西门子模块6ES7222-1EF22-0XA0技术数据
1 引言
莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。水冷系统用于棒材温度控制。轧制过程中必须控制棒材温度，特别是冷床入口处，根据冷却参数可改变钢材特性。为此，在冷床入口处安装水箱，使棒材的温度维持在设定的范围内。该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其水冷线系统采用ABBMasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了轧制过程中棒材的温度控制。
2系统组成
基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200/1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I/O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板B176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI/DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I/O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。
操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时加速器板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控，主要功能有:(1)水冷系统的自动/手动的启停(2)棒材终温度值TSET2数据设定和实时监控(3)事件与报警清单的显示与打印等。水冷系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。系统配置图如图1所示。
3 软件实现
该系统控制程序使用AMPL(ABB MasterPieceLanguage)编制，实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多，该语言根据工业控制要求，将编程元素设计成一个个图形功能块，称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序结构的高层，旨在完成一个完整的控制功能，一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM，而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM，从而使整个程序结构呈阶梯状，实现了结构化设计。
在CPU内还有一个实时数据库，它的作用是存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素，这些元素包括过程站所使用的的I/O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。
4 控制功能
4.1工艺设备
中小型的水冷系统的每个水箱由冷却元件组成，使用冷却元件的数量根据钢材直径、温降和轧制速度确定。调节系统通过调节比例阀的开口来控制水liuliang的大小，控制钢材温度。钢材温度由水箱入口和出口处的高温计检测。控制系统根据不同的产品轧制表可以增减水箱。水冷线共有两条供水管道，四个liuliang调节阀(每个生产线两个)，两条管道水liuliang的检测由日本横河AE100/200M电磁liuliang变送器检测，水压检测为1151电容式压力变送器，钢材温度由高温计检测:
(1)1线:1个旁通手动liuliang控制阀门和1个自动liuliang控制阀门可控制水liuliang300-600m3/h
(2)2线:1个旁通手动liuliang控制阀门和1个自动liuliang控制阀门可控制水liuliang100-300m3/h
当冷却系统需要一个高于300m3/h的水liuliang时，2线liuliang阀开启，2线并入1线。如果在操作过程中，调节阀全部打开，并且在一段延时之后水冷线出口钢材未达到钢材设定温度，监控系统就会通过报警系统发出信号，提醒操作人员及时作出处理。图2为轧机水冷系统的设备布置图。
