西门子6ES7223-1BM22-0XA8功能参数

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1、引言

    一次抽引风机作为转炉炼钢的核心设备，其安全稳定运行关乎整个炼钢系统是否稳定顺行。同时作为炼钢煤气回收的关键设备，一次抽引风机还影响整个炼钢的环保、能源回收以及负能炼钢的实现，因此，保证一次抽引风机的稳定成为一个炼钢厂首先要考虑的问题。济钢集团第三炼钢厂现有120吨转炉3座，与之相对应的是3台一次抽引风机，在实际应用中由于一次抽引风机的各种故障多，影响转炉的正常生产，为了彻底的解决这一困扰生产的问题，三炼钢决定新上一台备用一次抽引风机作为其他3台风机的备用风机。济钢第三炼钢厂的3座转炉分两期工程投产，由于工程原因两期工程所采用的工业以太网不在同的网段上，而新上的备用风机又必须对所有风机备用，因此我们必须实现PLC跨网段通讯。

2、QUANTUM自动控制平台介绍

2、1 硬件平台简介

    Quantum 系统是具有数字量处理能力的专用计算机系统。Quantum 具有模块化、可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。它包括 Quantum 系列CPU、I/O模板、I/O接口、通讯模板、电源和底板。CPU是基于486、586和Pentium 处理器的高性能可编程控制器系，兼容 Unity Pro 软件。CPU 中实现的部分特性有：

    ● 优越的扫描时间和 I/O 吞吐量。

    ● 处理定时中断和基于 I/O 的中断的能力。

    ● 可处理快速任务和主任务。

    ● 可通过 PCMCIA 内存扩展卡进行内存扩展。

    ● CPU 中内置多种通信接口。

    ● 在高端型号的板上，配有用户友好的诊断和操作 LCD 显示屏。

    Quantum系统为开放的、基于标准的网络连接和现场总线连接，提供多种选择。Quantum支持的网络包括：Modbus Plus 、 Modbus 、TCP/IP、SY/MAX 以太网模块、远程 I/O 模块、热备模块 (Concept/ProWORX)等等。这些网络的组合可用来保证具有简单的、高性能的通讯结构，紧密地满足计算机和控制器连接的集成要求。

    TCP/IP以太网是我们风机系统所采用的通讯方式。跨网段实现系统通讯是我们此次电气系统改造的重点，Quantum自动控制平台给我们提供了功能强大的以太网模板，NOE771XX系列产品。该系列能够兼容Unity Pro、Concept、ProWORX等软件，具有标准网页、Modbus TCP 报文、I/O Scanning 服务、FDR 客户端、SNMP 管理等功能。

2、2 软件平台

    施耐德的Concept软件平台是基于施耐德Quantum硬件平台的PLC组态编程软件，功能实用强大，是一款成熟的软件平台。

    Concept 符合国际标准规定IEC 1131-3，提供统一的配置环境。开发Concept的指导原则是，所有系统配置程序以及所有编辑器都应具有相同的外观和感觉。配置的大多数步骤，尤其是程序创建，都是在不依赖于要编程的PLC 的情况下设计的。整个程序被分成与逻辑结构相对应的若干区段，Concept 配置工具允许对象( 例如功能块、步以及转移) 被轻易地以图形形式选定、放置或移动。在对象放置过程中，可行性测试已经在SFC(顺序功能图/顺序语言)编辑器中发生，因为对象之间的大部分连接都是在放置的过程中自动生成的。在FBD 编辑器(功能块图/功能块语言) 和LD 编辑器(梯形图)中， 可行性测试在各块相互连接时发生。未经认可的连接，例如那些在不同数据类型之间的连接，在配置过程中就已被删除。可行性测试在LL984 编辑器(梯形逻辑984)中也是在放置过程中发生。在IL 编辑器( 指令表) 和ST编辑器(结构化文本)中，未经认可的指令可由彩色轮廓线标识。在第一次成功的运行程序以后，程序可以在图形模式下通过移动连接块以及文本进行优化，以改善显示。

