西门子模块6ES216-2AD23-0XB8原装代理

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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。但是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，同时电磁阀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。 （本文转载至：www.aitmy.com艾特贸易网 免费技术资料）

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。因此在传送过程中，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。但是由电机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控制柜虽然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，同时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。因此在图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)控制系统的进一步优化
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，而且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
4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。因此笔者体会到，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

进入21世纪以来，随着连铸机技术的不断进步，使得冶金行业对连铸的高效化也有了更高的要求。连铸是紧凑型的控制，因此引入高性能计算机是tigao产量和质量的必要条件。小方坯连铸机主要为弧形渐进矫直型，铸坯半径r为8000mm，铸机作业率可达65%~85%。本文以四机四流小方坯连铸机为例介绍西门子s7系列plc在自动化控制方面的应用。
2系统简介
根据小方坯连铸机生产工艺特点，该自动化控制系统由七套西门子s7系列plc控制器和三台监控站组成。
铸流(四流)系统、公用系统、出坯系统各自一套独立的s7-400plc，配水系统一套s7-300 plc，通讯网络采用sinech1高速以太网络。利用h1网络扩展连接到热送辊道控制系统。
s7系列plc的cpu具有高速的数据处理能力和逻辑运算能力，而且拥有梯形图、语句表和流程图三种编程语言和可视化窗口界面，易于使用，方便灵活。
所选用的模板类型如下:
(1)数字量输入(di)/输出(do)模板
di模板选用dc24×32，do模板选用dc24v×32，用于控制铸机在线及离线设备，使用i/o点数总和为 1100点。
(2)模拟量输入(ai)/输出(ao)模板
ai模板可自由组态为各类信号输入，ao信号为4-20ma主要用于结晶器。拉矫机速度给定及剪前辊道的速度给定，反馈以及各仪表显示等功能，设定工艺参数，检测及监控等。
(3)中央处理器和通讯处理器
s7-400中央处理器为cpu413，s7-300为cpu315，控制程序的执行、运算和储存，通讯处理器为cp443以太网处理器，用于网络连接和数据通讯从而分担cpu的通讯负担，通过cp443与热送辊道及连铸机本地plc和监控站进行通讯。
(4)监控站
监控系统由3台pⅢ800工控机及相应的sinech1网卡组成。其中2台主要用于监控铸机生产在线设备系统，另1台监控配水系统、参数设置，水量及各有关参数。
由于铸机每的控制设备和控制时序相同，因此其硬件配置也都一样。
3计算机控制功能
从用户软件功能上看软件可分为四大部分:设备控制功能、程序通讯处理功能、铸坯数据管理程序、监控和故障报警程序,而控制功能又包括公用设备的连锁启停, 流系统的设备联锁控制及出坯系统联锁控制以及二冷段配水控制。
3.1公用系统的控制
主要完成中间罐车自动定位和大包回转台的旋转定位，剪机液压站的自动控制以及蒸汽风机的自动控制。
3.2铸流系统的控制
(1)液压剪定尺切割;
(2)结晶器.拉矫机变频调速控制;
(3)送引锭/脱引锭控制;
(4)剪切液压站的自动控制。
剪机液压站油泵的自动控制,故障切换,油压控制。
3.3出坯系统
完成推钢机的自动推钢控制以及翻钢冷床的自动控制和冷床液压站的控制以及其他在线设备的联锁控制。
3.4二冷段冷却水控制
完成铸坯的二次水冷却，经过二次冷却水的冷却后，使铸坯完全固化。
3.5连铸机与热送辊道的数据通讯
该通讯的建立不仅实现了连铸机的热装热送功能，而且也能够进行铸坯的跟踪，从而保证每一支钢坯的各成分参数准确无误和生产钢坯的总数。
3.6控制软件
整个连铸机生产控制的软件采用step7完成，具体内容如下:
(1)确定模板的槽位以及各个模块的i/o地址
编程的首要工作是对plc的硬件配置，确定各个模板在s7-400站中的位置，对i/o模板分配地址，并确定以太网地址，以及网站间通讯作业的定义。
(2)编制梯形图以及语句表程序，完成各种设备的控制
a)采用模块化思想，将每套设备的动作情况以及有一定独立性的动作顺序编写在独立的程序块或功能块中，由组织块调用这些块。这样便于查找故障，也能了解设备的功能情况。
b)可用梯形图完成开关量的动作，用语句表完成拉矫机变频器和结晶器振动变频器的动作。
(3)操作界面组态设计
根据工艺要求编制工艺画面，包括各设备的画面，对主要数据:拉矫机的给定速度、实际速度、给水量等历史趋势，完成对各个设备的操作运行情况的监控，以便出现故障后能快速查找故障发生的时间，以及故障的原因。
4自动化控制系统功能的实现
4.1结晶器、拉矫机变频调速控制
拉矫机和结晶器振动装置采用变频器调速系统,拉矫机变频器的启动、停止以及调速由plc发送给拉矫机变频器，拉矫机的实际速度fm经光电隔离后再反馈给plc，然后由plc传送给相应仪表显示实际值。结晶器振动采用同调方式，即振动频率随拉速变化而变化，即根据下面的公式，来控制结晶器振动频率f:

