基于PLC的分布式控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、摘 要 介紹了某棒材熱連軋主軋線PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu), 可編程控制器（PLC）的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展前景及各種PLC的特點(diǎn)以及PLC的工作原理。設(shè)計(jì)中利用PLC控制系統(tǒng)，分布式I/O系統(tǒng)及系統(tǒng)通訊實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)化。PLC控制系統(tǒng)將采用德國SIEMENS公司S7系列的PLC實(shí)現(xiàn)棒材生產(chǎn)線的各種規(guī)格產(chǎn)品的軋制速度設(shè)定、速度級聯(lián)調(diào)節(jié)、微張力控制、活套高度控制、飛剪的切頭切尾控制、精軋后水冷輸出輥道控制、冷床入輥道控制、上鋼裝置及步進(jìn)冷床控制等。同時(shí)設(shè)計(jì)中詳細(xì)地設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的PLC 的系統(tǒng)配置、應(yīng)用軟件的控制。另外是PLC控制系統(tǒng)采用的是分布式結(jié)構(gòu)，將部分控制功能分散到控制器T400中，即

2、把PLC部分功能分解下放，這樣減輕了PLC的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的速度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的投人大大提高了生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化水平，減少了故障發(fā)生率，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，創(chuàng)造了較大的經(jīng)擠效益。關(guān)鍵字:PLC ，分布式控制系統(tǒng)，棒材熱連軋AbstractThe text has recommended the basic structure of some excellent hot roll line, the development course of PLC, application area, development prospect, operation principles and d

3、ifferent characteristic to PLC. The design uses the control system of PLC, distributed I/O system and communication system to realize the automation of modern industry. The control system of PLC adopts S7 of series of SIEMENS of Germany to realize the rolling speed establishment of excellent materia

4、l of different specification products, regulation of one grade of antithetical couplets of speed, tension control, kink height control, fly cut not to cut hair / cut tail control, water-cooling output roller dish control, cold bed enter roller dish control, have steel device and so on.At the same ti

5、me, the design has designed the control of system disposing , application software of systematic PLC in detail. It is distributed structure that what PLC control system is adopted in addition, and will control the function and disperse in controller T400 partly, namely resolve PLC some functions to

6、transfer, lighten the burden of PLC like this, it has improved the systematic speed and have strengthened systematic stability. The large devotion has improved systematic automatic level of production and management greatly, has reduced the trouble incidence, has raised labour productivity, and has

7、created the greater one through crowding benefits. Keywords: PLC, Distributed control system, excellent hot roll line basic structure目 錄摘 要IAbstractII1 緒 言1.1 課題背景1.2 課題研究的目的和意義1.3國內(nèi)外概況1.3.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)1.3.2 PLC的特點(diǎn)1.3.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域1.3.4 著名品牌PLC技術(shù)資料：1.4課題的主要研究工作2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究2.1 PLC基礎(chǔ)知識(shí)簡介2.2 PLC控制系統(tǒng)的控制特點(diǎn)和性能要求

8、2.3 PLC的工作原理2.3.1 掃描技術(shù)2.3.2 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間2.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案分析3 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)的簡介3.2 主要工藝設(shè)備及系統(tǒng)配置3.3 PLC系統(tǒng)開發(fā)3.4 PLC系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)3.4.1 軟件控制設(shè)計(jì)3.4.2 硬件設(shè)計(jì)3.5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及 PLC的選型3.5.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)3.5.2 PLC的選型3.6 遇到的問題及處理方法3.6.1 PLC接地問題及處理3.6.2 模擬量處理3.6.3 問題與不足4 總結(jié)與展望5 致 謝參考文獻(xiàn)1 緒 言本章闡述了PLC 控制系統(tǒng)在現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用的研究背景,現(xiàn)狀以及發(fā)展方向.明確指出了PL

9、C控制系統(tǒng)在現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用的意義和存在的問題.1.1 課題背景 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備以及過程的自動(dòng)化項(xiàng)目中，會(huì)遇到大量的數(shù)字開關(guān)量和模擬量的控制裝置。如電機(jī)的停止啟動(dòng)，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)等物理量的設(shè)定與控制等。傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)控制主要是繼電器或是分離的電子線路來實(shí)現(xiàn)的。這種控制方式雖價(jià)格便宜，在一些簡單的產(chǎn)品中還有一定的市場，但它在控制點(diǎn)數(shù)過多或控制精度相當(dāng)高的現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)中就遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不足。為了克服這些弊端，世界上各國研制出了可編程序控制器取代了繼電器控制。其可靠性，抗干擾性等諸因素是繼電器無法比擬的 。目前在工業(yè)控制上有代表性的有：可編程控制器（PLC），工業(yè)控制機(jī)和計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（D

