西门子CPU模块6ES7510-1SJ01-0AB0型号规格

1、概述
本控制系统是针对云南铜业股份有限公司加工分厂连铸连轧生产线中，对铜线杆完成线圈的接收、压实、称量以及运输的配套项目。本方案所提供的系统构成，在完成生产设备的工艺控制的同时，完成标签的打印、以及本地数据库的建立、查询、统计功能。同时，针对日益普及的生产信息化建设，本系统预留丰富的网络接口，以备日后使用。

2、工艺过程及要求
      本系统工艺设备主要由四套正反转辊道输送机、一套托盘升降机、一套线圈压实机、一套电子秤自动称重装置及液压站等构成，其中升降机、压实机等由液压站油泵实现操作。
      其中四台正反转辊道输送机按工艺要求分成四个工段完成托盘的运送，在1#输送机中放置有两个A、B受线托盘，在该工段完成铜线圈的接受、当受线托盘A完成受线后送至2#工段。同时将B托盘送到受线位置，在2#工段完成压实、打包，完成后送至3#工段，在3#工段完成自动称重，后送入4#工段，由插车运走，当四个工段的任务完成后，四台输送机反转将A托盘送回到1#工段等待位置，A、B托盘重复上述过程。
       升降机主要完成线圈的受线要求，当托盘到达升降机中心位置时，升降机将受线托盘提升到工艺要求的高位置，开始受线，受到一定的高度，提升机下降一定的高度，继续受线到原高度时，提升机按要求又下降一定的高度继续受线，再到达原高度时，完成受线，并降至低即托辊道上，启动1#  输送机将受线完的托盘送至2#工段，同时将待受线托盘送至升降机中心位置，重复上述过程。
      压实机主要完成线圈的压实、打包。当受线完的托盘到达2#工段的压实机中心时，压实机启动下压圆盘将线圈压实，进行包装、打带、确定完成后，放行至3#工段进行称重。
在3#工段的输送机下安装有托利多的电子缓冲称，可完成自动称重、显示、打印。
      在4#工段按有警示灯和铃，当受线托盘到该工段时，可提醒操作人员将成品线圈运走，当受线线圈运走后，托盘被送回至待受线位置等待。
      工艺要求是：1）除压实机为现场操作箱手动控制外，其余各设备均由PLC自动控制，且各设备均能实现单机调试与控制。2）循环周期，连铸连轧生产线每小时出线圈3卷，即每20分钟必须完成受线、输送、压实、打包、称重计量、将线圈从辊机上的托盘上搬走、辊道机反转将空托盘回送到预定位置等全部程序。3）自动控制以时序控制为主，同时判断每一步骤是否完成，超过时间未完成给出报警信号，出现故障则停机。

