6ES7277-0AA22-0XA0参数详细

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1、引言

由我院技术总承包、近期已顺利投产的张家港华达涂层有限公司年产15万热镀锌板工程和我院目前为济南钢铁公司技术总承包的年产20万吨热镀锌板工程，采用新型自动化系统配置模式，从根本上改进和简化了自动化系统，目前张家港项目运行良好，济钢项目进展顺利。

2、系统配置原则和方式

冷带连续加工机组的过程控制系统一般按照工艺特点可以进行比较详细的分类，如焊机控制、锌锅控制、加热炉控制、辊涂控制、光整机控制等，但一般而言，冷带连续加工机组(镀锌机组、彩色涂层机组还是退火机组等)其通用的过程控制系统均为传动控制系统和与它关系密切的PLC系统再加上上位监控系统；20世纪80年代，宝钢2030冷轧厂08镀锌机组(1850mm、年产30万吨)的自动化系统根据当时自动化技术水平按照工艺区段方式共配置5台西门子公司的S5-150KPLC和一台上位工业控制机300-R30，属当时国际水平，目前自动化技术与20世纪80年代相比，进步极大，沿袭2030冷轧厂带钢生产机组工艺分段配置自动化系统的传统模式已不适应目前的自动化技术水平，表1为S7-400系列PLC、S7-300系列PLC与S5-150K系列PLC的技术性能对比；以表1技术性能对比为依据，通过分析，济南钢铁公司20万吨镀锌机组集成的自动化系统我们采用一块S7-400主CPU：CPU416-2DP；张家港机组(年产15万吨)采用一块S7-300主CPU：S7-315-2DP，实践证明，我们的系统配置模式完全满足生产要求；可以有以下结论：目前国内大型钢铁企业年产在20万吨左右的冷带连续加工机组自动化系统，只需1台S7-400主CPU就可以满足生产要求，对于年产在15万吨以下的中小机组只需要一台S7-300主CPU：CPU315-2DP就完全可以满足生产要求，这无疑极大地简化了冷带加工机组的自动化系统，使广大用户从中受益。

采用新型方式配置冷带连续加工机组自动化系统的好处可以归纳如下：

(1) 充分发挥CPU技术性能，淘汰按照工艺区段分配PLC的老模式，从根本上简化自动化系统结构，降低设备投资。

(2) 充分采用现场通讯总线技术和远程IO单元，从而大量节省输入输出点和施工电缆，降低投资费用。

(3) 充分采用现代HMI技术，省却大量操作按钮、指示灯和显示仪表，从而提高自动化生产的操作和管理水平，使操作更性化和简约化。

3、系统组成及功能

冷带连续加工机组自动化系统构成方式为：基础传动+PLC+上位监控；PLC(主CPU、远程IO站)、HMI、传动系统之间通过PROFIBUS-DP网络进行信息交换。

3.1 上位机监控系统组成及功能

监控系统通过PROFIBUS-DP总线与PLC主CPU连接，接受和采集原料、生产过程、产品有关信息，实现生产管理人员-设备-原料-产品之间的信息交换，对机组的正常生产和产品进行自动化管理；通过网络，把工艺参数设定值和对电气设备的操作从人-机界面接口传送到PLC，把机组的状态、电气参数及故障由PLC收集送到人-机接口的CRT显示器上；我院目前为济南钢铁公司技术总承包的20万吨热镀锌板工程上位监控系统采用WinCC组态技术对整个机组运行状态进行监控。
上位监控系统软件功能如下：

(1) 原料数据(板材宽度、厚度、钢卷编号等)，过程数据(机组各段张力、机组速度)，产品数据(钢卷卷号、卷重、卷径、焊缝位置等)的自动生成、存储和修改，将自动生成的配方工艺参数下载到PLC。
(2) 所有生产技术数据的汇总、存储、打印；
(3) 各主要工艺设备状态显示；(4)在人-机界面上或者在操作台上对上述生产技术数据进行人工干预；
(4) 加热炉的温度显示、运行状态监视、故障报警；

3.2 PLC系统组成及功能

以济南20万吨热镀锌项目为例，PLC系统采用西门子公司S7-400系列PLC，主CPU采用S7-416-2DP，远程IO采用ET200，由CPU、存储单元、电源模板、通讯模板、输入输出模板、高速计数模板、中继器等组成，PLC与分布式I／O及传动系统采用Profibus-DP网。具体配置见表3。PLC控制系统主要完成加工线工艺功能的控制，根据工艺需要完成区段速度设定、张力设定、活套控制、逻辑控制、监测和报警、与上位机进行通讯等控制功能；在三个操作台(入口操作台、工艺操作台、出口操作台)别设有模块化IO单元，由通讯电缆汇总到PLC系统，为提高系统可靠性，PLC与各自的远程IO站之间的通讯、PLC与调速传动装置之间采用独立通讯网络，PLC把设定参数和控制指令传送到终端和各调速传动系统，并收集各调速传动系统的状态和电气参数送到人-机接口的CRT上显示。

