西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8方法说明
3.2 电机运行方向和多步速度控制的实现
根据主、从控制原理的要求以下的线路连接和参数设定只在主机上完成。
3.2.1 电机起动、运行方向的控制
高炉上料计算机控制系统是由一台西门子S7－400的PLC控制的，对料车的控制有自动和手动两种方式，自动由PLC 完成，手动由操作台开关完成，由于上料小车是一个重载负荷系统，考虑到控制的安全性问题，在设计中采用通过电缆一对一信号传输控制，PLC输出两个正、反向运行数字信号I0.1、I0.2同手动开关信号通过控制选择，通过必要的保护联锁后，连接到变频器的DI1和DI2两个输入点，完成变频器的起动、正反转、停车的控制。在完成了外部连线后必须对变频器内部相应参数进行设置，主要设置参数为：①1：选择DI1 F DI2 R，它的主要功能是通过数字输入DI1 和DI2 的四种组合00停车、10正向起动、01反向起动、11停车实现料车的起动、正反转、停车的控制。②10.03：选择REQUEST，它的功能是实现允许用户定义转向。
3.2.2 变频器多步速的实现
上料小车在整个运行过程中，要经过四个不同速度阶段：①起动低速运行200rpm/min阶段；②高速运行590rpm/min阶段；③减速运行100rpm/min阶段；④停车运行10rpm/min阶段。速度运行图如图2所示。
3.2.2.1 不同速度阶段位置的实现
上料系统小车在不同速度阶段和停车点的位置的控制是非常重要的，若减速位置滞后，在停车时速度太快、设备窜动大，会造成料车“挂顶”损坏设备；若停车点提前造成料车不到位，原料不能到受料斗。为了实现料车的jingque定位，采用欧姆龙的多圈光电编码器和西门子S7－200的PLC相配合来实现。编码器直接安装在料车钢丝绳卷筒的轴上，这样编码器转一圈发出1024个脉冲和卷筒一圈钢丝绳的长度相对应，可以计算出一个脉冲数对应的钢丝绳长度＝卷筒周长/1024,我们把某一边料车在料坑低点的位置设为“0”，编码器的信号送入PLC中，当料车上行时过程中PLC中计数值不断增加，这样可以根据不同的值来换算出料车在轨道上运行的实时位置，我们把料车在料坑的“0”点和到炉顶的停车点做为总长度根据图2的运行图分为不同阶段：“0”点、加速点a、减速点b、减速检查点c、停车点d、超极限保护点f。另一边料车上行时也有相对应的5个点，用与S7－200的PLC相配合的操作面板TD200根据料车实际运行中的jingque位置进行设置，通过PLC的十个数字输出点I0.0－I2.1输出，提供给变频器和控制系统用，PLC还根据料车的方向信号和计数的加减判断出料车是否故障，编码器是否故障等输出信号做为报警信号，保证控制系统的安全。
3.2.2.2 变频器不同速度控制的实现
变频器的多步速功能就是通过不同的数字输入端子组合和不同的软件参数设定，很简单的实现不同的运行速度，我们把图2中a、b、d三点在S7－200的PLC的数字输出点通过方向联锁后对应的点，分别接到变频器的DI3、DI4、DI5 三个输入点，在完成了外部连线后必须对变频器内部相应参数进行设置，主要设置参数为：①12.01：选择DI3,4,5，它的主要功能是通过数字输入DI3、DI4和DI5的八种组合进行速度选择。②12.06：200、12.07：100、12.08：590，它的主要功能是由不同选择的相对应的参数设定运行速度。在本方案中，为了实现料车的平稳起动和准确停车，料车在“0”点起动时，设定速度为200转实现平稳起动，在料车运行8M后的a点进行加速到590转，在离炉顶15M时的b点进行减速到100转，在离炉顶0.8M的停车点c处停车，通过斜坡减速后在10转速度时实现平稳、jingque停车。需要注意的是以上每个点的位置参数一定要通过多次调整才能保证jingque定位。