10、CS）等。1.2 課題研究的目的和意義課題研究的意義:（1）給出解決現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)控制的問題的方法，使PLC控制系統(tǒng)在鋼鐵工業(yè)中應(yīng)用成為可能；（2）對某鋼鐵公司的個(gè)案進(jìn)行分析，探討PLC控制系統(tǒng)所必要的基礎(chǔ)理論；1.3國內(nèi)外概況1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)的要求，研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。1980年美國電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）正式將其命名為編程序控制器（Programmable Controller），簡稱 PC。國際電工委員會(huì)（ IEC）于 1982年11月和 1985年1月對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)

11、字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)1。我國早在20世紀(jì)70年代末和20世紀(jì)80年代初開始引進(jìn)PLC，當(dāng)時(shí)隨成套設(shè)備，專用設(shè)備引進(jìn)了不少國外PLC。如在寶鋼工程中，引進(jìn)了十幾種機(jī)型達(dá)200多臺(tái)PLC。到80年代中期，PLC已廣泛地應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)各大鋼廠。PLC控制技術(shù)由于它與傳統(tǒng)機(jī)械良好的結(jié)合功能，在鋼鐵工業(yè)中常常作為獨(dú)立控制主機(jī)或其

12、他控制系統(tǒng)的上位機(jī)部分，能夠進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，和實(shí)時(shí)過程的順序控制，在鋼鐵生產(chǎn)各階段發(fā)揮重要的作用。他不盡提高了生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品的質(zhì)量，而且取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和成果。我國各大鋼廠近幾年應(yīng)用PLC 控制技術(shù)情況見表1.1，表1.22,5：1.3.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖1.1所示：,圖1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖1.3.2 PLC的特點(diǎn)1. 容易編程2. 采用模塊式結(jié)構(gòu)3. 價(jià)格便宜4. 具有數(shù)據(jù)通訊功能5. 輸入輸出電源使用市電6. 能在惡劣環(huán)境下工作1.3.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC在工業(yè)自動(dòng)化中起著舉足輕重的作用

13、，在國內(nèi)外已廣泛應(yīng) 用于機(jī)械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、 交通等行業(yè)。經(jīng)驗(yàn)表明， 80 以上的工業(yè)控制可以使用PLC來完成。在日本，凡8個(gè)以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已采用PLC來取代。其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，大致可歸納為如下幾類： 開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，可用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制等。例如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線的控制等等。位置控制大多數(shù)的PLC制造商，目前都提供拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能可廣

14、泛用于各種機(jī)械，如金屬切割機(jī)床、金屬成型機(jī)床、裝配機(jī)械、高精度印刷機(jī)械、輪胎簾布裁斷機(jī)、輪胎成型機(jī)、機(jī)器人和電梯等的控制。 過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I0模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的AD、DA轉(zhuǎn)換，并對模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID(Proportional-Integral-Derivative)控制?，F(xiàn)代的大、中型PLC一般都有PID閉環(huán)控制模塊。這一功能可用PID子程序來實(shí)現(xiàn)，也可用專用的智能PID模塊實(shí)現(xiàn)，而松下FP10的指令系統(tǒng)甚至能提供專門的PID指令。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(包擴(kuò)矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳遞、

15、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，也能完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，這些數(shù)據(jù)可通過通信接口傳送到其它智能裝置，如計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備，進(jìn)行處理。 通信聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括PLC相互之間，PLC與上位計(jì)算機(jī)，PLC和其它智能設(shè)備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)發(fā)展的需要。各PLC系統(tǒng)或遠(yuǎn)程I0模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場分散控制，然后采用網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成集中管理信息的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正向開放、標(biāo)準(zhǔn)、互連的方向發(fā)展3，14。1.3.4 著名品牌PL

16、C技術(shù)資料SIEMENS大中型可編程控制器S7-400系列SIEMENS-西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)PLC事業(yè)部，SIMATIC S7-400 技術(shù)資料外觀如圖1.2所示:圖1.2 S7-400 外觀圖SIMATIC S7-400的應(yīng)用領(lǐng)域通用機(jī)械、汽車制造、立體倉庫、機(jī)床與工具、過程控制、控制與裝置儀表、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、控制設(shè)備制造、專用機(jī)械。功能特點(diǎn)：多種級別(功能逐步升級)的CPU，種類齊全的通用功能的模板，使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或變得更加復(fù)雜時(shí)，不必投入很多費(fèi)用。任何時(shí)候只要適當(dāng)?shù)脑黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足您的需要。 SIMATIC S7-

17、400可編程控制器彩用模塊化設(shè)計(jì)，性能范圍寬廣的不同模板可靈活組合，擴(kuò)展十分方便。一個(gè)系統(tǒng)可包括：（1）電源模板(PS): 將SIMATIC S7-400連接到120/230VAC或24DC電源上；（2）中央處理單元(CPU)：有多種CPU可供用戶選擇，有些帶有內(nèi)置的PROFIBUS-DP接口，用于各種性能可包括多個(gè)CPU以加強(qiáng)其性能；（3）數(shù)字量輸入和輸出(DI/DO)和模擬量輸入和輸出(AI/AO)的信號(hào)模板(SM)；（4）通訊處理器(CP)：用于總線連接和點(diǎn)到點(diǎn)連接；（5）功能模板(FM)：專門用于計(jì)數(shù)、定位、凸輪等控制任務(wù)；（6）SIMATIC S7-400還提供以下部件以滿足用戶的需

