西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8保内产品
1前言
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。轧制过程中必须通过成组区主要接收来自冷床的棒材，并通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。
该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其成组系统采用ABBMasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了轧制过程中棒材的摆放整齐、定支、运送控制。
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）成组系统的自动/手动的启停（2）棒材支数设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。成组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。
3软件实现
包括系统软件和应用软件。
1、系统软件：
ABB MasterPiece200中央单元是 一高性能32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中，系统软件包括一个实时操作系统和一个ABBMaster Piece语言（AMPL）执行器。
2、应用软件
应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABBMasterPiece语言（AMPL）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
成组区主要接收来自冷床的棒材，通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。
成组区包括以下设备：
拆叠装置(DPAS)、对齐辊道(LIN)：100个带槽辊
成组设备：（1）磁性成组小车(FT)；（2） 成组输送链(FC)；（3） 磁性手指(MF)；（4） 支撑活板(SFL)
提取传输设备：成组移送小车(ET1，ET2，ET3,MET)
成组区工艺流程图如图2：
图2成组区工艺流程图
4．2 对齐辊道(LIN)
对齐辊道位于冷床的出口侧,由100 个带槽辊组成，每10个为一组,冷床尾端有一个固定缓冲机械挡板将钢材头部对齐。使用的辊道段由操作员或自动地根据轧制表设定.由MCC控制正转(反转已取消)。运行状态有间歇或连续运行。间歇周期允许辊道起动条件：冷床起动周期信号延时、延时停止（T2）。
4．3成组和传输区
4．3.1概述
在这个区域用相同的设备接收来自冷床的棒材，通过磁性手jingque地将棒材摆放紧凑，成组并传输到辊道。
本区包括以下设备：
成组设备：
（1）磁性成组小车(FT)；（2） 成组输送链(FC)；（3） 磁性手指(MF)；（4） 支撑活板(SFL)
提取传输设备：
成组移送小车(ET1...ET10,MET)
4．3.2功能描述
4．3．2.1 磁性成组小车
为保证连续成组，提供两组同样的小车（A和B）。两组小车轮流工作，一组总是停在收集区（上部位置：从冷床接收棒材），而另一组向提取小车上卸钢材，或返回停放位置或一直停放(下部位置).每个单元通过一齿轮箱由直流电机单独驱动。并配备以下传感器：两个编码器（速度和位置控制）、两个接近开关（用于位置编码器复位DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、两个接近开关用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四个限位开关(电机紧急停止：DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、
DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B）。
4．3．2.2成组输送链
成组输送链有三组，每组通过齿轮箱由交流电机驱动。为每部分配备下列传感器：一个脉冲发生器和安装在马达上的过热电偶.成组输送链和磁性成组小车同步，这样钢材能够按要求的距离放置。成组输送链的检测元件:两个接近开关用于检测钢材在链子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、计算机给出速度给定值到变频柜（
AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、监视编码器的工作电压（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。
收集期间传送链与成组小车的运动总是同步的,当成组完成后, 成组小车和传送链在小于冷床周期时间的短时间内移到提取区。成组小车轮流运行。 每组棒材由N根组成(在OS设定)。
成组小车从停止位置上升以后,小车移到适当位置收集该组的根棒材， 在每个冷床周期, 通过限位开关检测到的固定横梁后一齿上的棒材被装入成组小车上,棒材计数器N1加一，棒材装入小车以后(冷床周期开始后一恰当时间), 如果N14．3．2.3 电磁手
电磁手用于在成组区抓起棒材且正确地放在成组小车上。提供两套手指“A”和“B”在小车定位时夹持钢材。当两根棒材被卸下时，（双齿槽周期）两套手指使用，否则用一套。手指到冷床的距离可根据根据产品尺寸进行机械调整。
4．3．2．4支撑活板
活板和磁性指有相同的功能,它们应用. 它固定在冷床架上. 配备两套活板(A,B), ,用于在小车定位期间抓起棒材,它们和磁性指一样以相同的周期工作。
检测元件有:两个接近开关分别检测两套活板的下部位置（ DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN），操作员控制(CP3): 活板升/降控制。
4．3．2．5棒材组传输设备
该设备分成四部分:部分包括一个电磁提取小车; 其余部分为提取小车.