3.3 制动方式的选择和实现
根据主、从控制原理的要求以下的线路连接和参数设定必须在主、从机上完成。
为了防止料车在起动时后退下滑事故的发生和实现炉顶的jingque停车，电机的制动措施的实施是关键。在设计上，我们考虑将选择正确的起动、停车方式，采用电气制动方式和机械制动方式相结合来实现，真正地保证了系统的稳定运行。
3.3.1 变频器起动、停车方式的选择
根据高炉上料系统中料车的起动是重载起动，它的大负荷将达到25吨，电机起动必须与机械制动释放进行，在变频器中选择电机起动的方式的参数“21.01 START FUNCTION”必须选择为“CNST DC MAGN”（恒定直流励磁方式），为确保在需要高瞬时转矩应用场合的需要，恒定预励磁时间要设置到足够长，以产生足够的励磁和转矩。预励磁时间在参数“21.02: CONST MAGN TIME”中根据实际需要设定。为了保证料车的平稳、jingque停车，减少电机和机械设备的窜动，变频器中选择电机停车方式的参数“21.03: STOP FUNCTION”必须选择为“RAMP”（斜坡减速停车方式）。
3.3.2 电气制动方式的选择
在ACS800变频器内部有电磁制动和直流制动两种电气制动方式，由于我们为了保证料车的平稳、jingque停车，减少电机和机械设备的窜动，电机停车方式选择为斜坡减速停车方式，而斜坡减速过程是在运行信号断开以后，而运行信号断开以上两种制动方式立即失效，达不到制动目的。我们采用制动斩波器和制动电阻器进行制动，可以通过变频器的“27 BRAKE CHOPPER”（制动斩波器的控制）中的6组参数对有效性、控制模式、电阻值、热时间常数、过载保护、功率值等进行设置。
3.3.3 机械制动的控制
由于上料料车在停车后或运行过程中可能发生突然停电等故障，这时电机处于无力矩状态，重车将下滑，必须有外部的机械制动才能控制，在设计中我们采用大推力的液压抱闸制动器。而液压抱闸制动器在松开和闭合过程中都有滞后性，起动过程是重载，电机需要建立足够的转矩和电流制动器才能松开，对制动器的控制是非常关键的。ACS800变频器机械制动控制功能就可以实现对外部制动器的jingque控制。通过变频器的“42 BRAKE CONTROL”（机械制动控制）中的10组参数对有效性、监控功能、制动器松开和闭合延时时间、制动器闭合速度、电机起动转矩信号源、电机起动转矩、电机起动电流等进行设置。在设计方案中，以电机大能拖动20吨原料重量来多次进行调试，后设定电机起制动器释放点的电流为520A，电机转矩为130%，电机起动转矩信号源为AI1通道，制动器松开延时时间为0.1S, 制动器闭合延时时间为3S，制动器闭合速度为10转，变频器的机械制动控制功能输出通道为RO1，为了保证系统的安全运行，外部制动器除了受变频器控制外，在其控制线路上还必须串入减速机润滑泵起动信号、电机冷却风机起动信号、位置检测保护信号、超极限保护信号、变频器故障信号、零压保护信号、急停开关等联锁保护信号，做到某一故障发生时能即时制动。
4实际应用中的几个关键问题
通过了理论设计后，在实践调试过程中，不断碰到了一些失败和原先没有细致考虑到的问题，通过查找资料和多次的实践，了以下几个应用经验。
4.1 几个关键连线
在这次应用中，变频器的选择是一个整流单元通过光纤带两个并联的逆变单元，两个逆变单元到电机接线端子之间的主回路电缆一定要保证相同长度，不然在做变频器电机识别功能时就不能建立正确的电机模型。变频器到制动单元之间的连线一定要小于5M，制动单元到制动电阻之间的连线一定要小于10M，不然在做变频器电机识别功能减速时会产生很大的浪涌电流，损坏变频器和制动单元，由于在开始调试时没有注意到电缆的长度就造成了变频器和制动单元损坏。后变频器与电机之间的连线必须采用屏蔽电缆，减小对其它电气、仪表设备的干扰。
