西门子 S7_2.docx

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1、西门子S7西门子S7-200PLC在玻璃行业平钢化控制系统中的应用长期从事化工自动化开发研究和系统集成的公司，承接该工程后，在充分理解该平板玻璃制造工艺的控制全经过和厂方的需要，精心设计了包括由10.4液晶人机界面，S7-200PLC控制系统和多台SRR加热控制柜组成的集中式控制系统。经安装和调试，施行投产，经过半年多的实际运行，为企业创立了宏大的效益。二、系统扼要工艺介绍平板玻璃钢化工艺一般采用优质玻璃为原料，以平钢化消费线为主要消费设备。该消费线约宽2.5M,长25M，依次分布为上片台，加热段，风栅冷却段，下片台，各工段均有不同材质的辊子运送玻璃。辅助设备有鼓风机，风道，控制柜等。其消费经

2、过分成上片，自动往复加热，往复急冷，往复吹风，取片五个工艺阶段。开车前逐步使加热段呈矩阵分布的上下电炉升温至650，做好消费预备。在一定的时间段，人工将原料片玻璃在上片台排放好位置，至前炉门前光电开关止。当确认可以进炉时，启动按钮，前炉门翻开，放片段和加热段按进炉速度同步前进。炉前光电开关与编码器配合，开场测量玻璃长度，同时加热时间计时开场。当玻璃到进炉间隔减速到位，管前炉门并放片停顿。加热主传动按加热往复速度，炉内有效间隔，反向行进，如此形成往复摆动。当加热时间剩20秒，启动冷却风机到高速。一但加热时间到，翻开后炉门，加热主传动和风栅主传动按出炉速度同步高速出炉，炽热的玻璃快速进入风栅急冷钢

3、化，同加热炉动作类似，并按往复速度摆动，急冷时间到后，冷却风机改低速继续摆动。直至冷却时间到，风机减速停，风栅转动和取片转动按取片速度同步出栅，钢化玻璃至后光电开关处自动停顿。消费经过，周而复始，连续进展。碰到某些工艺情况，对部分阶段需要增加或者减少顶部或者底部阀门开闭，改变或者跳过一些阶段，系统同时具有多种报警。紧急停时有平安位置，运行时有平安连锁。综上所述，平钢化系统是一个既有大量开关量和大量SSR温度调节回路数目达3060个温度检测点和调节回路，又有多个编码器和变频器组成的速度间隔测量控制回路，及人机界面和少量仪表模拟量组成的涉及面复杂的控制系统。它是通过人机界面和现场诸多键控，可以灵敏

4、多变，适应多种不同钢化工艺需要的顺序控制。画面要能清楚地显示主要工艺流程，方便灵敏地控制大量参数。各阶段间隔和时间，速度，以及不同的玻璃规格工艺指标，要求能在不同情况下灵敏调节，连续显示各时间段，温度值和玻璃动态位置。其主要控制对象有三个要点：其一是各阶段时间设置和控制；其二是温度检测和调节回路；其三是速度测量控制和间隔测量控制。由于经过中含有大量的工艺指标，运动速度高，如出错，导致大量的废品，甚至损害设备，因此对平安性要求极高，控制必须准确无误，极为可靠。设备整体外观见下面图：IMG=设备整体外观/uploadpic/tech/2007/12/2007122414364623605Z.jpg

5、/IMG最终选定硬件配置如下,共计S7-200CPU1个，各类模块6个。温度模块6个，变频器5个。CPU226XPCN6ES7216-2AD23-0XB81个电源模块6EP13311-SH023个DI/O数字扩展模块6ES7223-1BL22-0XA83个AI/O模拟扩展模块6ES72350-KD220XA81个AO数字扩展模块6ES7232-0HB220XA82个M4402.2KW变频器6SE6442DU222BA12个M4401.5KW变频6SE6442DU215BA11个M4403.0KW变频器6SE6442DU230BA11个康沃220KW变频器CVF-G2-4T22001个泓格温度模

6、块I-70186个人机界面MT510TV41个三、控制系统构成改造前的PLC的选型工作是一件非常关键的事。PLC是核心部件，决定系统的功能，适用性，平安可靠性和价位。根据现有各制造厂方的经典作法，上述系统均采用PC+OMRON中型PLC+专用电路板OMRON变频器，或者是PC+S7300系统施奈德变频器，已有相当数目的工程实例。但本工程是为一家私营企业配套，价格既不能高，又不能降低控制性能和平安可靠性，这当然有相当的难度。经过再三斟酌和周密考虑，最终选择西门子S7-200PLC作控制系统。本方案是选用S7-200系列CPU226XP作主控制，温度控制有大量的DI/DO,增加3块I/O数字量模块

