西门子数控系统-模块代理商

发布时间：2023-10-26

西门子PLC以其强大的功能，优越的性能和良好的稳定性，在各行各业的生产线的控制中被广泛地使用，尤其是在轧钢领域应用得更是普遍。冷轧实验机的控制系统对控制器的精度和速度的要求都很苛刻，因为冷轧机的产品原料通常都很薄，轧制过程厚度控制的难度较大，同时还要对张力、速度进行**控制。作为实验机，不仅要控制好，同时还要对控制过程的实验数据**的测量，以便对工艺过程参数做进一步地分析和研究。
整个冷轧的机械部分包括主轧机(机架、两支撑辊和工作辊)、卷取机、减速机等。控制部分包括主传动电机、电动压下电机、左/右卷取电机、西门子直流调速器和液压缸。液压站中的五个电机和润滑站中的工艺润滑、设备润滑两个电机、加热器等。

2 系统的硬件设计
控制系统包括两部分，即控制部分和数据采集处理部分。控制部分采用西门子公司的S7-400系列PLC，并利用FM458作为高速模拟量控制器，与ET200组成ProfibusDP网，对分散的对象如操作台的控制时减少接线。使用S7-300PLC作为从站对液压站和润滑站进行控制。利用S7-400系列的443-1完成S7-400主站与人机界面计算机的通讯，人机界面计算机位于操作台上，采用西门子公司的触摸屏，软件为WinCCflexible。
主液压缸位移的测量选用德国的MTS值传感器，左/右卷机的转速测量选用雷恩增量编码器，利用FM458控制器通过FM438-1扩展板上的值和增量编码器模块读取位移和转速值，另外卷径也是通过增量编码器计算出来的。冷轧薄带钢在卷取时的张力是通过力传感器检测的。硬件配置见图1所示。

图1 控制系统硬件配

3 系统原理设计
首先慢速点动将原料带钢上卷，此时的主传动电机和卷取电机都是由S7-400站上的FM458通过6RA70直流调速器来控制的，其反馈信号如电机的速度是由FM438上的增量编码器检测，电机电流有调速器提供。构成速度闭环和电流(即转矩)闭环，同时通过力传感器检测到带钢的张力，完成力闭环控制。然后在触摸屏上输入工艺参数，如轧制的道次及相应的厚度值等。带钢的厚度控制是有MTS高精度位移传感器检测液压缸的位置，通过FM438模板上的值编码器采集信号，经过PID算法后，输出电压值到高速伺服阀，从而完成对液压缸的位置闭环控制。当轧辊需要大位移移动时，需要对压下电机的控制来完成。
轧机在工作之前，液压站要首先工作，即要将主泵和背压泵打开，冷却水泵打开，以降低油温。将加热器打开，使乳化液的温度控制在50℃左右，打开搅拌电机时乳化液温度均匀。打开工艺润滑泵和设备润滑泵。
乳化液的温度控制是有S7-315 CPU，通过8通道模拟量输入模块7KF02检测来自温度变送器的温度值，通过与设定值的比较，控制两个加热器的通和断。当实际温度与设定温度相差较大时，两个加热器都打开，当实际温度接近设定温度的一个范围内时，关掉一个加热器。当轧机工作时，S7-315还要检测乳化液出口处的压力，并将压力、温度、液压站滤油器的状态等值通过Profibus-DP网发送到S7-400主站中的DB块中，以便在HMI计算机上显示，同时将速度、电流、张力等信号保存的数据库中。

4 系统通讯设计
在控制系统中将S7-400设为主站，将S7-300设为从站，它们之间的地址映射关系见图2和图3。
●Mode:通讯模式，MS为主从方式的通讯模式。
●Partner DP Addr:DP通讯伙伴的地址。
●Partner Addr:通讯伙伴的输入/输出地址。
●Local Addr:本站的输入/输出地址(S7-300站的地址)。
●Length:连续的输入/输出地址区的长度为32个字节。
●Consistency:数据的连续性。

图2 主、从站的地址映射关系

图3 报警信号发送到主站

5 系统软件设计
冷轧实验机机组的控制软件分为两部分，一部分是轧机的逻辑控制，即由梯形图或语句表编写，另一部分是模拟量闭环控制，由CFC结构流图编写。液压站部分的软件都是由梯形图或语句表编写。
液压站部分的软件分为模拟量检测，即乳化液温度和压力，温度控制;逻辑控制。具体的子程序块及其功能如下。
(1) 模拟量检测及主从站通讯子程序:完成乳化液温度、压力的检测，温度控制，并将温度、报警信号等，发送的S7-400主站，同时主站要对从站中控制乳化液的两个阀进行控制。
(2) AGC及弯辊站逻辑控制子程序:完成对主、辅电机及其伴随阀的逻辑控制。
(3) 水泵及搅拌器的逻辑控制子程序:完成液压站的油温控制，使其温度保持在一定范围内，按工艺要求完成搅拌器电机逻辑控制，使乳化液的温度保持均匀。
(4) 工艺润滑和设备润滑站电机逻辑控制子程序
(5) 故障报警子程序:当液压站油温持续过高、滤油器堵塞、乳化液温度不工艺在要求范围内等，将产生报警信号。
(6) 公共子程序:公共子程序包括很多，如图4、图5、图6示出了数据标。度变换、数据类型转换、控制算法、数据处理等子程序。