4、PLC软件功能

冷带连续加工机组的PLC软件主要是焊缝跟踪任务，包括自动刹车、慢速定位和紧急刹车；焊缝跟踪任务是靠现场远程IO站信号通过ProfiBUS-DP与S7-400主CPU通讯，依据编制好的过程控制软件完成，它的任务主要包括：

(1) 根据带钢焊缝在机组的位置实现机组的自动刹车

a) 开卷机的自动甩尾刹车。
b) 入口活套出口活套的自动刹车。
c) 卷取机的自动刹车。
d) 拉矫机的辊道自动开闭。

(2) 根据焊缝位置实现机组的慢速定位

a) 入口上下通道带头在焊机处的慢速定位。
b) 入口上下通道在助卷器和夹送辊两种方式下的穿带。
c) 入口出口侧剪处的带钢定位。
d) 焊缝的自动打孔。
e) 根据焊缝位置计算带长。

(3) 机组的紧急刹车

a) 传动设备故障的机组紧急刹车。
b) 断带故障的紧急刹车。

(4) 4个程序模块

上述所有工艺要求的控制功能其软件核心为4个程序模块，根据需要分别在自动刹车、慢速定位和紧急刹车过程中调用，它们是：

a) 状态控制模块MDCT01。
b) 张力调节模块TEAD01。
c) 定位模块POSI01。
d) 自动刹车模块AUBK01。

定位模块POSI01、自动刹车模块AUBK01的功能主要是接受来自现场状态控制点的状态，并且根据状态控制点状态去触发或者调用状态控制模块MDCT01和张力调节模块TEAD01的不同设定值程序,它们附属于张力调节模块和状态控制模块，主要是开关顺序连锁和通／断关系；状态控制模块MDCT01和张力调节模TEAD01的主要功能是速度-张力的设定。

状态控制模块MDCT01和张力调节模块TEAD01按照机组工作状态的不同可以分为目标速度非“0”状态的生产请求和目标速度为“0”生产请求两种基本情况；

(5) 目标速度非“0”状态的生产请求，可以分为两种情况：

a) 初始速度为“0”，既生产线为停止状态，这种情况下，首先要进入张力准备阶段，根据工艺要求进行张力预选，接通张力，建立静态张力，其次是张力调节阶段，建立该运行区所有设备的工作张力，并且对张力的建立和调节进行确认和检查，在确认和检查无误的情况下，进入速度调节阶段，经过一定时间Δt(如出口段为4秒、工艺段为3秒、出口段为6秒)检查速度不为“0”，说明请求实现。

b) 初始速度不为“0”，既生产线为正常生产状态，这种情况下，所有张力均已存在，各段张力均为正常生产值，此时，可以直接进行速度调节。

目标速度为“0”，这种请求是实现目标速度为“0”的状态。

可以知道，当速度为“0”后大约0.7秒，取消工作张力，建立静态张力，若没有外部中断请求，那么在大约900s之后，系统自动取消静态张力，张力值“0”。

镀锌机组入口段软件功能框图，整个框图基本包括状态控制模块MDCT01、张力调节模块TEAD01、定位模块POSI01和自动刹车模块AUBK01。

冷带连续加工机组的PLC控制程序编制，应该注意以下情况：

a) 现场执行元件的可靠性直接关系到自动化系统的稳定运行，传动电机、抱闸和限位开关、光电检测在自动化系统中具有同样的重要性，机组的连续性生产和限位开关这样小的元件密切相关。

b) 冷带连续加工线自动化系统控制的主要设备是辊系设备，主要参数是张力-加速度-速度-位置这样四个力学参数，其控制过程属于刚性物料输送过程，其前后联系非常紧密，单体设备之间相关性极大，在控制精度上有一定要求，否则会出现断带、拉带、堆带或者机组振荡故障现象。

c) 冷带连续加工线自动化系统的硬件结构应合理采用远程IO和总线通讯方式，软件结构上应该按照程序模块把所有开关量信号与张力-加速度-速度-位置参数有机地整合在一起，否则，机组静态张力、穿带张力、工作张力、入口出口活套充放套等工作状态很可能会出现意想不到的故障。

