西门子CPU模块6ES7215-1AG40-0XB0参数详细
概述
拉幅定型机是连续加工的染整后处理设备，它的主要工艺流程如下：
轧车上超喂下超喂主链毛刷出布落布/打卷
传统的拉幅定型机中，主链通常采用一个电机驱动，两条主链之间的同步则采用机械长轴传动方式实现。从电气控制来说，相对比较简单，但经过长时间的运行之后，避免不了因机械磨损而造成主链之间产生纬斜，且无法修正的弊端。因此在新型的拉幅定型机中，两条主链各使用了一个电机驱动，即分传动方式，以电气传动方式取代机械方式，提高了设备运行过程中对纬斜的可控性。
图1 拉幅定型机
整个传动系统中，除了整机的7个单元同步外，还涉及了两条主链的同步、循环风机和排风机变频传动、调幅传动等。
控制系统
1. 系统硬件及控制结构
a) 系统硬件要求
逻辑I/O：64点输入，32点输出
模拟I/O：10通道，4～20mA，12位 (温度及湿度控制)
高速计数：10通道，10KHz (调幅控制)
系统总线：CANopen高速总线，1Mbps (变频器集成)
驱动器：变频调速器
操作显示：人机界面，机头机尾各一台
b) 控制系统结构
图2 拉幅定型机控制系统结构
PLC采用施耐德电气新产品Modicon M340，集成了Modbus和CANopen总线接口；主传动采用ATV71高性能变频器，可闭环控制，风机采用ATV31通用型变频器，均集成了CANopen总线接口；人机界面采用XBTGT系列，其中机头操作屏集成了AV输入，可以用来连接机尾的摄像头监控，取消传统的监视器方式。
2. 系统程序
图3 程序框架
3. 控制说明
整个系统采用CANopen通讯数字量控制，主要控制如下：
1．主链一主一从，采用编码器信号反馈，PLC每20ms对从主链编码器进行采样，与主主链编码器信号进行比较，根据反馈脉冲差值调整从主链速度，之后清零主从脉冲值，避免累计误差产生，以保证主从主链的速度同步。在HMI上设有从机速度点动修正。如图4所示。
图4 主链同步原理
2．除进布和出布侧外，每室烘房也设有门幅控制，全机共有10段调幅，为了使门幅误差在工艺要求之内，采用编码器双向计数控制。
3．烘房温度直接由8路PT100模拟量输入PLC(控制精度12位)，并由PLC编程进行PID调节，在HMI上显示各段烘房温度并可调整。PID控制基于Unity Pro软件的DFB开发的温度专用PID功能块，如图5所示。
图5 温度PID功能块
4．各传动单元之间无张力传感器，因此在HMI上都设有速度微调。
5．上下超喂变频外接制动电阻，避免在负超喂过程中的能耗制动引发变频器频繁故障。
6．各单元工艺速度关系：
V上超=V主×(1+K1%)
V下超= V上超×(1+K2%)
V轧车= V下超×(1+K3%)
V毛刷= V上超×(1+K4%)
V出布= V主×(1+K5%)
V落/打= V出布×(1+K6%)
(1) OS1-OS2 IFIX3.0客户端/服务器，进行从原燃料系统PLC的数据采集、报警触发、历史数据记录、监视和控制。同时进行报表打印。
(2) OS3-OS4 IFIX3.0客户端/服务器，进行热风炉系统PLC的数据采集、报警触发、历史数据记录、监视和控制。
(3) OS5-OS6 IFIX3.0客户端/服务器，进行高炉本体PLC的数据采集、报警触发、历史数据记录、监视和控制。
(4) OS7 IFIX3.0客户端/服务器，进行所有系统的监视，作为工程师站。
(5) OS8-OS9 IFIX3.0客户端/服务器，进行从煤气除尘和出铁场除尘系统PLC的数据采集、报警触发、历史数据记录、监视和控制。
3 Modicon TSX Quantum PLC硬件的应用
3.1 硬件的应用
Modicon TSX Quantum CPU是位于Quantum本地I/O底板上的一个CPU模板，用它对现场的各个设备发出动作指令，这些指令用于实现一些专用功能，诸如逻辑、过程顺序控制、时序、耦合、算术运算等，以通过数字量和模拟量输出对不同类型的设备装置和过程进行控制。通过远程I/O模板进行机架扩展以实现来自现场装置的信号如限位开关、接近开关、温度传感器、电磁阀、阀执行器等信号转换成CPU能够处理的信号电平和格式。通过以太网模板(NOE)采用TCP/IP协议，介质采用双绞线电缆进行通信交换数据，使整个高炉的设备运行情况展现在工长的面前。远距离通讯采用光纤收发器，然后通过SWICTH进行扩展，连接各台机器和PLC。Quantum系统同时提供了IEC要求的全部5种编程方式:LD、FBD、SFC、IL、ST，将传统DCS与PLC的优势完美地结合于一体，同时具备了强大的过程控制功能和离散控制功能。