3、系统方案、配置及实施
本控制系统使用PLC和工业现场工作站来构成，分别完成设备连锁、顺序控制以及数据采集、设备监控、标签打印、数据库管理及查询、统计

系统受控设备及受控量如下：
•受控设备为：正反转辊道输送机4台（4×7.5kW）；液压站油泵2台（2×37kW）；循环泵1台（1×7.5kW）；加热器2个（2×1.8kW）；冷却水电磁阀1个；加载电磁阀1个；升降机上升电磁阀1个，下降电磁阀1个；压实机下压电磁阀1个，回升电磁阀1个；警示灯1个；电铃1个；气动挡铁伸出电磁阀5个，缩回电磁阀5个；标签打印机1台；故障报警峰鸣器1个。
•开关量检测信号为：电动机过流信号7个；油温信号5个；油箱油位信号4个，压力开关信号5个；截止阀行程开关3个；压实机互锁行程开关2个；压盘行程开关1个；接近开关10个；光电开关12个；压实机放行信号1个。
•模拟量检测信号为：托利多电子缓冲秤1台。
控制系统的配置如下：
•一体化工作站选用台湾ICP的WS-615，该一体化工作站性能比较稳定。
•PLC选用美国GE公司的90-30系列产品，该产品是目前性能价格比较高的PLC产品之一。其开放性比较好，扩展容易，非常容易与其它控制系统建立通讯。本方案中选择CPU364做为系统配置，该CPU使用Inbbb 386EX做为中央处理器芯片，可以管理4096个I/O通道，用户程序可以由32K至240K，内含有TCP/IP以太网接口，支持10baseT以及AAUI连接方式，该CPU的速度为0.18mS/1K。针对本控制系统的特点，系统的数字量输入模块选择IC693MDL645。该模块为16点24VDC输入，正逻辑；系统的输出模块选择IC693MDL940，该模块为继点器输出模块，每个模块16点，每点负荷可达2A。为实现与本系统相关设备的工艺连锁以及互动控制，在本系统中，增加了1块模拟量输入模块（4-20mA，16通道）。本系统所选择的PLC可以支持诸多网络，考虑到与上位机通讯的速率以及通讯建立的简洁性，本系统使用Ethernet（以太网）通讯方式。
•限位检测元件选用德国SICK公司生产的WS/WE160对射式光电开关和IM18接近开关
•标签打印机使用美国DataMax公司生产的ProdigyPLUS热敏标签打印机。
•本系统方案中，上位软件选择美国WonderWare公司的InTouch7.0作为上位软件的开发平台。与本系统中的PLC通讯的方式使用基于TCP/IP以太网的GE HCS通讯协议。系统中，标签打印、设备监控、PLC故障诊断等均由本平台完成。
•本控制系统配置上位机控制台、低压配电柜、PLC控制柜、现场手动操作台和压实机现场操作箱各一套。
控制系统可通过上位机控制台上的手/自动转换开关的切换由PLC完成整个工艺过程的自动控制和现场操作台手动操作各工段的单机设备来完成整个过程。其具体方法可通过下面的控制原理方框图加以了解。

一直从事测控技术及自动化领域的教学和研究工作。联系电话：0871—3304192， 13808715656。联系地址：云南省昆明市环城东路50号昆明理工大学信自学院自动化系（新迎校区）。邮编：650051。