提取顺序和在辊道上的输送
1后一组成组小车步进信号和提取小车在停止位置(P1): 提取小车上升并磁化.
2 小车在收集位置:成组小车去磁并下降.
3 成组小车在下部位置:成组小车返回等待位置. 一个传感器( 由安装在冷床固定齿上的凸轮装置驱动)检测返回行程. 小车上升到高(*1)
4 提取小车在上部位置,来自位置变送器和个提取小车传感器的信号并加延时Ts(*2):提取小车向辊道方向前移
5如果辊道正运行或(和)检测到上面有原料, 提取小车停在中间位置(P2)(*3).
如果辊道和夹送辊停止并且没有检测到辊道上有原料:提取小车前进至卸料位置P3,P3在辊道中心位置(*4).
6提取小车在位置P3(*3): 提取小车下降.
7组提取小车去磁并降至低位置,所有小车降低, 所有提取小车返回停止位置(P1)，辊道启动。
ET1有上、中、下三个位置检测;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置检测;ET3包括ET6～ET10,只有下部位置检测. 在水平方向上, 每组小车分别有左右超限检测和上料位置检测开关. 在程序中,ET动作先后有如下七步，循环做矩型运动.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT；
(5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN；(7)ET_POSPARK
水平方向运动时，将水平位置给定（0，300，1460）赋给ET_POSREF,后通过COM_CV01元素的I4ORD1和I4ORD2端通讯到四个小车的传动系统,控制设备动作.
4．4拆叠缓冷系统
该系统用于弹簧扁钢.对弹簧扁钢来说, 只用到60m 的冷床, 扁钢需要缓慢冷却. 它们被组成叠状送入冷床. 当进入卸货区域以后,扁钢被一个接一个卸下. 拆叠缓冷系统的主要设备:
（1）拆叠设备(Unstacking)；（2）提升设备(lift)；（3）倾翻设备(tilt)；（4）升降挡板(stop)
5应用效果
该系统自97年底投运以来，运行可靠、稳定，大大提高了其工作效率，保证了轧钢生产。
宝钢三期原料场控制系统是一个集一、二、三期控制系统为一体的大型、综合的原料控制与处理系统。控制系统采用高速、可靠、先进、大容量的GEFANUC 90-70系列PLC和Alpha过程机、MMI等设备，应用IEEE 802.3CSMA/CD以太网和GENIUS现场总线，实现对原料场工艺设备的管控一体化和三电一体化控制。
1 功能
1.1主PLC控制功能
主PLC无I/O接口要求，应用GE公司新生产的CPX935CPU和CMM742以太网通信模块，采用双机热备冗余结构。其作为过程机、MMI和设备PLC之间的通信接口，主要完成流程选择、流程联锁、流程起动、顺序停止、一齐停止、故障停止、紧急停止、流程报警、流程切换、流程合流等流程功能和对整个料场的自动广播系统的控制。主PLC通过以太网和设备PLC将现场各工艺设备的运行、停止、故障、位置、操作方式、给料、料位、流量、切换、选择等数据存储在其相应的数据区。流程开始时，MMI/过程机把流程信息送给主PLC，主PLC接受到这些流程数据后，根据流程所含设备的状态判断该流程是否合法。主PLC给每个合法流程建立25字的流程状态控制区，该区包含流程编号、流程切换、流程合流等信息。它还开辟出3x100字存储流程设备的ID表，3x59字存储流程设备ID在所有设备ID表中的指针表以及100字的内部流程状态控制区域。原料场共有600余台设备，组合的生产操作流程556个，单程所包括的单体设备多达37个，这些流程功能都定义在一套主PLC上完成。