18、要；（7）接口模板(IM)，用于連接中央控制單元和擴(kuò)展單元。 SIMATIC S7-400中央控制器最多能連接21個(gè)擴(kuò)展單元；（8）SIMATIC M7自動(dòng)化計(jì)算機(jī)： M7是AT兼容的計(jì)算機(jī)，用于要求解決高速計(jì)算機(jī)的技術(shù)問題。它既可用作CPU也可用作功能模板(FM 456-4應(yīng)用模板)。 MITSUBISHI FX2N 系列可編程序控制器MITSUBISHI-三菱電機(jī)自動(dòng)化（上海）有限公司RYODEN AUTOMATION LTD超高速的運(yùn)算速度(0.08s/step)，50%小型化設(shè)計(jì)，程序容量:內(nèi)置8K STEP RAM ，最大可擴(kuò)充至16K STEP，可使用FX系列模塊，可做8臺(tái)主機(jī)連線

19、。如圖1.3所示:圖1.3 三菱PLC外觀圖功能特點(diǎn)：（1）FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置；（2）除輸入出16-25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC；（3）系統(tǒng)配置既固定又靈活；（4）在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合；（5）可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇；（6）程序容量：內(nèi)置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲(chǔ)盒，最大可擴(kuò)充至16K步。 ITSUBISHI FX2NC系列PLC RYODEN AUTOMAT

20、ION LTD當(dāng)連接FX2NC系列的緊湊型I/O擴(kuò)展模塊時(shí)，可以連接多達(dá)256個(gè)I/O。而且，通過一個(gè)轉(zhuǎn)換適配器可以增加多達(dá)4個(gè)擴(kuò)展FX0N/2N特殊功能模塊,如圖1.4所示:圖1.4 FX2NC系列外觀圖功能特點(diǎn)：（1）靈活性；（2）當(dāng)連接FX2NC系列的緊湊型I/O擴(kuò)展模塊時(shí)，可以連接多達(dá)256個(gè)I/O；而且，通過一個(gè)轉(zhuǎn)換適配器可以增加多達(dá)4個(gè)擴(kuò)展FX0N/2N特殊功能模塊；（3）定位/模擬量控制使用特殊裝備；（4）可以連接多達(dá)4個(gè)定位/模擬量擴(kuò)展單元；（5）利用內(nèi)置能力FX2NC系列能控制兩軸（包括插補(bǔ)）或通過增加擴(kuò)展單元能控制多軸網(wǎng)路和數(shù)據(jù)通信功能；（6）通過連接擴(kuò)展板或特殊適配器能實(shí)

21、現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接13,14,20。1.4課題的主要研究工作設(shè)計(jì)某鋼鐵公司60萬噸棒材生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)并對其中個(gè)案設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。在鋼鐵生產(chǎn)中由于工藝對象（鐵，鋼，軋）復(fù)雜，具有非結(jié)構(gòu)化，不確定，強(qiáng)耦合的特性，因此進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的參數(shù)變化及過程順序。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程主要包括以下幾個(gè)部分：總體設(shè)計(jì)：確定控制對象和控制范圍，詳細(xì)分析被控對象控制過程的要求，按照工藝流程列出控制系統(tǒng)的所有功能和指標(biāo)要求。并根據(jù)輸入?yún)?shù)數(shù)值進(jìn)行前端智能儀表和傳感器的選擇，主要考慮輸入信號(hào)的種類，精度，響應(yīng)時(shí)間等。PLC的選擇：根據(jù)輸入/輸出的參數(shù)個(gè)數(shù)，電壓，對控制器的反應(yīng)時(shí)

22、間，編程語言等技術(shù)指標(biāo)，選擇合適的PLC機(jī)型，為軟件編制做準(zhǔn)備。硬件設(shè)計(jì)：根據(jù)控制系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)以及選擇的傳感器，具體分配PLC的I/O端口，并進(jìn)行地址編號(hào)，畫出PC端子和現(xiàn)場信號(hào)的系統(tǒng)布線圖。軟件設(shè)計(jì)，主要布驟如下：（1）分析問題，明確所要解決的要求和目標(biāo)。（2）確定控制過程時(shí)序流程圖。（3）確定采用的編程語言或算法子程序。（4）根據(jù)流程圖和輸入輸出參數(shù)編制PLC邏輯控制程序。（5）總裝調(diào)試：通過PLC編程器輸入程序，按照硬件設(shè)計(jì)圖現(xiàn)場接線并調(diào)試23，25。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究2.1 PLC基礎(chǔ)知識(shí)簡介在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種

23、PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。為了了解PLC，本文對PLC的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識(shí)作一簡介。 PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控

24、制器，稱Programmable Controller（PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會(huì)（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)

25、控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成

26、一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。（1）CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單

27、元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。（2）I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O

