西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0技术参数

西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0技术参数

控制系统的特点 

1.ControlNet 

ControlNet网络是新一代自动化控制网络，满足IEC61158 国际工业现场总线标准，它提供了一种在PLC之间，PLC与MMI操作站及I/O子系统之间实现高速的，可冗余的通讯方式，它可以支持多达99个节点，*大网络距离20KM，它可以连接总线型、树型、星型及混合型等不同的网络拓扑结构。通过ControlNet可以在单一网络上完成关键性、I/O更新、处理器互锁、对等通讯等功能。Producer/Consumer 通讯模式可以使不同的处理器之间，进行信号交换，I/O数据可以同时被多个设备共享。扩展模块及远程I/O模块可直接挂在ControlNet上，使控制模块*可能接近现场检测元件，减少检测、控制信号的衰减、干扰，同时节约电缆，便于维护。PLC通过ControlNet连接主控设备 ControlLogix、PLC5等。 

2.EtherNet 

EtherNet网络是在操作站与服务器之间通过TCP/IP组成的bbbbbbs NT网络，具有数据、文件共享的能力，通过统一的数据库接口（ODBC）使各操作站的历史、实时数据和文件集中管理，便于生产调度，可进一步实现一体化。 

3.DH+ 

是一种局域网，用于支持工厂应用工程的远程编程，也可以通过DH+在可编程序控制器、计算机、人机界面等之间进行数据传递。所有的增强型PLC-5等都具有内置的DH+通讯接口。DH+网络的每一个链路*多可以连接64个设备。可用于湿区连接区域内现场监控设备PanelView、PLC-5和ControlLogix PLC。 

4.DeviceNet 

DeviceNet网络是一个开放的、进行低层通讯的一种连接，它用于连接简单的、工业用的设备与高级设备之间的连接。DeviceNet具有互用性、公共网络、低廉的维护费用、节省的网络布线等特点。连接远程FLEX I/O ，控制现场阀箱和变频器。 

从DeviceNet到DH+、ControlNet再到EtherNet改造后的自动化系统具备清晰的结构和功能分级，提高了通讯速度。湿区的控制数据和信息都通过三级网络及各级网络接口集成，并传送到各级管理和生产部门。 

设计实现 

罗克韦尔自动化的三层化网络结构使改造与新增的自动化功能构成统一的结构。在设备层，采用具有DeviceNet接口的设备，降低了成本，减少布线，安装方便；在控制层，系统实现实时I/O控制、联锁和状态传送，从而保证了控制数据和信息的实时性和稳定性；在信息层，将控制数据通过网关，连接至企业的信息系统。 

1.人机交互界面 

乳品生产的特点是设备较多，控制距离远，电磁环境较差，因此对控制设备的联接通讯和操作员界面要求苛刻。本次改造中标准化控制中心调度监控系统的改造采用InTouch7.1软件与ControlNet 通讯模式，实时监控的系统，具备生产管理功能，对湿区各主要生产环节及辅助环节的生产过程实时数据采集、选择、操作、传输、配料、清洗、显示、打印；上位机采用DELL计算机，提供友好的人机界面和方便的操作方式。画面包括：净乳机、各CIP站、收奶、标准化流程画面、操作画面、调节画面、趋势画面、报警画面、分组画面、报表画面。 

2.通讯网络 

由于PLC网络中采用了以太网网络技术，因此许多PLC产品都支持以太网的TCP/IP通讯协议，它们能将控制系统与信息管理系统集成起来，通过以太网网络，用于监视可编程序控制器内存储的各种数据，这样的数据用于数据采集、监控、生产管理、设备维护、生产流程及物料配比等，同时，TCP/IP协议可以使计算机访问使用结构化语言（SQL）的开放型数据库，便于存贮和查询和报表形成。 

3.无扰切换投入 

鲜奶不易保存，为了不影响生产的正常连续进行，我们在项目的实施过程中，采用“无扰切换投入”方式。CIP COLD PLC在原来生产中，只有A、B、C、D四组主干管线，此次扩为五组，每组线组合方式与原来也不同，并且每组的所包含的分支组合也有所增加，给扩建控制站投入带来很大困难。 

根据其管线和工艺特点，可充分利用通讯网络资源。在通讯DH+网络接点上，建立一个新的PLC-5站；用新的管线组合选择来进行软件编程和上位机、其他控制器之间的通讯，在此PLC上进行程序逻辑控制，将程序输出的自动控制位上临时屏蔽，通过网络通讯，软件用MSG指令进行通讯，将自动控制位传输到原来的PLC站上，而此PLC只执行输出动作，没有逻辑控制，只相当于一个“I/O”设备，实现I/O转换；随着工艺管线增加，程序的I/O控制点逐步与实际新的I/O相对应，原有PLC的功能被新的PLC代替，实现逻辑切换。完成无扰切换后，将旧的PLC的程序部分修改，改造成为CIP HOT STATION控制站，实现新控制站投入。 

结束语：经过本次扩建和改造，整个湿区的自动化控制系统实现较为全方位自动化，数据集中监控和管理的信息化。此自动化系统改造的成功使它成为亚洲乃至世界上的现代化乳品企业。同时，增强了企业的市场竞争能力，并在世界乳品市场的激烈竞争中获得成功