1.2设备PLC控制功能
控制系统有7套共14台设备PLC，应用CPM925CPU和CMM742通信模块。其中1#-5#设备PLC采用双机热备冗余结构。控制系统根据不同皮带输送系列和不同原料控制的要求，按照控制方便可靠、就近集散控制的原则把各种现场设备送入不同的PLC进行控制。
1#-5#设备PLC通过多模光纤、调制解调器、中继器等总线部件来完成大范围内的工艺设备的控制。设备PLC接受主PLC的控制指令，除控制原料输送、供料、受料、洒水、除尘、采样、金属检测与去除等设备外，还进行皮带秤负荷率、流量、物料累积量、料槽料位的计算和圆盘给料机CFW的PID控制。现场设备若没有紧急停止、单动、跑偏、过负荷等故障，则其处于无故障状态，可以运转。只有无故障、没有运转且工艺允许的流程才是合法的流程。如果是合法的流程，那么设备PLC一旦接收到主PLC的起动指令就立即起动现场设备。PLC检测到现场设备已经运转，就送“确认”信号给主PLC，告诉其可起动上游设备了。设备PLC接收到主PLC停止指令后，中断设备的运转。这样，主PLC在不同的时序发送不同设备的起动、停止、警铃、使用、小车需求位置、料位需求等指令，便可实现所有的流程控制功能。
6#、7#设备PLC无I/O要求，主要完成监视堆取料机的位置、进行防碰撞演算和工艺操作有关参数的设置、收集实时状态数据给主PLC，发送主PLC关于流程控制的指令和数据给堆取料机等功能。利用6#、7#设备PLC，中央控制室还可以根据如混匀堆积等工艺要求完成对现场堆取料机的远程手动和自动堆取作业。
8#设备PLC实现高炉煤粉喷吹控制。接口PLC为三期建设和一、二期改造期间的临时控制通信网关，其让新控制系统接受老控制系统的数据，并将新系统控制指令发送给一、二期PLC控制系统，保证生产的连续和稳定。
2控制软件的开发
图1 PLC控制软件流程图
控制软件采用全符号化的梯形图编写。设计程序时应充分考虑系统的资源，尽量减少程序逻辑扫描时间，提高控制的实时性。控制软件流程如图1所示。初始化模块完成PLC投入运行时的一些数据区的设定。利用硬件检测模块，PLC可以检测出其硬件的运行状态是否正常并可报警送MMI显示。热备冗余模块完成双PLC的冗余控制。读设备的信息主要包括皮带的单动、非常停止、准备运转、小车的位置、槽位信息等。选择一个合法流程后，主PLC将把所含流程的设备ID送给自动广播与指令通信系统，由后者把相关的信息通过现场扬声器分区播出，提醒现场人员注意安全。主PLC读取与MMI/过程机有关的流程信息，如果是新的流程，则在程序中根据流程设备的状态决定流程是否合法。它将为合法的流程建立流程控制与状态区。如果旧流程，则判断命令是流程的复位、紧急停止，还是流程切换、流程合流，并根据相应的命令进行处理。为调试方便，设备PLC都编写了模拟程序。在不起动现场设备的前提下，应用它可模拟设备的实际运行状况，判断PLC的控制逻辑是否正确，过程机、MMI、主PLC与设备PLC的通信是否无误。以太网通信完成设备PLC与主PLC的指令与状态数据的传输。互连Genius网用于PLC的热备冗余控制时大量数据的传送。圆盘给料机CFW的给料PID控制应用PLC的专用功能块，完成不同原料的混匀给料控制。
3 结束语
原料是钢铁企业的“咽喉”，是钢铁企业正常生产的首要条件，宝钢三期原料场PLC控制系统完成工厂流程、堆取料机、洒水系统、除尘系统以及各种皮带秤、给料机、料场料槽的监控与管理。该控制系统自1997年底开始陆续投入运行，先后成功完成了对焦炉、烧结、高炉、电厂、转炉每天约10万t各种原料供配任务。运行至今的实践说明，该控制系统具有如下特点：
①实时性强、可靠性高、扩展性好；②支持三电一体化控制；③控制距离远；④抗干扰能力强；⑤支持多种网络通信形式；⑥调试简单、维护方便、成本较低。