3． 工作过程

（1）上电后，温控器控制封处加热器进行加热。 

（2）自动起动后，送料变频器驱动送料电机以设定的速度输送塑料薄膜，送料感应器检测到送料端放卷的塑料薄膜足够时，送料电机停止送料。 

（3）温度到达，温度信号导通，主变频器驱动主电机通过机械传动装置控制切和封的上下往复运动。

（4）切每向上运动一次，伺服信号导通一次，伺服电机驱动出料辊夹着塑料薄膜带转动一次，切和封下切，胶袋形成 。 

（5）设定个数到达或按停止键时，当前胶袋形成后停机，切和封停在高位停车处。

4． 工艺要求

（1）300-900mm长胶袋，生产约120-60个/分钟。

（2）长度误差在0.5mm内。

（3）胶袋封口处温度线，需结实耐拉。

（4）既可定长封切，又可追色封切。

（5）追色封切时，连续三次检测不到色标信号，要自动停机报警

（6）要有预警功能（即生产快到设定批量时，要提示警报）

（7）主电机调速，送料电机调速，伺服电机调速功能

（8）自动运行/手动调试功能

5． 处理措施与调试方法

（1）机械设计时，主电机传动比要满足主变频器频率工作在60Hz时，切与封来回往复运动达120次/分钟。在满足伺服电机的实际连续运行转速要小于或等于其额定转速及其它特性的要求下，伺服机构的传动比及出料辊的外径的合理设计是满足工艺要求（1）的关键。

（2）伺服传动机构采用同步带传动，伺服编码器脉冲数为2000P/R，故其本身误差远远小于0.5mm，引起定位误差较大的真正原因是由于伺服电机起停不够平滑，或者由于送料端的送料速度小于出料辊的出料速度，造成出料辊与塑料薄膜之间的相对滑动，故要根据伺服电机的起停速度调整合适的加减速时间，调整送料变频器频率使其送料速度要大于出料辊的出料速度，调整要以出料辊与塑料薄膜之间不发生相对滑动为准。

（3）温控器的设定温度一般设定在180℃左右，根据主电机的转速高低适当微调温控器的设定温度，以胶袋封口处结实耐拉为准。因为主电机转速较高时，封上下往复运动快，封口时间短，若封温度偏低，会导致胶袋封口处不牢。当主电机转速较低时，封口时间长，若封温度偏高，会导致胶袋封口处烫穿。

（4）人机界面上可设定定长封切或追色封切、切袋长度、追色长度、预警个数、送袋速度、加速时间、减速时间，当选择为定长封切时，追色感应器无作用，PLC程序根据伺服机构的机械传动比、伺服驱动器的电子齿轮比、伺服电机变码器的线数以及出料辊的周长，计算出伺服驱动器接收一定数量的脉冲，伺服电机就驱动出料辊转动带出一定长度的胶袋`。这样就实现了定长控制。

当选择追色封切时，其过程如下，伺服启动信号导通，伺服电机按照PLC程序预先设定的运动曲线进行加速运动、恒速运动、减速运动、低速追色、PLC接收到追色信号时，通过中断方式立即停止伺服电机。一般追色长度为10毫米，并且要求追色信号只能在追色范围内起作用，其它范围内需屏蔽掉其干扰信号。

追色封切调试时，在人机界面上设定好伺服电机的恒速速度，先将加速时间、减速时间设长，再调低速追色速度，尽可能提高低速追色速度，以追色平稳、准确为准。调整好追色速度后，再调加速时间、减速时间，尽可能调短加减

速时间，以胶袋与出料辊不发生相对滑动及追色平稳为准。

（5）PLC程序在追色封切时，对追色信号记数，连续三次检测不到时，PLC停止各电机运转，并驱动报警器报警。同时PLC程序对批量记数，当批量达到预警值时，PLC驱动报警器报警提示。

（6）通过外接旋钮调位器可对主电机和送料电机调速，改变人机界面上PLC的脉冲频率设定值可对伺服调速。

（7）PLC内编写自动运行与手动调试程序，自动运行程序为生产程序，手动调试程序为调机或维修时使用。

6． 本系统使用以下产品

（1） 台达PWS-500S人机界面

（2） 台达VFD007A23A变频器

（3） 台达VFD004A23A变频器

（4） 台达8CB75-2DE7F，H20B-CB751C27F伺服

（5） 台达 DVP-14EX PLC

（6） 欧姆龙E5CS-X 温控器

（7） SICK公司NT6 色标感应器