现在建筑施工现场，所使用的龙门架提升机控制系统仅仅是简单的点动与自锁控制系统，操作人员必须盯着升降平台，而且必须有相当的操作经验，安全性能远远达不到规定的要求；常见的平层、呼叫以及极限保护十分不完善；同时国家规范规定十分严格，现实现场施工的控制系统远远满足不了实际需要，必须需要操作工操作，安全可靠性比较差，施工成本比较高。
      我们根据工地的实际状况以及工人操作规程、习惯，对龙门架提升机的电气控制系统进行了全面改造，完全达到了实际目的，解放了操作工人，实现了傻瓜式操作。
我们利用PLC对控制系统进行了改造，实现了如下功能：
1、实现了遥控，利用电子控制器实现了多层次的呼叫，以及与PLC的联网；采用八位电子遥控器实现遥控输入信号的输入（1、层位三位；2、上升与下降各一位；3、停止一位；4、自动与手动一位；5、功能键一位。）
       利用遥控器实现点动（功能键与上升、下降结合实现）、自动、手动、层呼叫（功能键与层位结合）以及直接断电控制（上、下限开关直接控制接触器通断）的功能。
2、利用极限开关实现了冲顶断电（极限开关间接复位断路器）；采用PLC输出延时对上升、下降的保护；
      极限开关控制中间继电器来实现直接复位断路器，防止接触器粘连等故障；采用PLC输出延时对上升、下降的保护，实现冗余的多重保护；利用分励脱扣技术实现电器防止接触器粘连等故障。
3、自动化控制与手动控制双重控制，维修保养极其方便；
      利用PLC实现自动平层停止、呼叫、通讯、警告、自动下降等功能，不需要专门操作员，只要了解操作程序就可以；手动功能实现常规的自锁、点动、停止功能，需要专门的人员操作。
4、上料与下料开关（防护门开关）断开时不能升降提升机，对人员的保护，安全可靠。上下料均设置了操作开关与报警器，安全提示，延时上升与下降。
5、自动计数（楼层），准确平层；大大地减轻了操作工人的工作量。
设置了双计数开关，以确保平层的可靠性。实现冗余保护，确保准确平层。
6、故障的及时显示，维修保养极其方便；
有故障可根据操作手册以及故障信号判断故障所在，维修极其方便。采用输出指示灯来明确层位以及故障位置所在。
7、上升下降呼叫方便；过载保护、断电自停；
采用遥控与配电箱手动与自动控制，呼叫与使用十分方便；采用热保护，防止电机的烧毁；断电自动停止升降，安全可靠。
PLC程序设计：采用模块化设计，各种功能分开设计；上升、下降、平层、呼叫、报警、点动与自动、密码锁、延时等。具体程序本处不再列出。
8、效益明显。
       现场操作工人的工资每人每天为25元，一般一个项目正常施工单位的工期为8个月，单台成本为6000元（保守估计），设计改造成本仅仅为2000元左右整；而且可以多次使用，自动化程度与安全性大大提高了。
       经过现场的调试，基本达到当初设计的要求，不需要专门的操作工人，实现了傻瓜式操作；同时也符合现代施工机械的智能化潮流，现场施工的安全性得到了保证，施工单位的成本得到了明显的节约，大大的降低了操作强度。
这套系统只要稍微改造，就可以使用在施工电梯上面，具有推广意义。1．酸洗线工艺流程简介
       酸洗线分为三段：入口段、酸洗段、出口段。在入口段进行热轧钢卷的带头处理，钢卷小车将钢送上开卷机开卷，通过七段矫直机将带钢初步矫直，然后送到闪光焊机将带头带尾焊接起来，拉伸矫直机将带钢初步破磷、矫直送进酸洗进行酸洗。通过温度、浓度不同盐酸将带钢表面的氧化铁皮溶解掉之后进入漂洗段，通过脱盐水将带钢表面的盐酸冲洗掉，热风吹干之后进入出口段，在出口段完成切边、碎边，通过连接活套进入轧机。
酸洗自动控制系统就是将上面的工艺过程连续自动的进行下去成为一个协调有机的生产过程。
2. 控制系统概况
2．1 控制系统结构
      酸洗线控制系统采用三控制结构。上面级为显示监控级，采用486工控微机。中间第二级为过程控制级，采用SIMATIC－S5系列可编程序控制器S5－155U和 S5-135U。下面为第三级基控制级，采用SIMOREG-K，控制直流传动电机。
2．2．1 计算机硬件配置
     全线配置4台486工控分别位于入口操作室、出口操作室、酸再生操作室和主电室。这些微机的配置如下：
CPU: 80486
主频： 50MHZ
内存：20MB
硬盘：500MB
显示器：21”彩显
软盘驱动器：1.44MB
磁带备份机：250MB
打印机用于报警。
2．2．2 PLC 配置
      全线共配置5台SIMATIC-S5系列PLC，三台S5-155U分别为M1,M2,M3。两台 S5-135U,为P1,R1。 M1,M2,M3配置CPU946/947、CPU928B、923C协处理器，P1,R1配置CPU928。
2．2．3 网络配置
      通讯网络采用SINEC-H1高速网，配备有中继器，扇出单元，接收器，发送器，屏蔽电缆。每台微机上装有PCL2NIA网络适配器，PLC上装有CP143通讯板。实现PC-PLC,PLC-PLC间通讯。USS总线将SIMOREG-K于M2连接起来。
2．3 软件配置
2．3．1 计算机软件配置
       软件采用MS-DOS6.0，bbbbbbS3.1，工业控制人机接口软件Intouch4.11和Access1.1数据库。Intouch软件在bbbbbbs支持下完成人机接口的全部功能。Access完成生产报告的生成和打印。H1-Server软件完成动态数据交换。
2．3．2 PLC软件配置
Step5软件完成S5-155U和S5-135U的过程控制程序，COM143软件完成PLC数据通讯。
3.系统控制功能
3．1酸洗计算机系统实现的功能
       酸洗计算机主要完成控制系统上位监控功能，其主要功能有：钢卷原始数据（PDI）输入功能，生产过程监视功能，故障报警功能，过程参数修设定功能，直接控制设备功能，生产报告生成打印功能，与轧机计算机通讯功能。这些功能都是通过鼠标和键盘在监视器上直接观察与操作，非常方便直观。
3．1．1 原始数据输入功能
当热轧钢卷进入到入口段步进梁上后，由操作工在A6画面上将PDI数据输入到计算机。
3．1．2 生产过程监视功能
       颜色鲜明、形象直观的若干幅画面将整个生产线过程状态显示出来，使人一目了然。全部主要画面共28幅分成4个组：A组,P组,M组,F组。A组为综合画面组，共有7幅画面。P组为酸洗工艺组，显示酸洗段工艺图和控制器图，共7幅画面。M组显示带钢跟踪状态、电机参数值和缺失条件共9幅画面。F组显示拉矫直机运行电气参数机械参数。这些参数可以直接在画面修改。F组共5幅画面。另外还有一些由某个功能画面调用的自发画面和报警画面。画面的调用和转换直接用鼠标操作。
3．1．3 故障报警功能
        工控PC机中的Intouch软件对系统的控制建立了3300个Tagname。这些Tagname中有1300个设定有报警条件，当超过报警限时就会自动报警。报警通过两种方式：在CRT画面上显示和在报警打印机上打印。显示出的报警又有三种状态：未确认的报警、已确认的报警和恢复正常后的报警。三种状态通过不同颜色加以区分。画面上可以保留多页报警状态，供检查排除故用。
3．1．4 向PLC提供过程参数功能
       酸洗线上的生产工艺过程是由PLC实施控制的而这些过程参数值是由监控计算机的Intouch 软件向PLC提供的。M1,M2,M3的数据块DB152接收这些参数值。这些参数值有：拉伸矫直机工作参数表、工艺段参数表和张力表。些参数表是根据允许的原料和工艺条件预设定好的，并预留了扩展的可能性。根据实际情况，参数值可由操作员或系统管理员修改。
3．1．5 直接控制生产设备功能
       可以在CRT画面上用鼠标器直接启动和停止某个设备。例如在酸再生控制系统中，全部操作都是在画面上用鼠标来完成的。在酸洗线上，部分设备操作是在画面上进行的。