该PLC控制系统的成功建设对于我国在冶金、粮仓、矿山、石油、化工等行业中建设和改造大型控制系统有着极高的推广应用价值
1 引言
随着国内外基建行业技术水平的迅猛发展，市场对金刚石粉末锯片、砂轮、磨料等人造金刚石制品的需求量越来越大。随之而来的是生产人造金刚石的设备走俏市场，其中，六面顶金刚石压机以其操作简便、生产成本相对较低等优点占据了的较大份额。
人造金刚石是利用石墨可在高温、高压的环境中，在触媒的催化作用下，其原子结构发生改变，合成人造金刚石这一机理来实现的。六面顶金刚石压机可以利用机械、液压装置从六个方向向主机中心加压，在主机中心硬质合金顶锤的作用下使生产原料形成一个密封的正方体超高压容腔，通过的电加热装置对该腔体加热，该腔体就可以产生合成人造金刚石所需的高温、高压条件。整个设备的工作过程需要由电控系统与机械、液压系统相配合完成一系列工作。其中，电控系统主要通过对由大、小柱塞泵和二十余个电磁阀组成的液压系统以及电加热装置等的控制来完成自动、分段、调整等不同模式下的工作。整个设备可以说是一种典型的机、电、液一体化集成产品。
2 压机电控系统的硬件设计
传统的金刚石压机电控系统由近三十个中间继电器、时间继电器、接触器等不同型号规格的低压电器组成逻辑控制线路，不仅故障率高且维修不便。当生产工艺进行调整，需要改变控制逻辑时必须改变硬件接线，变动起来十分麻烦。目前，整个压机的机械、液压系统从原材料到零部件都已经有了很大的改进，落后的电控系统已成为阻碍生产发展的“瓶颈”问题。
七十年代初，美国汽车工业为了适应生产的发展，将可编程序控制器应用于生产线的自动控制中并获得了成功。到八十年代，微处理器被应用到PLC中，使其功能变的更完善、更优越，且做到了小型化甚至超小型化。现在，PLC己被广泛应用于各个行业。综合各项指标，系统选用了日立公司E系列的E-64HR型PLC作为主控单元设计了压机新的电控模式。E-64HR共有64个I/O口，其中40个开关量输入口，24个输出口，内置式电擦除EEPROM可以保证用户方便的完成程序和参数的修改和储存。PLC根据各输入口所接按钮、行程开关、电接点压力表、接触器等电器的信号的状态以及用户编制的软件程序自动控制各泵、电磁阀以及加热装置的动作完成整个生产过程。
E-64HR各输入口的内部线路图如图l所示，采用光电耦合方式有效的防止了外部干扰的窜入。输入电压DC21.6~26.4V、输入电流l0mA，在七年来数百台压机的跟踪服务统计中，没有发现由于输入单元自身故障出现误报，其线路工作还是可靠的。其输出口内部线路图如图2所示，选用继电器接点输出方式时继电器线圈电压DC21V~27V、耗电10mA、触点容量2A、平均寿命20万次以上，可直接驱动接触器线圈、电磁阀线圈及指示灯等低功耗元件。
为了输出继电器的可靠工作，设计中在所有线圈负载上均并联了阻容吸收装置。在对用户送回来的故障PLC的检修中，我们发现70%以上的故障仍出现在输出单元，一类是机内压敏电阻烧穿，另一类是输出继电器触点烧毁。经现场考察及分析发现，部分乡镇企业电源质量较差，原设计中输出口所需AC220V直接采用电网任意一相供电，电源波动大，直接导致了上述硬件故障。后改为采用加热装置中的交流稳压电源兼向输出口驱动电源供电，有效的减少了该类故障的发生。