28、電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還

29、有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。（）電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）5，7，15。 2.2 PLC控制系統(tǒng)的控制特點(diǎn)和性能要求PLC 控制系統(tǒng)由于內(nèi)部提供了無窮多的各類軟觸點(diǎn)，輔助繼電器，不存在傳統(tǒng)繼電器觸點(diǎn)的磨損，粘連等問題，因此能夠適應(yīng)鋼鐵廠惡劣的環(huán)境的要求，并具有能耗低，抗干擾強(qiáng)，高可靠性的特點(diǎn)

30、；其平均無故障時(shí)間達(dá)幾萬幾十萬小時(shí)以上。PLC 所使用的編程語言是面向現(xiàn)場，面向問題，面向用戶的控制語言，能直接而簡明地表達(dá)被控制對象的輸入輸出之間的關(guān)系及動(dòng)作方式；PLC對時(shí)間控制精度高，其特有的掃描控制方式執(zhí)行控制任務(wù)，提供了快速，確定而且可重復(fù)的響應(yīng)。PLC體積小，安裝和現(xiàn)場接線簡便，易于擴(kuò)展，與其他裝置聯(lián)接方便，用PLC進(jìn)行設(shè)備改造的設(shè)計(jì)，施工，調(diào)試周期短，甚至完全不影響正常生產(chǎn)。是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致，因此各公司的 PLC互不

31、兼容。2.3 PLC的工作原理最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間

32、一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式-掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。2.3.1 掃描技術(shù)當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。圖2.1 PLC的掃描過程圖輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使

33、輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有

34、輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。（1） 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。比較下二個(gè)程序的異同： 程序1： 程序2：這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在P

35、LC中執(zhí)行的過程卻不一樣。程序1只用一次掃描周期，就可完成對%M4的刷新； 程序2要用四次掃描周期，才能完成對%M4的刷新。這兩個(gè)例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如圖2.1所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。 2.3.2 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的

36、每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。其最短的I/O響應(yīng)時(shí)間與最長的I/O響應(yīng)時(shí)間如圖2.3、2.4所示：圖2.3最短I/O響應(yīng)時(shí)間圖2.4 最長I/O響應(yīng)時(shí)間以上是一般的PLC的工作原理4，9，10。2.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案分析我所研究的個(gè)案是某鋼鐵工業(yè)60萬噸棒

37、材生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)。首先我將對棒材生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝做個(gè)簡單的介紹。此條軋鋼生產(chǎn)線分為原料垮，加熱垮，主軋垮，成品垮，軋輥間和水處理系統(tǒng)。在整個(gè)軋制過程中PLC充當(dāng)著大腦的作用。它控制著電機(jī)的啟動(dòng)和停止，電磁閥的開關(guān)，軋件的選型以及成品的打捆等等。從原料垮到成品垮所要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作以及參數(shù)的設(shè)定都是有PLC來完成的，所以在設(shè)計(jì)過程中要充分考慮到由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)，安裝，干擾等因素出現(xiàn)的問題。棒材熱連軋的電氣及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成一般分為兩種方式：一種是以大型PLC為主的集中控制(例如采用GE Faune 90 70系列PLC或Siemens公司s7400系列PLC)，全部的控制功能

38、均集中在PLC上；另外一種是采用分布式結(jié)構(gòu)，將部分控制功能分散到控制器中，即把PLC部分功能分解下放，這樣減輕了PLC的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的速度，下放的功能不同，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不相同。本設(shè)計(jì)所用的系統(tǒng)，特點(diǎn)在于它是將棒材熱連軋中的速度級聯(lián)、微張力及活套高度控制功能從PLC中分離出來，由傳動(dòng)控制器中的專用T400模板完成，這種結(jié)構(gòu)性的變化使得本系統(tǒng)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。3 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)的簡介本設(shè)計(jì)中某鋼鐵公司棒材連軋的電氣及自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化兩部分?；A(chǔ)自動(dòng)化部分采用Siemens公司的6RA70直流控制器、6SE70交流變頻控制器，德國SIEMENS S7

39、-400 PLC組成的控制系統(tǒng)。過程自動(dòng)化部分由3臺(tái)P工業(yè)控制機(jī)組成上位機(jī)和人機(jī)接口(MMI)系統(tǒng)，其中一臺(tái)為服務(wù)器，兩臺(tái)為工作站。過程自動(dòng)化部分的工業(yè)控制機(jī)與基礎(chǔ)自動(dòng)化部分的PLC構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)配置如圖3.1所示。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各種規(guī)格產(chǎn)品的軋制速度設(shè)定、速度級聯(lián)調(diào)節(jié)、微張力控制、活套高度控制、飛剪的切頭切尾控制、精軋后水冷輸出輥道控制、冷床入輥道控制、上鋼裝置及步進(jìn)冷床控制等。圖3.2為60萬噸棒材工程工藝流程圖。3.2 主要工藝設(shè)備及系統(tǒng)配置工藝設(shè)備概況如圖3.1所示，該機(jī)組的主軋制線由19架軋機(jī)組成，其中7架( 560mmx 4470mm3)閉口兩輥水平布置軋機(jī)組成粗軋機(jī)組，6架(