7、。5台变频器用电压信号作调速控制，因此选2块AI/AO模块。系统需要测速和控制转速，以及间隔控制，硬件为编码器，利用PLC固有的2组A-B高速计数。由于温度点实在过多，温度模块数目系统无法包容，另采用泓格串口温度模块解决,用自由口通讯。电源用SITOP模块。人机界面的选择，一是流行的做法，由PC机组态软件大屏幕显示器，效果极佳。其缺点是WINDOWS操纵系统的故障，造成系统的不可靠，且本钱较贵。另一个方案是使用西门子的人机界面OP270，可靠性极高，组网方便，但本钱更贵。人机界面选e-VIEW10.4彩色,经济实惠，知足需要。整个控制系统由4台控制柜和一个立柱式人机界面操纵箱组成。操纵箱装有人

8、机界面，旋纽开关，信号灯，及蜂鸣器等,相距30M,通过PPI通讯电缆与PLC相联。PLC控制柜装有PLC,模块,小型断路器,开关电源模块,继电器等,是整个系统的控制中枢。另一台是传动控制柜，装有AOP面板，温度表、电压表、控制开关、信号灯等，柜内安装小型断路器、接触器、热继电器、开关电源、变压器、电磁阀电源、及4个变频器。中间2个加热控制柜，装有大型断路器开关，大量SSR模块，快速熔断器，异性铝材散热器，散热风扇等。硬件品质对整体设备可靠性有重大影响，必须坚持选择有认证的优质产品。选择有ISO认证的厂家通过OEM形式整体制造控制箱，控制柜。只有从整体制造的各个环节严格把关，才能打造设备整体的可

9、靠性。控制设备整体外观见上面图：IMG=控制设备整体外观图/uploadpic/tech/2007/12/2007122414365399455D.jpg/IMG四、控制系统功能及要点平钢化控制第一个特点是具有大量的加热炉温度检测和温度控制调节回路。平钢化工艺中温控系统呈矩阵分布，是一个具有36个热电偶检测点和36个SSR固态继电器温度调节回路的系统。与一般系统相比，确实很庞大。大量的温度点使我们检测只能选择现场测温模块。6个测温模块在现场贴近热电偶分布式安装，以降低干扰，节约补偿导线。利用CPU226XP通讯口1与6个测温模块组成主从式自由口通讯网络。根据测温模块提供的通讯协议，进展专用的通

10、讯程序编制，实现通讯。PLC通过轮询，现场各点温度实时值进入PLC储存器。输出的控制对象为SSR,进展固定周期的通断比控制，所以占用数字输出点36个。由于CPU226同时只能开启8个PID通道，假如交替使用，反响速度慢，程序冗长，效果不见得好，因此改用模糊控制。将给定温度和测量温度相比拟，查表，得到相应的通断比控制值输出。作出一个带参数的温控子程，可方便屡次调用。整个消费经过中，温度根本保持恒定不变。通过硬件和编程的结合，系统解决了多温度点控制回路的技术难点。平钢化控制第二个特点是具有可以灵敏多变，适应多种不同钢化工艺需要的顺序控制。消费经过的上片，自动往复加热，往复急冷，往复吹风，取片五个工

11、艺阶段，决定本系统是按一定时间顺序为根底和外部给定为条件的顺控程序。PLC的编程根据平钢化工艺控制的特点，5个主要工序形成步序核心控制。S7200顺控SCR指令为编制顺控提供理想方式，简化程序，条理明晰，实现构造化，模块化，平安可靠，同时增加程序可读性。在不同的步序段中，各阶段时间设置和转速，间隔控制是通过人机界面和现场诸多键控，可以方便灵敏地进展多种设置组合，来确定要完成的工艺。在不同的步序时间段，根据不同情况，控制传动电机的启动、加速、运动、减速、间隔到时反向、正向，控制风机的启动、加速、高速运转、减速、停顿，调用多个子程及中断程序，完一个接一个的单项功能。步序象是一个传送链，当一批玻璃进