   上位机对各车间生产设备进行数据采集与管理，并通过TCPIP协议与公司的企业网相联，各授权的工程师、领班、维修员及生产经理等则可以在自己与企业联网的客户机上访问相关的生产设备了解生产进程与设备状况。系统将所有设备发生的报警、故障及远程修改均作实时打印以备案，同时上位机的退出运行、死机或断电等都不会影响各车间设备局域网的运行，Fix32更能通过权限设置以阻止非法用户将系统强行退出、更改数据等操作，保了系统的可靠性与稳定性。

    3 应用举例

    3.1 远程监控

    由于生产设备的相对分散性，工艺工程师、设备工程师、维修技术员、生产经理等如果作一次生产轮巡需要花费相当长的时间，因此我们给相关的工程师、维修部及生产经理等人的办公室电脑、手提电脑上安装了Fix32软件，由于公司内的电脑均已经联上了内部企业网，因此只要将上位机的IP地址加入到各电脑的网络主机设置中去便可以顺利地在各自的电脑上方便地观察各车间生产设备的工作情况，对于一些授权的人员如维修部等还可以增加权限如报警复位、参数修改等。远程监控的好处是可以满足同时对各工艺流程进行快速观察，并及时帮助纠正错误的生产参数设置。而生产经理则当出差在外的时候只要通过其手提电脑拨号连接到企业网便可以查看各车间的生产设备，做到无论何时何地都能及时了解工厂的生产情况。 3.2 故障诊断与预防性维护

    由于工厂远在郊县，当设备发生故障需要及时处理时，相关设备工程师有时候不得不从市区赶往工厂，这样不仅增加了设备停机时间从而导致生产成本居高不下，而且这种结果常常是效率低下，耗时耗力。Fix32正好发挥了其遥测遥控(SA)系统的优势，当接到设备故障信息时，相关的设备工程师首先打开家中的电脑，通过调制解调器拨号登陆到公司的企业网，再运行Fix32软件中的画面程序查应故障点，根据系统提供的故障及其他辅助信息并结合经验迅速判断故障原因并找到解决方法，然后便可以从容地指导现场领班或维修技术员解决问题。实际使用发现绝大多数的故障都可以通过这种远程诊断的方式予以解决，仅此一项便大大降低了生产成本。为了确保系统安全，我们在安全组态中*除Fix32系统管理员外，其他任何远程登陆的授权用户都只有观看的权限而没有修改的权限，而一些敏感工艺的画面也可以被屏蔽掉以防止无关人员涉及，公司企业网则严格管理授权用户组，并装设了防火墙以阻止非法用户的入侵。

    由于Fix32的强大功能，我们将其接收到的数据信息进行智能处理使它实现了预见性维护(PdM)的功能。当有故障发生时，相应的数据节点、起迄时间、数据值、数据描述等信息被一一打印出来，并且可以通过预先编辑的画面将故障点的位置以图形化的方式描述出来以供进一步识别，用户更可以通过程序预设的链接文件调出相关的故障描述文档以供详细识别多种故障原因并存的情形。

    3.3工艺分析

    鉴于生产规模的不断扩展及新工艺的层出不穷，如何通过分析历史工艺数据以改进现有工艺成了一大难题，传统的方法是人工定时从生产线样品与记录工艺数据进行实验分析并将反馈结果用于工艺调整的依据，这种做法不仅分析周期长而且人工采集 数据带来了很大的人为因素，因此造成了工艺改进周期长且效果不佳。Fix32系统特有的历史数据实时采样功能发挥了强大优势，我们根据工艺工程师的要求筛选出需采样的数据以3秒为周期进行实时采样。当然为了减轻系统负担，有必要将采样数据的时间做适当的相位交错处理。采集到的数据历史趋势在Fix32的历史显示画面中可以直观地显示出来，这还不够，我们需要将这些数据进行统计分析以确认各工艺参数之间的相互作用。Fix32的历史数据库内的数据可以直接输出为文本文件，将文本文件中的数据导入第三方的统计分析软件中去如Minitab，接下来的工作便可交给它来完成，充分详实的数据是统计分析结果可信度的关键。统计分析出的数据揭示了各工艺参数在生产中的相互作用与各自功能，由此帮助工艺工程师作出正确的调整方案，做到有的放矢。实践证明，Fix32的实时数据采样给工艺分析带来了极大的方便，它不仅帮助我们大大缩短了新工艺的生产周期，而且大大提高了新工艺的工艺调整的准确性。