40、410mm6)閉口兩輥水平布置軋機(jī)組成中軋機(jī)組，6架( 350 mm6)立平布置軋機(jī)組成精軋機(jī)組。粗、中軋機(jī)軋制時(shí)立平轉(zhuǎn)換靠扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)粗軋機(jī)組出口處設(shè)1#飛剪(曲柄啟停式)，用于頭部的剪切及故障處理。中軋機(jī)組出口處設(shè)2#飛剪(回轉(zhuǎn)啟停式)，用于尾部的剪切及故障碎斷。精軋機(jī)組后水冷輥道出口處設(shè)3#飛剪(曲柄回轉(zhuǎn)啟停式)，用于成品倍尺的剪切。精軋機(jī)組后設(shè)有1組水冷輥道倍尺飛剪后設(shè)有3組冷床輸入輥道，冷卻區(qū)設(shè)有冷床上鋼裝置1套及步進(jìn)齒條式冷床1座等其它設(shè)備。該機(jī)組設(shè)計(jì)能力年產(chǎn)60萬t，主要品種為1250 mm定尺圓鋼及螺紋鋼，坯料尺寸為150 mm 150 mm 9000mm 主要生產(chǎn)的鋼種為普通碳素

41、結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼等。PLC系統(tǒng)硬件配置該系統(tǒng)所選用的系列SIEMENS S7-400 PLC是一種先進(jìn)的可編程邏輯控制器。它容易安裝和配置，并提供先進(jìn)的編程環(huán)境，便于系統(tǒng)的集成由于采用了當(dāng)今先進(jìn)的技術(shù)，特別是對于小型至中型機(jī)的應(yīng)用，系列SIEMENS S7-400 PLC提供了較好的性能價(jià)格比。該機(jī)組PLC系統(tǒng)配置如圖3.1所示， 由PLCA、PLC-B、PL0C、操作臺(tái)及機(jī)旁箱等遠(yuǎn)程IO站組成。其中PLCA用于主軋線的設(shè)備控制，PLCB用于冷床及精整的設(shè)備控制、PLC-C用于加熱爐區(qū)及軋機(jī)換輥等輔助設(shè)備控制。PLC控制系統(tǒng)的軟件配置（1）人機(jī)界面組態(tài)軟件因其為用戶提供了解決實(shí)

42、際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，成為現(xiàn)代工控領(lǐng)域內(nèi)最受歡迎也不可缺少的人機(jī)界面系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用組態(tài)王工控軟件為系統(tǒng)開發(fā)了系統(tǒng)主控界面以及登錄界面、三個(gè)實(shí)時(shí)趨勢曲線和三個(gè)歷史趨勢曲線界面、一個(gè)報(bào)警窗口和一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)表窗口。在組態(tài)王的三個(gè)實(shí)時(shí)趨勢曲線中，對現(xiàn)場所采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)以曲線的形式在該窗口中分別對三組檢測儀表中所顯示的數(shù)據(jù)顯示出來，動(dòng)態(tài)可視性教好；而在三個(gè)歷史趨勢曲線中，可以根據(jù)用戶的需要，分時(shí)間段顯示各個(gè)儀表所檢測到的數(shù)據(jù)的曲線；數(shù)據(jù)報(bào)表中所顯示數(shù)據(jù)的形式僅僅是數(shù)字而已，和實(shí)時(shí)趨勢曲線與歷史趨勢曲線內(nèi)容一樣；報(bào)警窗口中可以顯示并存檔系統(tǒng)操作員的操作動(dòng)作，同時(shí)可以根據(jù)用戶的設(shè)置實(shí)時(shí)顯示各個(gè)

43、變量的數(shù)據(jù)上下限并可以連接到模擬報(bào)警設(shè)備以聲音等的形式提示給用戶；PID調(diào)節(jié)器所采用的算法為增量式，手動(dòng)調(diào)節(jié)P、I、D三個(gè)參數(shù)直至達(dá)到最佳控制效果。 單輥軋機(jī)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)是由VB編制的一個(gè)可執(zhí)行程序，可供組態(tài)王調(diào)用。它與組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是由WINDOWS下的標(biāo)準(zhǔn)DDE進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)安全問題可以歸結(jié)為兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是開發(fā)系統(tǒng)的安全保障，另外一個(gè)則是運(yùn)行系統(tǒng)的安全運(yùn)行問題。在開發(fā)系統(tǒng)中通過密碼保護(hù)確保系統(tǒng)不會(huì)隨便被人刪改，同時(shí)也涉及到不會(huì)被人隨便查看以保障知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯；在運(yùn)行系統(tǒng)中，有很多按鈕是不能讓每個(gè)人都可以啟動(dòng)和停止的，我們設(shè)置了系統(tǒng)安全區(qū)和用戶訪問權(quán)限來確