4.2 停车方式的问题
在这次应用中，我们选择停车方式是斜坡减速停车使用了机械制动功能，在故障需要立即停车也就是在参数“21.07 RUN ENABLE FUNC”选择“OFF3 STOP”（急停停车）功能时，变频器也是以“斜坡减速停车”为主，无法立即停车，料车在高速590转的时候发出停车指令时，料车滑行13M后停车，高速100转的时候发出停车指令时，料车滑行1M后停车，无法满足要求，但在变频器上有一个启动联锁端口X22组的8和11号端子，在正常工作时必须短接，如果断开变频器立即封锁输出，我们可以把急停开关、故障停车的信号接入8和11号端子之间，需要立即停车时断开，保证了料车的安全。
4.3 料车位置信号的安全问题
在这次应用中，我们对料车位置的检测是采用编码器和PLC结合的方式来实现，一定要保证其供电与变频器的起动信号是同一路电源供电，这样才能保证不出现万一编码器和PLC的检测系统开关没有合上，无法提供正确的位置信号而使料车直接冲上炉顶造成重大设备事故，为了保证料车的安全，必须安装一个机械式LK4的主令控制器，两个方向各提供一个点做为后的超极限保护，保证万一编码器和PLC的检测系统出现故障时，料车也能安全停车。
4.2 电机起动转矩的方向问题
在上料系统的控制中，我们要求变频器能正反两方向运行，也就是要求变频器在起动时电机制动释放点的大转矩也能是正反两个方向，如果在参数“42.08 START TORQ REF”设置时，通过监控可以发现在释放点上电机的转矩只能是一个固定方向无法改变，不能满足要求，为了解决这个问题，在实际应用中我们把变频器主板上的X20组的1号端子和X21组的1号端子提供的±10V电压信号，同料车运行的方向选择信号联锁后并接入AI1通道端子，通过参数“42.07: STRT TORQ REF SEL”和“13.03: SCALE AI1”的设定，为电机的起动提供了方向相一致的±150%的转矩。
5 结束语
ABB变频技术在高炉上料中的使用，特别是DTC直接转矩控制技术和机械制动控制技术的应用，很好地解决高炉料车重载起动和jingque定位的问题。而主、从控制技术的应用，解决了多传动的同步问题，减小了设备的大型化，降低了维护的工作量和设备投资。其简明的参数设定、完善的控制和故障保护报警功能为控制系统提供了保障，并且通过与PLC、编码器相结合组成控制系统，控制简单，控制精度高，维护方便，完全满足高炉上料系统的要求。
网络结构是冗余双网，运行安全可靠、易于扩展、实时性强；系统设计合理、功能完善、操作简便。该系统的运用，能有效降低生产能耗，提高出厂水质，是全国水行业ControlNet冗余网的成功应用之一，达到国内自来水实时监控系统的先进水平。
该网络从运行到现在已三年多，运行稳定，已取得良好的社会和经济效益。现将该网络采用的AB控制网介绍如下：
2 AB控制网（ControlNet）的概述
传统的控制通信网络，如RS-485网络等，无法构成冗余系统，系统可靠性低，数据通信方式为命令响应式，系统的实时性、执行速度受***；校验技术陈旧，容错、纠错能力差。
ControlNet是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性的网络。它允许传送无时间苛刻要求的报文数据，但不会对有时间苛刻要求的数据传送造成冲击。该网络具有如下优点：
① 网络所有节点同步、信息吞吐量大、速度快、效率高，从而能实现jingque的同步控制以及实时性高的网络控制。
② 网络的任意节点均可主动向其他节点传送信息，可方便地构成冗余系统，系统可靠性高。
③ 节点可分成不同的优先级，以满足不同的实时要求。
④ 每帧信息都有CRC校验和其他校验措施，数据传输误码率极低。
