膏板生产线（主线）电控系统按照生产工艺特点和生产线布置情况主要分为配料与成型工段、切断与干燥工段、成品输送工段和上位机四部分。各个工段的下位机PLC通过现场总线与变频器、伺服控制器通讯。PLC、人机界面HMI与上位机部分通过工业以太网联接，形成一个完整的生产控制系统。
配置图例：
1.配料与成型工段
本工段主要包括配料、成型和主线速度三部分的控制，它们之间是相对独立但又相互联系的。控制系统由下位机PLC、人机界面HMI和变频器组成。PLC系统由一套SLC5/05主机架及一套扩展机架组成，PLC与变频器之间通过现场总线Devicenet通讯，PLC与HMI和上位机之间通过工业以太网进行通讯。本控制装置由两个控制柜，六个现场操作箱及一些就地按钮盒组成，即1C1成型控制柜、1C2配料控制柜、1B~3B皮带和输送辊道现场操作箱、4B板厚调节操作箱、1A1上接纸操作箱、1A2下接纸操作箱、及就地电机启停按钮盒和紧停按钮盒。属本控制系统但随工艺设备附带的电控设备有：1C3皮带秤控制柜，609C1上纠偏操作箱，609C2下纠偏控制箱，CH2~4收尘控制箱等。
石膏板配料分为干料、湿料两部分。干料配料控制部分主要是建筑石膏粉、添加剂、淀粉、促凝剂、发泡剂以及水和纸浆混合液的给定控制和自动调节，配料量与成型速度成比例，其配比保持不变。建筑石膏粉的给料控制是由螺旋闸板、叶轮给料机、螺旋输送机、斗式**机、计量皮带秤完成的。配料系统启动后，PLC按照工艺要求启停和调节各个电机的速度，通过人机界面设定其给料量，PLC的模拟量输出模块输出4~20mA的给定信号给计量皮带秤，皮带秤即按照给定信号控制给料速度，皮带秤将给料的瞬时量和累计量传送回PLC，通过通讯将它们在人机界面和上位机上显示，使得操作人员和管理人员可以分别在线监控，及时按照工艺要求调整给料量。添加剂、淀粉和促凝剂的给料控制基本一致，给料控制由调速螺旋输送机、搅拌电机、叶轮给料机、斗式**机等组成。控制方式与建筑石膏粉基本一致，只是PLC的模拟量输出模块输出的4~20mA给定信号直接给调速螺旋输送机，根据人机界面设定的配方PLC自动调节螺旋输送机的给料速度。以上经过配比的粉料分别进入螺旋输送机、混合螺旋输送机，通过输送后进入立式搅拌机与浆料搅拌，充分搅拌后进入下一步成型工序。
湿料主要有纸浆、发泡剂、水及添加剂等。其控制装置包括水力碎浆机、碎浆螺杆机、搅拌水泵、纸浆搅拌机、纸浆螺杆泵、发泡剂上料泵、发泡剂输送泵、发泡剂螺杆泵、硅油上料泵、硅油输送泵等。根据人机界面设定的配比，PLC的模拟量输出模块输出的4~20mA给定信号给各种浆料的计量泵控制浆料的输出，PLC根据各自的**计信号反馈，自动调节模拟量给定信号，形成闭环控制。各种粉料和浆料都有料位或液位指示反馈信号，按照工艺要求联锁控制各个配料工序。
成型控制部分主要是石膏板湿板的成型，控制设备主要由成型台、纸卷**装置、上下纸的接纸台、储纸机、拉出装置、张紧装置、切纸装置、纠偏装置、压痕机、边部加热器、立式搅拌机、振动台等组成。正常生产时，储纸机的升降辊处于上部极限位置，储纸机内存有一定的护面纸，拉出装置由变频电机驱动把护面纸从储纸机中拉引出来，在拉出装置的补偿辊边装有一套拉出张力检测系统，它的信号作为张力反馈来调节拉出电机的速度。当纸卷快要用完时，进行接纸操作。接纸时，储纸辊接纸电磁制动器将入纸辊抱住，接纸辊放下压紧入纸辊将纸板夹住完成接纸。立式搅拌机由一台主搅拌电机和两台硬边搅拌电机组成，配料系统输送来的混合料经过充分搅拌从搅拌机出料口送入振动台，经过振动辊的高速振动使浆料均匀铺开后再进入成型装置。成型装置由一套成型机构、板厚调节电机、位置光电编码器组成。正常生产时，成型板下落在已经调好的板厚高度上，上下纸和浆料从成型台中通过，石膏板湿板成型完成。板厚是通过现场操作箱上的按钮来调节，箱上装有厚度显示表来显示成型板左右两边的产品厚度，操作工可手动调节。