3.2 所用模板数量及型号
如附表所示。
附表
4 软件的应用与开发
4.1 软件的特点
监控系统(HMI)采用Inbbblution公司的iFIX3.0监控软件，iFIX是Inbbblution DynamicsTM工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA解决方案，用于实现过程监控，并在整个企业网络中传递信息。基于组件技术的Inbbblution Dynamics还包括了高性能的批次控制组件、软逻辑控制组件及基于Internet的功能组件。所有组件能无缝地集成为一体，实时、综合地反映复杂的动态生产过程。实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。在上位机可同时运行Server和Client.所有的组态数据和过程数据集中放在数据库中，所有的客户端均可以访问组态数据，它本身有两重身份，也可以访问组态数据。iFIX3.0支持其于因特网的远程在线组态;嵌入式VBA(Visual Basic For Application);操作系统为bbbbbbs 2000;编程软件采用Concept2.5，它支持５种IEC标准语言;系统提供了派生功能块(DFB)，并可在Concept2.5应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改DFB功能块即可。
4.2 Ifix3.0监控软件的功能
(1) 采集数据
来自工业现场和其他场合的数据通过PLC可编程控制器采集，通过MBE驱动协议，将下位PLC系统和上位SCADA系统紧密连接在一起。
(2) 显示和处理数据
采集到的信息流形成统一、高效的实时数据库。数据可以进行报警、脚本处理、存储或其他功能处理。处理的任何结果或操作员的任何操作都将和统一在数据库中数据进行数据交换，来完成显示和控制功能。
(3) 支持OPC通信
(4) 支持DDE数据交换
4.3 系统功能的实现
文丰钢铁2＃高炉上位机监控、操作画面充分利用IFIX3.0软件特有的动态图形编辑功能完成CRT操作、过程值显示、报警等功能。为便于操作维护，设有报警显示画面、实时趋势画面、历史趋势画面、流程图操作画面以及各种操作面板(如PID回路控制操作面板、电控系统流程操作面板、电气设备控制面板等)，使操作人员操作更加简单、快捷、为实现全线自动话提供了有利的条件。
4.4 工长室系统主要画面
(1) 状态操作画面
主要显示高炉系统的各种实时数据和现场设备状态，例如槽下的矿、焦称量值，供矿、返矿皮带状态，供焦、返焦皮带状态，料仓振动筛状态;炉顶料罐的状态、均压阀和放散阀状态及布料器状态等;本体的各种压力、温度、流量数据等
(2) 布料矩阵设定画面
完成高炉上料布料的矩阵设定。包括布料器倾角α的设定，料流阀开度γ的设定，如图2所示。
(3) 槽下上料数据设定画面
完成14个矿斗及2个焦斗称量定值的设定、运行周期的设定、设定值为每车装料种重量，操作人员根据16个料仓中的实际矿种输入每种料设定值。如图3所示。
(4) 辅助系统画面
可在工长室监控系统上同时看到热风炉系统、原燃料系统、除尘系统的主要画面，便于高炉和辅助系统信息及时交换，有助于高炉的操作。
(5) 报警画面
显示处于报警状态的控制点。例如，状态报警、设备报警、综合报警等，以便能指导操作人员顺利操作。
(6) 通过DDE方式实现了上料数据在EXCEL表格中的打印功能。
4.5 几点经验
(1) 历史数据的定期清理。一些非重要历史数据记录太多会直接影响计算机的运行速度，所以要做定期自动删除功能。
(2) DDE的应用。高炉上料系统要完成上料数据的打印功能，所以通过DDE驱动实现了IFIX3.0数据库和 EXCEL表格进行数据交换，实现报表打印功能。
5 结束语
Modicon TSX Quantum PLC 和 Ifix3.0经过文丰钢铁2＃高炉一年多的现场应用，使用稳定可靠，效果非常好，为高炉的稳产高产发挥了作用。