3．1．6 生产报告生成打印功能

      酸洗出口操作台上配置的报告打印机打印出详细的生产报告，有钢卷报告、班报告、日报告、月报告。当带钢通过4#S辊后，触发信号通过PLC送给计算机，计算机自动生成报告并打印。钢卷报告共有25项数据。

3．1．7 与轧机计算机通讯功能

       该机组因为是酸洗－轧机联合机组，实时性强，因此必须把即将进入轧机的下一个钢卷数据提前送入轧机计算机，使轧机计算机及时完成预设定。该数据通讯功能是由出口台计算机完成的。其硬件采用RS485接口，软件采用LISA通讯协议。发送数据有自动和手动两种方式。正常情况下是自动进行的，当出现故障时需通过手动重新发送。

3．2 酸洗线PLC实现的功能

      酸洗线共配置三它S5-155U PLC, 一台S5-135U PLC。根据生产线三个段各配置一台S5-155U，设计中采用三台PLC主要是系统控制过于庞大，分开控制更高效可靠。三台PLC中M1负责入口段设备从开卷机到入口活套的控制，M2负责拉矫机和工艺段的控制，另外负责带钢跟踪任务。M3负责从出口活套到轧机前的6#S辊的出口段设备控制。另外一台S5-135U为P专门负责酸洗工艺的控制。
酸再生配置一台S5-135U,为R1，通过H1网和计算机交换信息，实现酸再生系统的过程控制，同时通过H1网和酸洗线计算机交换信息。

3．3 基础控制级功能

      酸洗线带钢的运行与张力控制是通过6组张力辊又称S辊实现的。这些S辊由直流电机驱动，25台直流电机分别由SIMOREG-K控制器控制，SIMOREG-K通过USS总线连接到PLC M2中。
结束语
      本钢冷轧厂酸洗轧机联合机组自动控制系统经过多年运行，显示出良好的性能。系统稳定可靠，故障率低。另外在实践中根据生产需要，笔者已将原英文画面与报警信息汉化，更便于现场人员操作。另外将计算机软件功能做了许多扩充，如过程数据历史趋势记录显示、实时记录曲线显示、语音动态报警等。使之功能更趋完善。
附：系统配置结构图与生产画面之一。