    3.4质量跟踪

    在生产中偶尔会遇到客户投诉质量问题，传统的方法是通过产品的特定生产批号查到当时的某些生产数据如生产日期、原料批号、质检员、操作员等，而实际发现除了这些问题外，还有许多关键因素如产品的理化特性(张力、涂布厚度、线速度、胶水粘度等)及生产环境(温度、湿度、循环风量等)在产品质量上同样也起着举足轻重的作用，失去对这些因素的分析便失去了在质量问题判断上的全面性。Fix32的历史数据记录正好弥这方面的空白。我们将可能影响质量的关键数据也以3秒为单位每天24小时记录，记录的数据保存到光盘以利于长久保存和分析。这样只要知道生产日期，我们便可以查寻到当天所有记录在案的生产数据，Fix32支持*多8个数据在一个历史画面上同屏显示，这样便可以迅速帮助质检员判断问题所在。

  计算机和网络技术的发展，引发了控制领域深刻的技术变革。控制系统结构向网络化、开放性方向发展将是控制系统技术发展的主要潮流。以太网作为目前应用*为广泛的局域网技术，在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。

    1． 以太网技术介绍
    一般来讲，控制系统网络可分为3层：信息层、控制层和设备层(传感/执行层)。传统的控制系统在信息层大都采用以太网，而在控制层和设备层一般采用不同的现场总线或其他专用网络。目前，以太网已经渗透到了控制层和设备层，很多的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口的产品。以太网之所以给自动化市场带来风暴式的，主要有3个原因：的刺激和速度的提高；现代企业对实时生产信息有越来越多的要求；以太网的开放性和兼容性。

    早期的以太网，多节点共享同一个传输媒体，称为共享以太网(Shared Ethernet)，节点间通信采用广播方式，易发生冲突。共享以太网用CSMA/CD技术来避免冲突，即发送方检测到冲突就暂停发送，随机延迟一段时间后再重新发送直到成功。由于延迟时间是随机的，不能事先知道，因而共享以太网的时间响应具有不确定性，不能用于强实时性场合。

    交换以太网(Switched Ethernet)的出现克服了这一缺点，以太网的交换机(Switch)是数据链路层(ISO/OSI参考模型第二层)的多端口网桥，也可以说是智能分配器。交换机将其管理的网络以星型拓扑结构划分为许多物理上互相隔离而逻辑上互相联系的节点，每一节点单独与交换机建立物理连接，在通信的时候交换机会在发送端口与接受端口间建立一个独占的全双工通道，它具有以太网的全部带宽并避免冲突。

    交换以太网在获得确定性的同时，传输速度也有极大的提高。千兆以太网已普及，10Gb/s的交换以太网正在开发。当以太网用于信息技术时，应用层含有HTTP(超级文本传输协议)、FTP (文件传输协议)、SMTP(简单电子邮件传送协议)和bbbnet(远程登录)。这些基于TCP/IP的协议簇已经成为工业界事实上的网络标准，在不同厂商的不同网络系统互联方面起着关键作用。但当以太网用于工业控制时，体现在应用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工程模型的应用协议。

    工业以太网和Internet技术的发展将完全改变传统工业企业的网络架构。工业以太网已经从信息层向下延伸到控制层和设备层采用以太网架构以后，控制器的位置也可以突破传统网络架构的限制，可以位于现场，也可以位于中央控制室。目前控制器甚至远程I/O支持以太网的功能越来越强，在有些控制器和远程I/O模块中已经集成了Web服务器，从而允许信息层的用户也可以和控制层的用户一样直接获取控制器和远程I/O模块中的当前状态值。采用以太网架构和开放的软件系统的制造企业也被称为“”。

    此外，通过Internet可以实现对工业生产过程的实时远程监控，将实时生产数据与ERP系统以及实时的用户需求结合起来，使生产不只是面向定单的生产，而是直接面向机会和市场的“电子制造”，从而使企业能够适应经济全球化的要求。

    2． 串口上网技术
    以太网作为IT产业的主要通讯骨干，已是众所皆知的事实，并已大量的应用在人类生活息息相关的信息产业上。面对这股网络化的潮流，身为所有产业基础建设的工业自动化系统，也广泛的应用TCP/IP以太网作为系统通讯界面，并积极发展更符合工业标准的网络技术与产品，提高系统自动化的能力，从而达到降、提升竞争力的目标。