不同地区、类型用户的使用情况，一些经验和教训是共性的PLC优越的性能、良好的抗干扰性已被大家所认同，发挥这一优势的前提条件是对其供电电源和屏蔽接地点的合理设计。PLC采用AC220V直接供电，其内部电源部分的稳、压、整流、滤波电路设置是比较完善的。但设计中仍需采用隔离变压器对其供电电源进行隔离，以保证工况恶劣的场合下干扰不由电源窜入，提高系统可靠性，一般可采用BKC-220/220V（60-100VA）的隔离变压器。应引起注意的是所有厂家的PLC均有一个专用接地端子（GND），该端子是整机的屏蔽接地点，用户好为其单独设立接地极（接地电阻<100Ω，接地线长度<20m），并注意合理选择接地极的位置。有些用户将其接在电器设备的外壳上甚至接在零线上，这是十分错误的，不仅起不到屏蔽作用反而成为事故引入点。河北新河某厂错误的将该接地端子接于避雷系统接地极上，雷雨时造成高压引入，造成整个车间数台PLC完全被烧毁。以上问题，用户手册己强调，但仍有许多用户未引起注意，造成不必要的损失。
目前流行的六面顶压机均有大（11 KW）、小（1.5KW）两个柱塞泵，小泵主要是为了完成“保压”阶段的压力维持，避免大泵冲击过大，造成压力波动过大，影响金刚石的生长质量。经实验将大泵由变频器实现变频调速，取消小泵，从系统的“保压”效果、金刚石的生长情况以及整个设备的电能消耗等几个方面来看，结果都是令人满意的。虽由市场原因，该方案没能得以推广，将PLC、变频器、压力传感器、温度传感器以及超低频电源技术结合起来，对电控系统进行较大的改进是下一步技术发展的必然。
2、PLC的软件设计
整个程序需按照液压动作图和工艺要求完成以下动作：启动工作按钮后，三个活塞缸在油压驱动下前进，至预定位置后由限位开关给出信号，三个缸依次停止；暂停一定时间后六缸加压，形成叶腊石密封仓；稍后，由增压器加压，到达一定压力时开始对密封仓通电加热并开始加热计时，继续升压至保压压力，开始保压并保压计时：其间如有压力泄露由小泵自动补压。加热和保压时间到后，系统泄压，六缸回位完成一个工作循环。
在编制程序的过程中，较多的使用了E系列的“FUN03”指令，如所示梯形图，其中6、215、T00等为外部输入信号、PLC内软中间继电器及PLC内时间继电器的代号，将它们按所需的与、或关系接在“FUN03”的置位端（S端），当S端输入信号为l时，如5+6·11=l时相应输出中间继电器200置1，此后S端为0，200仍为1，只有当215·23·l8=l时，即“FUN03”的R端置1时200才置零，故该项功能可以用R-S触发器来表述。
编程时把下一个动作的内部输出点（如201）接在上一个内部输出点（如200）的复位端（R），这样在每接入一个新动作的把上一个输出封锁。再由200、201等上述的“FUN03”的输出单元进行逻辑组合去控制50、51等PLC输出继电器，进而完成对电磁阀、交流接触器等外围低压电器的控制。这样的设计不仅防止了在不同阶段输出继电器的误动作、相互干扰以及出现PLC软件编制中常犯的“双线圈”错误。并且，在由于需要修改工艺而必须调整动作顺序时，只需调整相应“FUN03”的控制方式即可，给修改工艺带来了极大的方便。有些型号的PLC不具有类似的“FUN03”功能，我们也可以的依据上述思路进行开发，对此将由另文进行详细介绍。依据我们多年来在不同工况下对不同厂家、型号的PLC使用经验看，这一思路是比较成功的。我们将这一方法介绍给一些现场的技术人员，也得到了他们的认可和肯定。
3 结束语：
PLC替代原有继电器控制模式后显示出了巨大的优势，被生产厂家和用户所接受。93~96年间该压机成为石家庄煤矿机械厂的主导产品之一，为该厂创造了巨大的经济效益。由压机用户进行的统计表明：使用继电器进行控制的压机，由于电气故障造成的停产周平均4小时，由此造成每台压机年均经济损失八千元左右。采用PLC控制的压机，其工作性能稳定且各I/O指示简单、明了，大大缩短了维修时间，电气故障造成的停产降至周平均20分钟，特别是修改工艺时仅需进行程序的调整，省时、方便为用户创造了可观的经济效益。许多老式压机的用户要求帮助他们用PLC改造老压机，体现了在金刚石压机上使用PLC的成功。