1.概述 

连铸是一个多变量、非线性、大滞后、具有较强耦合作用的复杂生产过程。在连铸过程中，铸坯的冷却凝固受控于与拉速有关的热传递变化，铸坯冷却过程由一冷控制和二冷控制两部分构成；一冷就是结晶器冷却，其中二冷分成多个冷却区，每个冷却区包括多个冷却回路。各回路的喷水控制，要根据拉坯速度、钢水过热度、钢种以及冷却水温度等工艺参数来决定各冷却回路的喷水量。本文着重本文介绍河北邢钢1#方坯连铸机冷却水控制系统的设计与实践。 

2.控制系统的硬件设计 

河北邢钢1#方坯连铸机是3机3流连铸机。冷却水控制系统配置3套SIEMENSS7-400 PLC系统，对没流的冷却水进行单独控制。PLC系统，包括CPU模块、电源模块以及相应的输入、输出模块，CPU采用西门子S7-400系列CPU。每流的冷却水PLC系统包括主站、3个从站、现场总线和高速工业以太网。现场总线网络上共挂有3个从站，为：4.5米平台1#远程I/O从站、4.5米平台2#远程I/O从站，10米平台3#远程I/O从站；主站的高速工业以太网接入HMI人机界面系统的高速工业以太网，实现数据通讯。各从站控制柜安装在冷却水配水间附近，以节约电缆，实现自动化。 

3.软件配置及控制软件算法 

3.1系统软件配置 

计算机操作系统采用bbbbbbsXP中文操作系统。PLC控制系统开发软件采用西门子Step7V5.4编程软件。基础自动化的HMI监控系统开发采用西门子Wincc6.2开发版、运行版软件，Wincc6.2服务器及冗余选件。 

3.2冷却水控制软件典型算法 

首先提出程序模块化设计，将不同功能模块设计成小耦合度功能块FB，由相应的程序多次调用，使程序执行出错率降低，提高程序可靠性；同时提高程序的可维修性，延长了程序生命周期。 

3.2.1插值算法 

在二冷水表处理方式上采用插值算法：定区间[a，b］上的实值函数f（x）在该区间上n＋1个互不相同点x0，x1……xn处的值是f[x0］，……f（xn），估算f（x）在[a，b］中某点的值。利用一功能块完成多张水表检索。 

3.2.2平滑PID算法 

PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器控制参数相互独立，参数的选定简单有效等优点；在连铸冷却水多种控制方式切换上采用PID设定值自动跟踪测量值的平滑过渡，从而系统达到无扰切换，控制平稳过渡。 

4.控制功能 

冷却水PLC系统的功能是完成连铸机每流过程参数的设定和调节、参数和设备状态的监视、报警显示等。每流冷却水系统包括：结晶器冷却水、二冷水、设备闭路冷却水、设备开路水和切割粒化水。 

4.1结晶器冷却水控制 

结晶器冷却水量主要是考虑防止漏钢和减少铸坯表面缺陷。水量过大，铸坯会产生裂纹；水量过小，冷却能力不够，会使坯壳太薄造成拉漏。结晶器内水流速必须保把铜壁的热量带走，避免热积累而使铜壁温度升高。如果铜壁温度超过100℃，就会有水的沸腾，铜板表面覆盖水气泡，并有水垢沉积，恶化结晶器传热。 

从结晶器下部进水管进入的水，以高速流过结晶器周围，把热量带走，从上部水管流出。进出水温度差一般为4～8℃，每个结晶器有宽面回水流量调节阀和窄面回水流量调节阀。每个回路的流量调节由冷却PLC控制。结晶器冷却水包括出入结晶器的温度（温差）、压力、流量测量以及阀位检测。 

回路控制方式如下： 

1）结晶器冷却水控制方式分手动和自动两种方式，在HMI画面上选择。 

2）手动方式下，PLC根据HMI上的调节阀设定开度值直接控制。 

3）自动方式下，PLC根据控制系统的设定流量值进行调节回路控制。 

4）手动关闭。铸机在维护模式下，在HMI画面上操作，可手动打开或关闭进水切断阀和回水切断阀。 

5）*小流量设定控制。不论手动或自动方式，调节阀的设定点都不能低于*小流量设定值。 

4.2二冷水控制 

二冷水的控制对铸坯均匀冷却，提高铸坯表面质量，减少温降,实现热送起着至关重要的作用。二冷水调试质量将直接影响系统控制精度,进而影响铸坯的质量。 

1#方坯连铸机二冷水分为5区，每区有宽面和窄面两个流量调节阀，共10个二冷水流量调节阀。每个回路的流量调节由冷却PLC控制。二冷水包括二冷水温度、压力、流量测量、二冷气压力测量以及阀位检测。二冷水控制方式包括L2、L1、操作员等自动方式。 

二冷回路控制方式为： 

1）二冷水控制方式分手动和自动两种方式，在HMI画面上选择。 

2）手动开度控制。在HMI画面上，选中HMI画面方式后，在HMI画面上可设定调节阀开度，PLC按设定值直接控制调节阀的开度，实现开环控制。 

3）自动控制。在HMI画面上，选中自动方式后，完成流量闭环调节控制功能。闭环回路通过调节调节阀的开度，使实际流量值与流量设定值保持一致。自动控制有三种模式：2级二冷动态模型（L2），1级水表（L1）和操作员设定（OP）。 

- 在L2模式下，各区调节阀的流量设定值由2级计算机提供。 

- 在L1模式下，各区调节阀的流量设定值由1级PLC根据1级水表和实际拉速计算得出，在HMI画面上可设定10个水表。 

- 在OP模式下，各区调节阀的流量设定值由操作员在HMI画面上手动输入。