    但是,在系统网络化的过程里,由于许多传统的串口设备未具备联网能力,在控制指令与设备信息的传递上,必须要有串行通讯转TCP/IP网络的方案。而串口通讯网络技术简单、易用，性价比高，是系统网络化的理想选择。现在市场上已出现MOXA的Nport系列串口上网服务器。

    使用MOXA的标准串口驱动程序，MOXA的串行端口可以被成是远程的COM端口，不需要更改系统原有使用串行通讯的应用软件或通讯元件。好处在于，有了bbbbbbs和Linux/Unix的驱动程序支持，Nport 家族 可以立即让串口设备具备联网的能力。Nport 家族设备联网服务器包含完整的TCP/IP协议。它可以把串口数据包装成TCP封包，并转换成可以在Ethernet上传送的Frame，传送到主机的以太网卡上。主机以自己的TCP/IP协议解封包后，应用程序可以接收到完整的串口数据。

    通过Nport 家族 TCP端口，可不是用驱动程序，而以TCP/IP Socket来存取串口数据。这种解决方案适合于所有具备TCP/IP连接功能的系统。让串口设备具备TCP/IP网络界面，可提高企业管理与原作效率。由TCP/IP网络可远程、机动性管理的特性，大大减低系统故障维护与人力成本，是一个底成本效益的串口设备管理模式。

     3.基于以太网的DCS系统设计

    3．1以某石膏粉生产线DCS系统为例，原理：石膏粉生产线分破碎、粉磨、炒制及包装等几大部分。
    破碎：将生料送入一次破碎机中破碎，一次破碎后的生料由提升机送入料仓1中，料仓1下挂有电振机，启动电振机即可将一次破碎后的生料送入二次破碎机中进行二次破碎，二次破碎后的生料由提升机送入料仓2，待料仓2下的电振机启动即可将破碎后生料送入磨机进行粉磨。

     粉磨：破碎后的生料进入磨机进行粉磨，粉磨后的粉料由绞1#经提升机、绞2#送入预热仓，预热仓的粉料再经下面双绞3#、4#送入炒锅进行炒制。其中，预热仓中粉料的料位由料位传感器测得，经变送后输出给PLC模拟块的输入通道。 
            
    炒制及包装：粉料经双绞3#、4#送入炒锅中进行炒制，当炒锅中粉料的料位达到上限值时，停止双绞3#、4#。炒锅一边加热，一边用搅拌器搅拌粉料，当粉料温度达温度设定值时，启动阀门电机，粉料泄入料仓3中。当炒锅中粉料的料位达到下限值时，启动双绞3#、4#，预热仓中的粉料进入炒锅，使炒锅的温度低于温度设定值，停止阀门电机，粉料进入下一轮炒制。料仓3中的熟料，由绞5#经提升机机送入料仓4，再经绞6#输出包装。其中，炒锅中粉料的温度由温度传感器测得，经变送后输出给PLC模拟块的输入通道；绞6#的输出速度由变频器控制，以便调节其输出速度。限于篇幅省略工艺流程图（需要可与作者联系）

    3． 2系统硬件结构设计
    系统利用以太网技术，采用集中管理分散控制的方式。根据石膏粉生产线破碎、粉磨、炒制及包装三大部分的控制要求，用三台CPM1A型OMRON PLC实现控制。

    本系统选择1对3串口服务器。只需在上位机按装 bbbbbbs 95/98/ME, bbbbbbs NT, 和 bbbbbbs 2000 native COM 驱动程序, 给MOXA多串口服务器设置IP地址，上位机通过实验室局域网与MOXA Nport-Server通讯，下位机（PLC）通过RS-232转换器与MOXA多串口服务器通讯相连，并分配虚拟COM口，上位机组态软件需要设计下位计算机的所有系统组态程序，建立相应的COM3-COM5硬件设备，进行系统的人机界面设置组态，系统的远程监控可以通过访问上位机实现（与以太网方案相同，需要在组态软件上发布WEB页面），远程计算机可以直接访问MOXA多串口服务器的IP地址，直接读取TCP/IP数据包，进行网络远程监控。具体设计为破碎站PLC为COM3口，粉磨站PLC为COM4口、炒制及包装站PLC为COM5口