44、保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。（2） 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的需要，我將選用成都步進(jìn)機(jī)電公司的57BYG250E-SAFRML-0152型步進(jìn)電機(jī)和其配套的MPC02運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)卡。MPC02控制卡是基于PC機(jī)PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元，它與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等）；MPC02卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測等等）。利用MPC02的動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL），開發(fā)者可以很快開發(fā)出Windows平

45、臺(tái)下的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。VB和VC+是目前工控領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣泛的兩種支持動(dòng)態(tài)庫連接的開發(fā)工具。我使用了最常用的VB開發(fā)本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。（3） 過程控制 PID過程調(diào)節(jié)本設(shè)計(jì)在對軋件重量、長度、溫度及速度控制和調(diào)節(jié)過程中，控制信號(hào)均有可能受到諸如電壓、電流波動(dòng)和環(huán)境因素等的影響，為避免在其被響應(yīng)前就有大幅度的失真，系統(tǒng)必須采用相應(yīng)的過程控制手段。本設(shè)計(jì)中每一個(gè)檢測與控制過程都是單回路的，采用經(jīng)典控制理論中的簡單PID調(diào)節(jié)就可滿足控制要求。根據(jù)組態(tài)王軟件中支持類C語言的自定義函數(shù)，我編寫了一個(gè)簡單的PID算法程序。并在組態(tài)王過程瀏覽器的“命令語言應(yīng)用程序命令語言”中，定義一個(gè)相應(yīng)的執(zhí)行算法程

46、序的命令語句。當(dāng)本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PID調(diào)節(jié)過程自動(dòng)啟動(dòng)，對相應(yīng)的控制目標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 步進(jìn)電機(jī)控制部分 連接好硬件電路后及設(shè)備，運(yùn)行控制程序，可以看到，程序能夠按照設(shè)計(jì)思路正確驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 數(shù)據(jù)采集傳輸部分 首先我們使用一個(gè)萬用表，利用其檢測電阻值的原理（測電阻時(shí)，它的兩個(gè)檢測端將輸出一個(gè)恒定的直流電壓信號(hào)），讓其輸出的電壓信號(hào)模擬現(xiàn)場傳感器、變送器等檢測元件的輸出信號(hào)，傳送給組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。我們調(diào)節(jié)采集頻率，可以看到，萬用表的電壓信號(hào)能根據(jù)采樣周期成功地通過ADAM5017實(shí)時(shí)傳遞到組態(tài)王并顯示。然后，我們采用同樣的道理，在組態(tài)王中設(shè)定一個(gè)“期望”數(shù)值，讓它輸出以調(diào)節(jié)控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻器的

47、頻率，經(jīng)ADAM5024，數(shù)據(jù)送到ADAM5017反饋回組態(tài)王的PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)，經(jīng)過增量式調(diào)節(jié)運(yùn)算，使稍稍失真的數(shù)據(jù)能根據(jù)不同的P、I、D三個(gè)參數(shù)逐漸得到修正，最終達(dá)到精確控制的目的。 數(shù)據(jù)顯示處理部分 組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)中，從下位機(jī)檢測的數(shù)據(jù)可以在主界面中以及實(shí)時(shí)報(bào)表中顯示，同時(shí)，在實(shí)時(shí)趨勢曲線中，數(shù)據(jù)變化的曲線顯示非常靈敏，同樣在歷史趨勢曲線中的走勢也是清晰可見，尤其是在歷史數(shù)據(jù)報(bào)表中能查詢到的過去幾十年的數(shù)據(jù)資料，以數(shù)據(jù)記錄時(shí)間、數(shù)據(jù)所對應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)等信息的形式讓讀者一目了然。報(bào)警窗口也能準(zhǔn)確記錄系統(tǒng)的每一次操作過程、每一個(gè)操作對象和操作人員以及每一個(gè)技術(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)越限報(bào)警等信息。網(wǎng)絡(luò)通信（

48、1）主軋線PLC系統(tǒng)通過3種網(wǎng)絡(luò)方式與現(xiàn)場設(shè)備通信，完成控制與數(shù)據(jù)采集： 與傳動(dòng)控制器(6RA70或6SE70)之間的通信采用Profibus-DP網(wǎng)。 與上位機(jī)和MMI系統(tǒng)、PLC-B及PLC-C之聞通信采用Ethernet網(wǎng)。 與各操作臺(tái)之問的通信采用Genius網(wǎng)，并采用雙網(wǎng)冗余。（2）在本系統(tǒng)中，上位機(jī)和下位機(jī)的通訊是依靠ADAM5000智能模塊來實(shí)現(xiàn)的。ADAM5000系列是一套內(nèi)置微處理器的智能的傳感器接口模塊，提供了廣泛的數(shù)據(jù)采集和控制功能?？梢酝ㄟ^主機(jī)用一套命令語言對它們進(jìn)行遠(yuǎn)程控制并在485網(wǎng)上通訊。它提供智能的信號(hào)調(diào)節(jié)、模擬I/O、數(shù)字I/O等功能。ADAM5000分為系統(tǒng)