4.2 主要控制功能
(1)本地和远程控制功能
水冷线系统具有本地和远程2种控制方式。供水管道旁都设有一个机旁操作箱，可在现场手动控制水冷线各水泵的启动停止，其控制功能包括:远程/就地选择，水泵备用选择，水泵的启动/停止，报警指示灯等。
在远程控制方式下，操作人员通过AS520操作站启动各个管路水泵。水冷线正常情况下一台水泵工作，另一台备用，水泵工作时正常的管路压力应保持在130bar左右。图3为水冷段参数设定画面。
操作人员根据轧制工艺可设置管路水liuliang，控制系统通过调节管路比例阀的开口来控制水liuliang的大小，控制钢材温度。水冷线出口钢材温度若达不到设定温度，会报警提醒操作人员。
(2)备用泵的自动切换
当工作水泵由于自身故障停止工作时，或当水liuliang低于300m3/h时，备用水泵必须立刻启动起来，以确保生产顺利进行。在程序中，以工作水泵运行信号的负脉冲或水liuliang低作为备用泵启动的触发信号，实现了备用泵的自动切换，从而大大加强了系统稳定性和工作质量。
5应用效果
该系统自97年底投运以来，运行可靠、稳定，大大tigao了其工作效率，使轧出来的轧材的质量合乎规格要求，特别注意的是，liuliang变送器应定期校零点，这样才不会造成水liuliang检测有误，影响钢材质量，才能满足正常生产的要求，保证了轧钢生产
1 引言
可编程控制器(简称PLC)以其强大的功能、很高的可靠性、抗干扰性、编程简单、使用方便、体积小巧等优点，在工业陶瓷生产过程控制中得到了普遍使用。当陶瓷生产工艺发生变化或有特殊要求以及生产过程出现新问题时，PLC控制系统或编程方案就应作相应的改变和优化。本文就一条年产100万m2釉面砖生产线关键设备之一的PLC自动入坯控制系统的改造，作以探讨。
2 入坯工艺流程简介
如图1所示，图1中:M1、M2为皮带电机，M4、M5为辊台为电机，G1-G6为光电检测管，YV1为电磁阀，BX1为操作盒。当施釉线或素坯线的坯体经M1电机的传送带送至光电检测管G1位置时，G1动作，M2电机转动，由其传送带将坯体向窑前的辊台上传送，若G1处无坯体时，M2则停止;当坯体送至G2时，M1停止，送至G3时M2停止，电磁阀YV1得电，M2的皮带支撑架下落，坯体由窑前的辊台变速电机M4、M5驱动，由辊子传动送向窑内;至G4时，YV1失电，皮带被升起，M1电机启动，重复上述过程。
图1 入坯工艺流程
3 存在的问题与改进
原控制系统的梯形图如图2所示。采用了OMRONSP10小型机，从试运行几个月的情况来看，该机可靠性高，基本能满足使用要求。但从生产工艺、控制方式以及实际使用过程来看，其控制系统还存在下述缺陷。
图2 坯体排列监控图
3.1 生产工艺方面
该单层辊道窑既可作为产品的釉烧，又可作为素烧。当作为素烧时，传送带上的坯体是素坯，机械强度低于釉坯，工艺要求无碰伤等;当作为釉烧时，工艺上还要求严禁坯体层叠等。在传送过程中，应运行平稳，衔接处过渡自然，皮带升降缓慢。这些要求可以从调整传送带和对电机的控制方式(如采用变频调速)、以及对电磁阀的改造来解决。由电机M4、M5控制的辊台辊子，由于长期工作在较高的温度环境下，不可避免地会产生弯曲变形等，使入窑坯体排列紊乱，甚至层叠粘连而产生废品。通常这一现象由人工来监控，费时费力，笔者在图1中增加了两个光电检测管G5、G6，与报警电路及PLC相连，成功地实现了自动监控，如图2所示。
3.2 控制方面
(1) PLC自停故障
该机在试运行时，时常出现停机现象。究其原因主要是环境温度太高，导致PLC自动保护系统动作所致。工业陶瓷窑炉的环境温度高，是一个很普遍的问题。却未引起设计者的足够重视，PLC控制柜距辊道窑低温段有一定距离，但PC机与控制电机的磁力等电气元件，被控制面板封在一个较小的空间内，且柜内无风扇，散热不良。夏季环境温度的升高，加之生产车间通风条件有限，导致PC机停机频繁。当增设柜内风扇后，再无停机现象。
(2) 急停按钮的设置问题
原系统急停按钮SB3设置在控制柜上，不便于实现两地控制，常造成半成品的大量损坏。在图1上增加按钮盒BX1,与施釉线急停按钮及SB3串联，使停机、开机方便自如。
图3 原梯形图
(3) 电机M2频繁点动影响寿命