主线是由两台凝固皮带和一段输送辊道组成，这三台设备需要线速度同步。考虑到伺服驱动成本太高，生产线控制精度要求也不是非常苛刻，采用交流变频驱动装置闭环控制。PLC经过PID运算得出每台设备的给定值，通过Devicenet通讯将速度给定以数字量的型式传送给每台变频器，实现速度的同步控制。
2.切断与干燥工段：
本工段主要包括切断、横向输送、入窑和干燥窑四部分的控制。控制系统由PLC、HMI、变频器和伺服控制器组成。PLC系统由一套SLC5/05主机架及两套扩展机架组成，PLC与变频器和伺服控制器之间通过现场总线Devicenet通讯，PLC与HMI和上位机之间通过工业以太网进行通讯。本控制装置由九个控制柜，一个现场操作台，一个现场操作箱及一些就地按钮盒组成，即2C1横向及仪表控制柜、2C2翻板控制柜、2C3入窑控制柜、2C4~2C6风机控制柜、2C7主传动控制柜、2C8油泵控制柜、2C9切断控制柜、2T现场操作台、2A切断现场操作箱及就地电机启停按钮盒和紧停按钮盒。
切断控制部分完成石膏板湿板经初凝后的板长切断，切断控制柜根据2T操作台上的HMI设置的切断长度，自动完成石膏板的连续切割，精度要求正负1mm。控制装置包括装有上下切割转轂的切断机、交流伺服驱动装置、单独控制切断的PLC、测长测速编码器、角位移光电编码器等。伺服驱动装置采用内置电子凸轮的控制器，可实现复杂轮廓曲线的加工。但考虑到其只能编程有限条凸轮曲线，不能完全实现任意切割长度的工艺要求，将它作为**的速度内环控制，整个切断的控制算法由单独的PLC完成。这样由测长测速编码器、角位移光电编码器构成的位置控制外环，和由伺服控制器构成的速度控制内环就完全可以达到工艺精度要求，当然主线的速度波动要控制在一定的范围之内，这牵涉到控制系统鲁棒性的问题。切断控制柜还要完成一些手动干预的操作，比如手动剪切、手动回零、采样剪切及与进板辊道控制的一些联锁控制要求。
横向输送控制部分主要完成切断后的石膏板加速、进板、翻板、横向输送和出板的控制。由于主线的速度非常快，切断后的石膏板必须按照工艺节拍成组地经加速辊道输送到进板辊道。加速辊道上的石膏板块数在未达到板组数时，加速辊道变频电机通过通讯按照配料与成型工段传输过来的主线速度同步运行，在达到板组数后加速到高速状态，与进板辊道保持同步。等到当前板组的后一块石膏板完全进入进板辊道后，加速辊道重新切换至与主线同步，开始新的一次板组循环。进板辊道载有一组石膏板后，在指定位置制动停车，进板辊道的辊架下落，由条输送皮带将石膏板横向拉出，进板辊道的辊架上升、辊道加速到高速，等待下一组石膏板的到来；翻板机构将石膏板从条横向输送皮带翻转到第二条横向输送皮带上，第二条皮带再将石膏板输送到指定位置抱闸停车，等待下一个板组的到来。当下一组石膏板经翻转也在第二条皮带上后，第二、三条横向输送皮带动作，将两组石膏板送入出板辊道，接着出板辊道辊架抬起，辊道加速至高速，经靠拢辊道将两组石膏板整齐地送入入窑部分，至此横向输送控制完成。
入窑部分是将成组的石膏板按照预定的顺序送入干燥窑。控制装置由分配桥升降电机、分配桥输送电机、干燥窑各层的输送电机组成。分配桥升降电机停在预定的层上，当石膏板经分配桥输送电机进入干燥窑时，对应层的输送电机启动，将石膏板输送到恰当位置后停车，随后石膏板就由干燥窑主传动电机带动缓缓进入干燥窑；分配桥升降电机由轴后的值编码器定位，**停止于下一待进板的层上。