⑤ 有严重故障的节点可自动从网络上切除，保证网络的正常运行。
它作为控制器I/O设备之间的一条高速通信链路，综合了现有的远程I/O和DH+链路的能力。完全可以满足水厂的生产要求。
3 网络结构与特点
月浦水厂采用集散型测控管理系统，设一个中心控制室主站和五个现场分站（见图1）。各PLC站之间通过ControlNet网络通讯，中控室四台PC机和服务器通过以太网络通讯。现场测控由PLC完成，数据监控及分析由工作站计算机承担。各分站独立运行。通过网络分享信息资源；中控室可监控各分站的运行，实行优化调度。主控制网ControlNet冗余网下挂4台型号为1785－L540/C的PLC，分别控制取水、加药、滤池、送水四个分站。根据各个分站的不同情况，各个PLC通过KA5连接DH485网络带了一定数量型号为1747－L524的SLC，用于监控一些比较独立和分散的设备。这种三层网络结构是水厂比较常用的网络结构，层信息层采用以太网，用于全厂的数据采集、历史数据查询和程序的维护；第二层自动化控制层采用ControlNet网络，用于实时I/O控制、报文传送。第三层设备层，用于底层设备的低成本、高效率信息集成。
图1 月浦水厂网络结构图
ControlNet网络具有吞吐量高、资源共享、传输介质为同轴电缆或光纤、支持冗余介质、体系结构灵活等特点。当通信速度为5Mb/s时，网络刷新时间小可达到2ms，可寻址节点数为99个，同轴电缆传输距离达3km（光纤介质使用中继器时可达到30km）。这种通讯速度和距离在水行业的应用是绰绰有余的，有些水厂的取水泵房离厂区比较远，就存在着取水泵房和中控室的通讯问题，可根据距离或当地的实际情况选用同轴电缆或光纤，也可用无线电台。
ControlNet网络组态和编程简单，通过Control LogixGateway，它能实现与Ethernet（以太网）、DeviceNet（设备网）、RIO（远程IO）及DH（数据高速公路）网络之间的数据交换。这种灵活的连接方式使扩容升级很容易，如月浦水厂远期要达到80万吨的生产能力，只须在网络上直接增加PLC，对原有系统不须更改。又如以后要采用变频器或智能电机控制器，只要利用SCANport接口连上控制网，既可以向与其相连的拖动设备发送命令、控制设备的运行，又可以从设备读取数据、监视设备的状态、连接简易、编程方便。
ControlNet网络是一个高速确定性冗余网络，而1785－L540/C也是一个冗余CPU，当一条网线中断时PLC会提示哪一条网线通讯中断，另一条网线会立即工作，对通讯和控制没有任何影响，保证安全生产和连续生产。
ControlNet网络支持主从通信、多主通信、对等通信及这些通信的任意混合形式。对输入数据和对等通信数据实行多信道广播，通信形式可以组态选择，应用灵活，并可以改进网络的性能。在传送对时间有苛刻要求的控制信息（如IO状态和互锁的控制信号等）的对其他无时间苛求的信息（如程序的上载和下载等）也能传送。在每个网络刷新周期内，对时间有苛求的信息（预定信息）是一定要传输的。这就保证了控制的实时性和可靠性，对水厂应用而言，这些都是用户关心的。下面介绍实现上述功能的重要的通信模式。
4 通信模式
ControlNet网络是一种符合开放系统互连（OSI）参考模型底层要求的新型通信网络，网络是基于开放网络技术的一种新的“生产者/客户”通信模式。该模式使用多信道广播方式，包括输入数据的多信道广播和对等通信数据的多信道广播。它允许网络上的所有节点，从单个的数据源存取相同的数据。基于这种生产者/客户模式网络的优点：①提高效率。数据源一旦发送数据，多个节点能够接收数据，报文通过目录来识别的。②jingque的同步化。更多的设备能够加到网络上，但不需要增加网络的通信量，并且所有节点的数据到达。
图2 传统的源/目的网络模式
(1) 传统的源/目的网络模式特点（图2所示）