49、核心（CPU、電源、4槽基板、RS-232口、RS-485口）和I/O模塊兩部分。ADAM5000的地址設(shè)置和初始化是通過Advantech ADAM Unitity應(yīng)用軟件的指令來設(shè)置的。亞當(dāng)模塊作為數(shù)據(jù)采集和交換中心，它需要完成對下位機(jī)諸如各類傳感器、變送器等的數(shù)據(jù)采集和對各類數(shù)顯儀表、繼電器等的數(shù)據(jù)輸出；同時(shí)它還需要向上位機(jī)提供數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)。（3） 數(shù)據(jù)采集 新一代各類傳感器和變送器對物理信號(hào)的感應(yīng)都將轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，同時(shí)根據(jù)用戶的需要選擇電流或者是電壓信號(hào)輸出?，F(xiàn)代工程標(biāo)準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)為電流DC 420ma,電壓DC 05V。ADAM5017可根據(jù)用戶需要選擇輸入信號(hào)的類別、

50、范圍等。 如電壓500mv、20v；電流420ma。選擇方法是由Advantech ADAM Unitity 給亞當(dāng)輸入相關(guān)指令予以確定。 數(shù)據(jù)傳輸 各類數(shù)顯儀表是將輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬數(shù)字信號(hào)輸出顯示，輸入電信號(hào)的類別、范圍和輸出模擬信號(hào)的范圍根據(jù)用戶的需要確定；而繼電器的輸入信號(hào)為兩個(gè)數(shù)字信號(hào)0或者1。ADAM5024可根據(jù)用戶的要求輸出相應(yīng)的電信號(hào)，在儀表中顯示或者是驅(qū)動(dòng)繼電器，選擇方法同上。（4） 數(shù)據(jù)傳輸 ADAM5000與上位機(jī)組態(tài)王之間進(jìn)行通訊，一個(gè)最重要也是最容易被忽視的問題就是：ADAM5000與串口交換數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式、波特率、奇偶效驗(yàn)等信息，必須與組態(tài)王在定義串口的相應(yīng)信息

51、保持一致。否則，通訊將不能正常進(jìn)行。 向組態(tài)王提供數(shù)據(jù) 亞當(dāng)模塊（ADAM）從現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)以其輸出電量實(shí)時(shí)傳遞給組態(tài)王，ADAM在組態(tài)王中的定義，舉例如下：在組態(tài)王“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”中定義變量“壓力輸入1”，現(xiàn)場第一組數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的壓力范圍為07kpa,ADAM采集數(shù)據(jù)后的輸出信號(hào)為420ma,顯然，兩個(gè)數(shù)據(jù)之間只需要進(jìn)行一個(gè)簡單的線性轉(zhuǎn)換，在組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)中，就可以實(shí)時(shí)的顯示07kpa數(shù)據(jù)。圖2.5所示可知ADAM向組態(tài)王提供數(shù)據(jù)的連接與轉(zhuǎn)換。 為組態(tài)王傳輸數(shù)據(jù) 組態(tài)王對下位機(jī)諸如閥門開度和繼電器起停的控制，均是從運(yùn)行系統(tǒng)中給出具體數(shù)據(jù)，送到ADAM，ADAM將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電量實(shí)時(shí)傳遞給

52、相應(yīng)的設(shè)備，使之完成控制功能。其與組態(tài)王的連接與轉(zhuǎn)換同上，僅ADAM型號(hào)相異而已21。3.3 PLC系統(tǒng)開發(fā)在本棒材連軋控制系統(tǒng)中，輸入輸出點(diǎn)數(shù)眾多，控制結(jié)構(gòu)與功能復(fù)雜，因此結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法是本系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)的首選方法。我們將PLC控制程序分為信號(hào)采集、程序處理、信號(hào)輸出等部分。此外把傳動(dòng)控制系統(tǒng)的部分功能從PLC系統(tǒng)中分離出來，主要是為了提高傳動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行速度，從而提高整個(gè)PLC系統(tǒng)的資源利用率。這樣既保證了全系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理，又保證了各種控制、保護(hù)的實(shí)時(shí)性，真正做到分散控制，集中管理。這樣PLC控制系統(tǒng)從繁重的傳動(dòng)控制任務(wù)中解脫出來，作為整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞，主要的功能如

53、下：接收上位機(jī)的設(shè)定參數(shù)和控制命令并向上位機(jī)MM1人機(jī)接口傳送現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)。上位機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，例如，根據(jù)當(dāng)前軋輥實(shí)際輥環(huán)直徑、工藝設(shè)計(jì)的軋輥孔型參數(shù)、輥縫值、精軋末架軋輥設(shè)定的線速度值、空過機(jī)架、成品規(guī)格尺寸等計(jì)算棒材料型的寬度、高度和面積、各非空過機(jī)架的級聯(lián)系數(shù)、延伸率的設(shè)定值，粗、中軋機(jī)架間張力的堆拉系數(shù)、軋輥線速度的設(shè)定值、電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值、精軋機(jī)組各機(jī)架間活套高度、活套補(bǔ)償及其延時(shí)的設(shè)定值等。PLC作為通信中樞將傳動(dòng)和遠(yuǎn)程IO的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)通過Ethernet網(wǎng)向上位機(jī)MM1人機(jī)接口傳送。另外設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，PLC系統(tǒng)必須不斷向上位機(jī)傳送各設(shè)備保護(hù)開關(guān)狀態(tài)、傳感器狀態(tài)及設(shè)備