计算出振动频率f由plc发送给结晶器振动变频器，使结晶器的振动适应于拉速变化，系统框图如图1所示。

图1结晶器、拉矫机变频调速控制系统框图
4.2二冷段的配水
二冷水系统分四段配水即零段、Ⅱ段、Ⅱ段、Ⅲ段,具有手动和自动控制功能，包括水量分配，水表设定，跟踪调节，水liuliang、压力、温度等的显示。配水系统有两部分组成，现场的连续跟踪调节由plc完成;水表的设定及修改，记录、打印由监控系统完成。
配水的好坏对铸坯的质量起很大作用，按理论上较理想的配水曲线应该是一条二次曲线f=av2+bv+c，如图2(a)所示。

图2配水曲线
实际上计算a、b、c系数是十分困难的，所以我们用三段直线近似曲线的方法，如图2(b)所示，即每一段的配水根据拉速的变化计算三条直线的值，每一段确定参数a、b的系数，v是拉速，根据钢种和浇铸断面确定a，b的数值，根据拉速的变化计算出f1，f2，f3的值，取fmax=(f1，f2，f3)作为每段水量的给定值，如图3所示。

图3控制系统框图
由于直接的模拟量输出调节会导致阀门动作过于频繁，从而严重影响其使用寿命，所以不能直接输出阀门的开度，而是通过控制阀门的开关时间来调节给水量，因此采用比率调节器控制(即采用开、关占空比)见图4。由于水量的变化主要是随着拉速的改变调节水量的，因此获得准确的拉速是非常必要的。为了防止外界的干扰，速度反馈取自变频器的频率输出端(fm)并通过一个专门制作的电路板进行光电隔离进入plc，比率调节器输出电路图如图4。

图4输出电路图
4.3剪切机定尺切割
本剪切机剪切方式有碰球定尺和非在线定尺切割:
(1)碰球定尺
即切割机定尺脉冲信号由定尺碰球发出，但由于钢坯表面的氧化皮的导电率差，尽管碰到了碰球，但不一定接触良好，为防止误切,系统利用拉矫机速度信号进行积分运算来计算坯长，并与定尺信号进行比较，确保定尺信号的准确性。
(2)非在线定尺切割
利用专门的非在线式铸坯长度测量装置，根据热坯热辐射的原理，通过探头锁定铸坯在导轨内的区域，当铸坯进入区域并占满整个区域后发出定尺信号，然后再给出剪切命令。
4.4送引锭/脱引锭控制
当发出自动送引锭指令后，通过夹紧辊把引锭杆送入拉矫机下，再由拉矫机控制系统将引锭杆高压夹紧送入结晶器下方，当发出浇铸指令后结晶器振动系统和拉矫机同时启动，plc系统检测拉矫机实际速度，计算实际距离，依次将引锭杆从二冷段抽回，当引锭杆引出拉矫机后，拉矫机转为低压夹紧进入正转拉坯过程，引锭杆自动脱头并夹紧进行自动存放。
4.5连铸热装热送的控制
该控制功能是将热坯经过输送辊道和其它传递设备送至轧机加热炉，在传送过程中不仅要检测钢坯位置，还要记录当前位置的钢坯信息。
当选择热送方式时，冷床系统自动作为备用，推钢机自动与热送设备联锁运行;当选择非热送方式时，冷床自动启动，推钢机与热送设备解锁，在运行过程中，可做到冷床与热送的随意切换，即在热送方式时，随时可转入冷床，反之亦然，增强了热送系统的灵活性、实用性。其钢坯跟踪过程如图5所示。

图5钢坯跟踪过程示意图
其工艺控制过程如图6，钢坯信息传输格式如图7。

图6工艺控制过程

图7钢坯信息传输格式
5 结束语
连铸机系统中采用plc控制后，不仅降低了故障率，tigao了生产效率而且结束了以前大部分作业必须手动完成的历史，因此，从某种意义上讲plc的使用不仅降低了人力物力资源，在很大程度上也降低了工作人员的劳动强度，同时减少了很多不安全因素。更重要的是在生产中的配水和切割等重要环节通过采用数学模型及其它方式完全由plc完成计算和控制，不仅tigao了作业的jingque度也大大tigao了铸坯的质量。由于采用plc控制后不仅取得了极好的经济效益，而且具有很强的实用性和可移植性，因此在同行业及其它相关行业中具有很高的推广价值。