① 需要多个数据包传送相同的信息到多台设备；
② 数据到达不同的目的地的时间不同；
③ 产生附加的网络通信量，影响网络性能；
④ 报文发送和对时间有苛求的I/O数据，需要使用不同的网络。
(2) 生产者/客户网络模式特点（图3所示）
图3 生产者/客户网络模式
① 多个节点能够从单个生产者（数据源）接收数据；
② 节点能够同步化（多信道广播）；
③ 优化的带宽潜力能用于增强系统功能；
④ 使用同一网络进行编程和I/O信息传送。
5 月浦水厂AB控制网的应用情况及维护
月浦水厂的控制网络从运行到现在比较稳定。曾出现一次单网断网的故障，由于有冗余双网热备起作用，对生产没有影响。这次故障是由于挖断电缆所致，后经抢修，很快接通恢复正常。
月浦水厂的ControlNet网络为总线型，网络两端各有一个50V的终结器，传输介质为同轴电缆，电缆有五层屏蔽。采用同轴电缆使维护显得比较简单。ControlNet网络采用的组态软件是RSNETWORK，它能提供一个图形化的网络视图，能改善带宽的利用率，具有在线和离线组态网络的能力。这个软件是配置控制网和维护控制网必备的软件。
我们在收到系统的断网报警后，处理过程是先观察PLC处理器或插在计算机扩展槽的1784-KTCX卡的网络通讯灯，如发现A网或B网的灯在红绿交替闪烁，则表示该网通讯异常，如果只是A网故障，B网正常，可直接断开A网，这不影响网络通讯和正常生产。把A网按分站分成两段，逐段检查，查出是哪一段，再按分站分成两段，逐段检查，直到查出断点。连接断点时，只要用所配的控制网工具箱的专用工具，剥开电缆，装上BNC头，并钳紧。在断开通讯电缆两头的BNC头接好后，把两个的BNC头连在专用接件上，外面作一下防水处理，连接就是这样简单。如果查了网络电缆没问题，就要从软件着手检查，启动RSNETWORK，检查网络配置是否正确，如不正确，可用原有备份的网络配置程序重新下载到PLC中，必要时进行修改后再下载。
由于月浦水厂所处位置属多雷区，ControlNet网络传输速度高可靠性好，传输信号弱小，为确保整个系统的安全运行，必须对整个监控系统进行严密的防雷保护。月浦水厂ControlNet网络采用英国bbbematic公司的NP08避雷器，笔者对避雷器的接地电阻每年进行三、四次检测，确保网络的安全运行。
6 结语
总体上说来，ControlNet网络是一种先进的实时控制网络和控制系统平台，是规模庞大、扩容简单、稳定安全、技术先进的PLC冗余控制网，能保证水厂安全生产和连续生产，完全可以满足水厂的生产要求。新建水厂或改造老水厂可以考虑使用
AC500是一款灵活一致的扩展升级产品，能够适应各种不同的自动化任务：各种相关的设备可以根据用户的需求灵活的组合和使用，从而实现库存的小化。
AC500系统的构成
CPU
CPU有PM571、PM581和PM591三个不同的等级。而这不同等级的CPU均可用同一个编程软件使用5种不同编程语言进行编程。CPU上均带有LCD的显示、一组操作按键、一个SD卡的扩展口和两个集成的串行通讯口。CPU可直接插在CPU底板上，CPU底板还可选择是集成以太网还是ARCNET网络接口。而保留的CS31的通讯接口更是考虑到了和AC31系列PLC的兼容性。
通讯模块
除了CPU上集成的通讯接口外，每一个CPU上还可多扩展4个通讯接口。这4个通讯接口可扩展为任意的标准总线协议。
CPU上集成的两个Modbus通讯接口和可选集成的以太网或ARCNET网络接口外，通过通讯扩展接口还能扩展：ProfibusDP-V1、DeviceNet、CANopen和以太网等总线接口。
可编程控制器－AC500
点击此处查看全部新闻图片
产品概述
CPU底板
按CPU扩展的通讯接口数量的不同有三种不同的CPU底板。它们分别带:一个、两个或四个通讯插槽，这些插槽可插接不同的总线接口。