54、運(yùn)行狀態(tài)等信息，用于上位機(jī)MM1人機(jī)接口顯示。接收遠(yuǎn)程IO站點(diǎn)的操作命令并傳送PLC系統(tǒng)的狀態(tài)。操作臺(tái)及機(jī)旁箱(遠(yuǎn)程IO)的現(xiàn)場設(shè)備操作狀態(tài)及接近開關(guān)、液壓站、稀油站狀態(tài)信號(hào)以及就近檢測的軋件溫度值等通過該網(wǎng)傳送到PLC系統(tǒng)，并通過該網(wǎng)還要將PLC系統(tǒng)其它設(shè)備的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)送到遠(yuǎn)程IO站點(diǎn)，用于信號(hào)燈的顯示及報(bào)警。向傳動(dòng)控制系統(tǒng)傳送設(shè)定參數(shù)和命令并接收傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)測參數(shù)及狀態(tài)信息。PLC作為通信的中樞將上位機(jī)的設(shè)定值傳送到傳動(dòng)控制器，例如，級聯(lián)系數(shù)初始值，張力修正系數(shù)等。同時(shí)將遠(yuǎn)程IO站的操作命令綜合后送到傳動(dòng)控制器，如軋機(jī)運(yùn)行命令、正反轉(zhuǎn)、聯(lián)動(dòng)、升降速、級聯(lián)干預(yù)、自診斷、熱金屬檢測器狀態(tài)等。反

55、過來，PLC還將接收傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)測參數(shù)，例如，實(shí)際轉(zhuǎn)速、實(shí)際電流、微張力系統(tǒng)自診斷值及活套高度實(shí)測值等，以及傳動(dòng)控制器的狀態(tài)信息，例如，準(zhǔn)備好命令、故障命令、報(bào)警命令、負(fù)荷繼電器狀態(tài)及己合閘信號(hào)等。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自診斷在編制控制軟件時(shí)，不僅要充分利用PLC各模塊的白診斷功能，還要根據(jù)工藝流程，在控制軟件中插入系統(tǒng)自診斷功能，實(shí)時(shí)判斷各傳感器的返回信號(hào)是否正確，并向上位機(jī)(MMI)、監(jiān)控機(jī)及操作臺(tái)傳送報(bào)警信號(hào)，方便系統(tǒng)維護(hù)人員檢修及操作人員的分析。實(shí)時(shí)保護(hù)現(xiàn)場設(shè)備。PLC不斷掃描各個(gè)保護(hù)開關(guān)的狀態(tài)，以及電機(jī)電流、軋制速度等數(shù)值，實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行是否正常，如高壓柜臺(tái)閘是否正常、電機(jī)的風(fēng)機(jī)或稀油的潤滑是

56、否正常、液壓系統(tǒng)是否正常、電機(jī)軸承溫度是否過高、軋制速度是否過高或過低等9。3.4 PLC系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)由于本PLC控制系統(tǒng)中的速度級聯(lián)、微張力及活套高度的控制下放到傳動(dòng)控制器中，主軋制線的PLC的控制功能得以簡化，其主要功能如下。3.4.1 軟件控制設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交換及通信主PLC通過兩個(gè)Genius通信模塊(GBC)，與現(xiàn)場控制器(VersaMax)構(gòu)成的遠(yuǎn)程IO站(操作臺(tái)及操作箱)實(shí)現(xiàn)通信，該Genius網(wǎng)采用雙網(wǎng)冗余的配置，當(dāng)A網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到B網(wǎng)，PLC軟件可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的故障代碼，讀取當(dāng)前正在運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。當(dāng)PLC讀到網(wǎng)上數(shù)據(jù)時(shí)，要完成數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，并按照操作工藝規(guī)程及邏輯將操作命令傳到傳動(dòng)控制器及MMI系統(tǒng)。同時(shí)PLC通過Profibus通信模塊(BPM)讀取傳動(dòng)控制器信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)的類型轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的格式，再通過Ethernet通信網(wǎng)傳送到MMI系統(tǒng)。起落套控制由于微張力和活套高度控制已下放到傳動(dòng)控制器中，對微張力控制部分PLC只負(fù)責(zé)采集粗、中軋機(jī)架間的熱金屬檢測器的信號(hào)、軋機(jī)的負(fù)荷繼電器信號(hào)、主操作臺(tái)的操作命令及服務(wù)器(上位機(jī))微張力調(diào)節(jié)給定值，并送到各傳動(dòng)控制器中。對活套控制的重點(diǎn)是起落套控制。根