本生产线未设置大型储坯器，当坯体供应不连续时，电机M2的等待时间太短，频繁启动而发热，曾烧坏一台。其问题出在编程上，从原梯形可以看出(如图3所示)，G1处一有坯体M2便动作一次。应改为若坯体到达G2处，且G1处有坯体时，停M1;否则M1继续转动，使坯体供应连续。
(4) 控制系统的优化
原系统电磁阀YV1是通过中间继电器KA1来控制的。现已去掉KA1，直接由PC控制。
从图1可以看出，光电检测管G4控制M2传送带支撑架的升降，若坯体排队不整齐时，有的坯体先到达G4处，有的还未完全脱离M2传送带，而支撑架却开始升起，损坏坯体。且G4一旦失灵，将造成整个系统的混乱。去掉G4，由PC内部时间继电器代替，不但节省费用、调节方便，增加了系统的可靠性。
4 改进后系统的编程
改进后的梯形图如图4所示。
图4 改进后的梯形图
5 结束语
经多年的实际运行证明，改进后的控制系统稳定可靠、合理，tigao了生产效率。笔者体会到，只有熟练掌握PLC的特点及其应用方法，并且熟悉具体的生产实际情况，才能充分发挥PLC的优势，使之很好的服务于工业生产
1引言
某厂抓矿行车采用绕线式异步电动机转子串接频敏电阻器进行启动和调速，这种继电器-接触器控制方式在实际运行中存在着以下问题:
(1) 行车工作环境恶劣，工作任务繁重，电动机所串频敏电阻器烧损、断裂和接地故障时有发生，造成电动机频繁烧损;
(2) 由于机体震动及导电性粉尘环境，继电器-接触器控制系统的可靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高、检修工人疲于维护;
(3) 转子串频敏电阻器调速，机械特性软，负载变化时，运行不平稳，且运行中频敏电阻器长期发热，电能浪费严重;
(4) 各接触器在大电流状态下频繁分断、吸合，造成电网高次谐波污染严重，电网功率因数低。
于是该厂采用了PLC代替了继电器-接触器控制，将变频器代替电动机转子串频敏电阻器的调速方式，改造后，运行效果显著，解决了以上问题。
2 PLC控制的行车变频拖动系统组成
2.1 系统组成
行车的大车、小车、抓斗tisheng、抓斗开闭电机都需独立运行，大车有两台电机驱动，小车、抓斗tisheng、抓斗开闭各为一台电机驱动，整个系统有5台电机。为了保证各部分安全运行互不影响，采用了4台变频器拖动，并用4台PLC分别加以控制，系统组成如图1所示:
图1 PLC控制变频拖动系统组成
PLC接收主令控制器的速度控制信号，该信号为数字量控制信号，信号电平为AC220V。这些信号包括:主令控制器发出的正、反转信号、电机过热保护信号、安全限位信号及启动、急停、复位、零锁等信号，全部信号采用汇点式输入。PLC针对这些信号完成系统的逻辑控制功能，并向变频器发出起、停、正、反转及调速等控制信号，使电动机处于所需的工作状态。
变频器接收PLC提供的控制信号，并按设定向电机输出可变频、变压的电源，从而实现电机的调速。操作人员按实际需要通过主令控制器向PLC发出各种控制信号。
tisheng电机在下放重物时，电机反转，由于重力加速度的原因，电机处于再生制动状态，拖动系统的机械能转化为电能，并存储在电压型变频器的滤波电容器的两端，使直流电压不断上升，甚至能够击穿电器绝缘，当电压上升到设定值时，接入泄能电阻来消耗直流电路的这部分能量，保证变频器安全运行。
2.2 变频器与PLC通信
系统采用现场总线方式代替传统的模拟量或开关量方式控制变频器。系统中，小车及tisheng变频器通过选件模块连接至Profibus-DP总线上，综合考虑数据传输的实时性及稳定性，系统选用PPC-3作为数据传输格式，波特率选择387.5kbps。采用总线结构后，系统优化，具体表现如下:
(1) 布线简单
只需1根两芯的屏蔽双绞线，而采用别的方式至少要4根电缆，从而减少了维护工作。
(2) 给定稳定
避免了因信号的漂移、电磁干扰等诸多因素而引起模拟量给定抖动，系统速度给定更加可靠。
(3) 速度连续
相对于采用开关量作为速度给定的系统，速度给定由离散量变成了连续量，使得变频器可以接受来自PLC的速度微调指令，以实现抬吊作业平衡。
2.3 备用应急系统
当总线干缆或总线上某点出现损坏时，有可能使系统无法正常工作。系统中设有一套备用的系统，以防止紧急情况下总线不能正常使用，但又不能停止作业的工况。变频器设有两套控制方式，一套采用总线通信，用于正常控制;一套采用开关量控制，用于应急状况。通过PLC切换两套参数，两套参数在手柄档位的速度给定上完全一致，从使用角度感觉不出两套参数的切换。