12、入往复急冷后工序后，程序控制又一批玻璃开场进炉加热步序，形成一个连续不断的消费线。顺控程序的编程并非难点，重要的是步序必须平安可靠，有时单一转移条件是不够的，需要采取一定的措施和多重判定，增强保护。一些关键局部，增加了必要的连锁。由多个编码器、光电开关和变频器组成的给定同步速度控制和长度、间隔测量控制系统，是平钢化控制的第三个特点。测量一批被加工玻璃的总长度，是在加热段和风栅段往复运动控制的根底。用炉前光电开关，编码器与PLC高速计数口，及软件配合可测量玻璃长度。首块玻璃前沿通过光电开关时起，编码器从零计数，到进炉间隔到位前，最后一块玻璃后沿通过光电开关时完毕，记录编码器脉冲数，乘系数mm/脉

13、冲，可得到玻璃总长。如同计算玻璃长度，炉内所有间隔在PLC中是以脉冲数为单位来计算。高速计数判定进炉间隔脉冲数到位后，通过中断，控制改变变频器运动方向和速度，玻璃反方向运动，高速计数变向作减计数。炉内可设定的有效间隔与玻璃总长之差，即玻璃的反向运动间隔。当计数器检测到这一间隔脉冲数，产生中断，再次改变变频器运动方向和速度，玻璃重新改正方向运动，屡次的翻来覆去形成玻璃在炉内的屡次反复摆动。为保持运动的平稳和到位准确，在正反向到位前的一段间隔，有一段匀减速运动。当加热时间到达时，风机高速运行，程序停顿摆动控制，控制主传动和风栅传动同步向风栅段方向运动。在进入风栅段同时，往复急冷步序开场计时，风栅编

14、码器开场清零计数，玻璃在风栅平台上，以在加热炉内同样的方式，反复摆动，急冷使玻璃迅速钢化。当急冷时间到，玻璃继续摆动，风机减半速。冷却完毕时间一到，关风机，风栅传动和下片传动同步向前运动，玻璃直至到光电开关处停顿运动，完成一批玻璃钢化。系统需要有一个直观方便灵敏的人机界面进展人机对话。平钢化工艺不算十分复杂，但仍需要有一个能清楚地表达主要工艺流程，玻璃的运动动态位置，方便灵敏直观地设置大量参数的画面。各阶段间隔和时间，速度，以及不同的玻璃规格工艺指标，要求能在不同情况下灵敏设置和调整，数值是便于理解的常用物理单位，如速度米/秒，间隔mm,时间s，风压KPa等。而PLC内部运动控制的根底是脉冲数

15、，这需要人机界为我们建立沟通的桥梁。同时需要连续显示大量温度值和各段时间动态变化。36个温度控制，即可集中给定，又能分别给定，还可单独开停测试。各个传动电机，除知足自动控制要求外，在画面里也均可手动开停试验。为此我们选用10彩色触摸屏通过中央画面，温度画面，控制画面，设置画面等来完成上述任务。通过PPI通讯方式，完成与PLC连接对话。应用中的监视画面见图：IMG=监视画面见图/uploadpic/tech/2007/12/2007122414365960530E.jpg/IMG五、系统评价及总结自2006年5月份投入使用，至2005年9月，系统历时长期连续不连续的运转，显示了该装置运行可靠，平

16、安稳定，功能强大，适应性强，价格经济等优点。工程调试完成后，尽管连续消费，至今为止，尚未提出过要进展任何维修和处理,讲明质量非常可靠。厂方以为，该工程首先为企业创立了宏大的效益。同时进步了本厂的自动化程度，集中控制，显著进步操纵程度和工艺程度。可靠性大大增加，系统平安稳定。单耗大幅度降低，在同行创出高程度。六、应用体会通过这一工程全经过的设计、编程、调试及反复理论，对S7-200PLC应用特点有了更为深入的认识：1S7-200PLC价格经济实用，体积轻巧，功能强大，扩展模块齐全。十分是CPU22XXPCN系列出世，同等规模系统，性价比更高。因此更合适大量采用到较复杂的工程当中。2通讯才能超强，形式简单，并有多种扩展方式，自由口才能强，可与多家串口产品通讯组网，足以完成工程的特殊需要。本工程即一种详细应用。3烟台平钢化控制系统的成功实现，为平钢化控制实现低本钱自动化，开拓了一条低投入，高效益、易普及的新路。4由于工程时间的限制，硬件和技术预备的缺乏，本工程中原打算变频器用USS通讯形式控制转速的方式，未能实现，实在遗憾。唯有今后更加努力。0