I/O模块
输入/输出模块有模拟量和开关量两大种类。每个输入/输出模块均可直接插到端子板上，CPU本地和通过FBP分布式扩展的子站，可大扩展到7个输入/输出模块。在这些模块中含有输入/输出可设置的模块种类，以供用户灵活的使用。
端子板
模拟量和开关量均使用同一种端子板，而同一种端子板可实现1线、2线和3线不同的接线模式。从而提供用户在没有输入/输出模块时的预接线。端子板分为:24VDC和
230VAC两种不同的电压等级，而接线方式则有螺钉和弹簧两种可选。
FBP的接口模块
这种模块集成了一定数量的开关量输入/输出，并且通过它实现和CPU的通讯和分布I/O。这个分布模块后面又可大扩展7个输入/输出模块。
SD卡
可选附件，在没有PC的情况下实现数据调用，下载和上传用户程式，或对所有设备进行产品更新（CPU、通讯模块或I/O模块）。
1带背光的LCD显示屏和操作按键
2SD卡插槽
3插入式扩展通讯模块（从1个、2个多至4个）
4CPU上集成的通讯接口（可选为以太网或ARCNET）
5FBP通讯接口（只能用于从站）
6两个串行接口，用于编程、ASCII通讯、Modbus通讯，或CS31通讯（只能用于主站）
7本地I/O扩展模块，多到7个
点击此处查看全部新闻图片
AC500可按不同控制需求组合
点击此处查看全部新闻图片
网络和通讯
点击此处查看全部新闻图片
CS31通讯总线
CS31现场总线从1989年研发至今，一直起着承先启后的作用。通过这个总线，把前后多套系统有机的联系在了一起。CS31总线便于设置和通讯简单，总线的连接只需通过三个接线端子来实现，省去其它总线所需的额外连接成本。AC500控制系统的COM1口集成了CS31主站功能。
网络结构和通讯介质
CS31总线是一种点对多点的RS485串行通讯。每个通讯系统由一个主站和大31个从站组成。通讯距离不加中继为500米，加中继大可达到2000米。总线带有自诊断功能。通讯介质为:屏蔽双绞线。
AC500ControlBuilder编程
AC500ControlBuilder编程是一套可对所有系列AC500CPU进行编程的工程工具，这套编程软件符合IEC61131-3的，可支持五种不同的编程语言。这套软件可完成AC500系统的全部设置，包括所有的总线接口，还有全面的自诊断功能、报警处理、可视化调试工具和开放的数据接口。
符合IEC61131-3标准的编程
这套编程软件除了用优异的性能、友好的界面对系统内所有的硬件进行相关的编程、测试、调试来实现各种自动化应用外还提供以下的功能:
●五种标准的编程语言:
－功能块（FBD）
－语句表（IL）
－梯形图（LD）
－结构文本（ST）
－顺控图（SFC）
●连续功能图（CFC）
●调试工具:
－单步
－单循环
－断点
离线仿真功能
AC500ControlBuilder可在没有连接PLC硬件的情况下进行仿真，对用户程式进行调试，包括相关的手动功能。调试后的程式再下载到CPU控制系统中使用。
变量跟踪功能
可在线实时的监视所有过程变量随时间变化的情况。
配方管理和监视列表
可为一组变量预设有一组相关的值，可在调试时调用。这个功能在控制参数的整定时很有用。
可视化的调试工具
在这套编程软件里，可把PLC里的各种变量通过颜色的变化、物体的移动、位图、各种柱状图或直接显示数值等方式显示在软件上，以便于用户程式的调试，以及报警和事件的管理，并提供网络多媒体（ActiveX）功能。
通讯接口的设置
通过这套软件可实现Profibus-DP、CANopen、DeviceNet、以太网、Modbus和CS31总线的设置。
开放的数据接口
可通过DDE和OPC方式和外部进行数据交换。
编程
可通过以太网和ARCNET网进行编程。
工程接口
编程软件可访问外部的项目数据库，从而实现对一个或多个自动化项目进行管理。