2.4 同步与纠偏
行车在抓斗tisheng抬吊作业时，系统进入自动纠偏模式，以保证吊钩在抬吊时钢丝位置同步。由于机械安装时磨擦阻转矩，机械抱闸的调整不可能完全一致，系统不采用动态实时纠偏，而采用一种折衷方案，其工作原理为:系统在PLC中设置2个阈值，阈值1用于启动吊钩的自动纠偏，阈值2用于结束自动纠偏;PLC读入安装在起升卷筒上编码器的数据并实时计算起升高度;PLC比较所读入的2个起升高度，当2个高度之差大于阈值1时，PLC将一个微小的速度偏差量叠加在由手柄确定的基准速度上，当两个高度之差小于阈值2时，取消该偏差量，通过惯性减少起升高差;后，PLC将计算合成后的速度值能过Profibus-DP下载至变频器中，作为抓斗tisheng电机的速度给定。
3 PLC软硬件设计及应用
3.1 PLC的硬件设计
行车大车、小车、抓斗tisheng、抓斗开闭电机分别由不同的PLC控制，大车、小车、tisheng、开闭电机都运行在电动工作状态，变频器及PLC的控制结构及软、硬件实现基本相同。tisheng电机运行状态有电动、反接制动、再生制动等状态，变频器及PLC之间的控制结构较大车、小车复杂。以tisheng电机为例，其PLC的I/O接线如图2所示，变频器接线图如图3所示。
3.2 车的工作过程
图2 PLC系统的I/O接线图
图3 变频器接线图
当行车的驾驶室及横梁拦杆的门关好后，1#、2#安全开关的常闭接点打开，急停开关断开，主令控制器置于零位，此时才能按下启动按钮，接通电源。当主令控制器置于上升档位，电机正转，通过调节速度档位，控制变频器输出不同的电压，达到调节抓斗tisheng电机的转速。当主令控制器置于下降3挡且满负荷时，电机正转，此时电机处于反接制动状态。当主令控制器置于下降2挡且负荷较重时，为强制下降阶段，电机反转，在重力加速度的作用下，电机进入再生制动状态。当电机由稳定高速向低速换档极快时，电机也会进入再生制动状态。当主令控制器置于下降1挡时，电机反转，处于电动状态。运行中，不论何种原因电机停止运转，为防止重物急速下降，保留了原来的三相液压制动器。
在紧急状态下，可按下急停按钮，一方面机械制动器动作，另一方面，将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器停止工作。当抓斗tisheng电机因故障跳闸，热继电器动作，电机过载等动作，在故障排除后，可按下复位按钮，接通变频器复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。
3.3 PLC的软件设计
选用FXON系列PLC，采用摸块式编程，具体模块如下:
(1) 高度换算功能块。用于将格雷码转换成二进制码，二进制码转换成起升高度及起升高度偏差调整;
(2) 变频器开关量控制功能块。用于大车、小车及抓斗起升变频器起动、停止和速度给定的开关量控制;
(3)变频器的通信控制功能块。用于大车、小车、tisheng电机变频器的启动、停止、速度给定。还用于变频器的控制字与状态字的读取。图4为大车的软件控制流程图，小车、tisheng电机、开闭电机的软件流程图和大车的相似。
3.4 安全保护措施
(1)配电部分:除设有缺相、过流、短路等保护外，还在行车两侧端梁及平台处设置2只安全开关，只有开关均闭合时，才允许行车运行。在行车上还设有登机请求及应答按钮，用于行车工作中其它工作人员的安全登机。
(2)变频器部分:选用的ACS600系列变频器具有电机过载、缺相、接地、过流、直流母线过压等保护，抓斗tisheng电机及小车变频器当切换至总线控制方式时具有通信故障监视功能。
(3)行程开关保护:各机构均设有行程限位保护。单动工况时，小车及抓斗tisheng限位开关各自独立;联动工况时，小车1后限位及小车2前限位作为联动工况允许条件，小车1前限位及小车2后限位做为小车限位，起升1及起升2只要有一个限位动作，则视为起升限位。
(4)其它保护:所有机构均有零位保护、过流保护。抓斗tisheng机构还有超载保护及超速保护。当超速开关动作时，断开变频器主接触器电源。
4 结束语
PLC控制的变频拖动系统应用到行车，各电机各档速度、加速时间、制动时间都可根据实际工况条件设定，十分方便。从运行结果来看，负载变化时，电机速度运行平稳。设备的故障率大幅度降低，电机烧毁明显减少，减少了到电网高次谐波的影响。设备检修时排除故障的速度明显加快，设备维护量大大减少。