干燥窑共分三个区，每个区均通过导热油经热交换器加热循环空气，再通过循环空气在干燥窑内蒸发石膏板中的水分。在温度控制方面，用PLC取代了传统的仪表控制，干燥窑每个区的循环空气入口和出口温度的测量值送到PLC，每个区的湿度测量值也送到PLC，经过一定的算法PLC控制各自的导热油调节阀，以满足每个区工艺参数要求。通过2T操作台上的HMI，可以非常方便的集中修正各个调节阀的PID参数、手自动运行和手操器的动作。干燥窑主传动电机的速度是根据生产线主线速度和干燥窑每个区的实际工艺运行参数自动调节的。由于每台风机电机的功率都非常大，均采用软启动器控制启停。
3.成品输送工段：
本工段主要包括出窑、成品输送和堆垛三部分的控制，控制系统由PLC、HMI、变频器组成。PLC系统由一套SLC5/05主机架及两套扩展机架组成，PLC与HMI和上位机之间通过工业以太网进行通讯。本控制装置由两个控制柜，一个现场操作台，三个现场操作箱及一些就地按钮盒组成。即3C1出窑控制柜、3C2输送和堆垛控制柜、3T现场操作台、3A1横向机行走机构操作箱、3A2切边操作箱、3A3堆垛操作箱及就地电机启停按钮盒和紧停按钮盒。
出窑部分控制烘干后的石膏板从干燥窑输出的顺序，控制装置由各出板层的输送电机、出窑挡板、电磁离合器及若干输送皮带组成。出窑部分主要控制要求是先到先出的原则，在PLC中要实现一个带使能控制的具有动态存储功能的先到先出FIFO队列，这样就可以用现场紧停按钮来实现使能控制，当出窑部分之后的设备发生短暂故障时，通过紧停也能保障FIFO队列的顺利运行，为故障的排除赢得宝贵的时间。
成品输送部分由横向机、储存辊道、合片机和切边机组成。干燥窑的每层出板总是左右两块板一起输出，石膏板经出窑段和中间过渡的输送皮带进入横向机。经过横向机挡板的控制，石膏板横向输送，进入储存辊道。储存辊道的作用是控制石膏板进入合片机的节拍，当两片石膏板进入合片机后进行合片操作，目的是将两片石膏板重叠后送入切边机切边，后将两片成品石膏板推入成品辊道。
堆垛部分由左右两个堆垛台组成。切边后的成品石膏板可以分别进入左右两个成品辊道，石膏板进入成品辊道后由推板装置将其推入堆垛台，纵向和横向对准电磁阀将堆垛台上的石膏板前后对齐，堆垛台自动下降一定的高度等待下一次堆垛。当堆垛台上的石膏板达到预设的数量时，程序自动将其后的石膏板送入另一台堆垛机，而当前堆垛台声光报警，等待叉车将石膏板运走，堆垛台上升至合适高度准备重新投入堆垛。至此已经完成从石膏粉原料到成品石膏板的整个生产过程。
4．上位机部分：
上位机部分选用RSVIEW作为监控软件平台，对整个生产流程进行监控。RSVIEW是Rockwell公司推出的一种开放式软件，以bbbbbbs操作系统为平台，具有流程图绘制、报警计录、报表打印、趋势曲线等多种功能，并支持第三方制造商的通讯协议。上位监控软件的设计与构成：用户登陆与管理；主控画面和各个工段画面，其中包括各个工序的动画显示、参数设定；故障报警汇总；实时数据曲线等。
上位机监控系统投入运行后，生产现场的工艺和设备运行状况一目了然，监控效果非常良好。操作人员不仅能很方便的观察和掌握生产线运行情况，还可以根据生产情况及时快捷地修改工艺参数，使生产调控变得轻松自如。设备维护人员还可以借助历史趋势曲线的调看，分析和查找设备故障原因、快速排除故障，**设备的运营率。整个监控系统使生产过程集中显示于操作者及管理者面前，极大地**了调度和决策效率，有力地促进了企业的生产管理水平。
三、
以上介绍的电控技术,经过了几条生产线的检验,我国自行设计开发的首条年产3000万m2纸面石膏板生产线于2004年底在山东枣庄成功投入运行，之后同样规模的生产线又将在泰安、常州、宁波等地陆续投产。该生产线总体装备和控制水平已接近或达到当前的国际**水平，为推动我国纸面石膏板行业的发展，促进生产技术向规模化、产业化、自动化方向发展作出了杰出贡献