图4 标度变换子程序

图5 温度逻辑控制子程序

图6 数据检测子程序

6 结束语
该实验轧机的控制系统采用了性能稳定稳定、抗干扰性强的西门子系列PLC，使整个设备的运行安全可靠，完全达到了设计要求，利用该设备承揽了与韩国一家公司的润滑油性能研究的科研项目。该实验机是具有自主知识产权的设备，得到了国家九八五自然科学基金的资助，在此基础上我单位又与上海宝山钢铁公司上钢一厂签定研制一台了同型号的实验轧机。该设备是冷轧科研部门不可缺少的实验手段。

SF红灯闪烁有两个原因：模块内部软件检测出外接热电阻断线，或者输入超出范围。由于上述检测是两个输入通道共用的，所以当只有一个通道外接热电
阻时，SF灯必然闪烁。解决方法是将一个100Ohm的电阻，按照与已用通道相同的接线方式连接到空的通道；或者将已经接好的那一路热电阻的所有引线，一一对应连接到空的通道上。

建立在线连接
需要在编程设备和可编程逻辑控制器之间建立一个在线连接，以用于下载S7用户程序/块、从S7可编程控制器中将块上传到编程设备，以及用于其它活动：
调试用户程序
显示和改变CPU的工作模式
显示并设置CPU的时间与日期
显示模块信息
在线和离线比较块
诊断硬件
为了建立在线连接，必须通过合适的接口(例如，多点接口(MPI))连接编程设备和可编程逻辑控制器。然后可通过项目的在线窗口或"可访问节点"窗口访问可编程控制器。
通过"可访问节点"窗口建立在线连接
这类访问能使您快速访问可编程逻辑控制器，以用于诸如测试目的。可以访问网络中所有可访问的可编程模块。如果在编程设备上没有关于可编程控制器的项目数据，请选择此方式。
使用菜单命令plc > 显示可访问节点，打开"可访问节点"窗口。在"可访问节点"窗口中，将显示网络中所有可访问的节点及其地址。
在"可访问节点"窗口中，还能显示不能用STEP 7(例如编程设备或操作面板)编程的节点。
在括号中还可显示下列附加信息：
(直接)：该节点直接连接到编程设备(编程设备或PC)。
(无源)：不能通过PROFIBUS DP对该节点进行编程和状态修改。
(等待)：不能与该节点进行通信，因为其组态与网络中其它设置不匹配。
找到直接连接的节点
附加信息"直接"不支持PROFINET节点。为了仍旧能够找到直接连接的节点，请选择PLC > 诊断/设置 > 节点闪烁测试菜单命令。
在显示的对话框中，可以设置闪烁持续时间，然后启动闪烁测试。直接连接的节点将由闪烁强制LED识别。
如果强制功能激活，就不能进行闪烁测试。
通过项目的在线窗口建立在线连接
如果在编程设备/PC上，已在项目中组态了可编程控制器，则可选用该方法。使用菜单命令视图 > 在线，打开SIMATIC管理器的在线窗口。它将显示可编程控制器上的项目数据(与此形成对比，离线窗口将显示编程设备/PC的项目数据)。在线窗口同时显示S7程序和M7程序的可编程控制器的数据。
可以使用该项目视图中的功能来访问可编程控制器。SIMATIC管理器"PLC"菜单中的某些功能可以在在线窗口中激活，但不能在离线窗口中激活。
有下列两种访问类型：
通过已组态的硬件访问
这意味着只能访问离线组态的模块。可以访问哪些在线模块取决于可编程模块组态时的MPI地址设置。
不通过已组态的硬件进行的访问
这要求存在着独立于硬件而创建的S7程序或M7程序。(即，它直接位于项目之下)。在此可以通过指定S7/M7程序对象属性中相应的MPI地址，来决定哪些在线模块可以访问。
在线窗口的访问组合了可编程控制系统的数据和编程设备的相关数据。例如，如果在线打开项目下的S7块，显示的内容由以下部分构成：
来自S7可编程控制器中CPU的块的代码段
注释和符号，来自编程设备的数据库(假如它们是离线存在的)。当直接从连接着的CPU上，不存在项目结构的状态下打开块时，它们将以CPU中的存在状态显示，即不带符号和注释。
在多重项目中在线访问PLC
使用所分配的PG/PC进行跨项目访问
用于对象"PG/PC"和"SIMATIC PC站"的"分配PG/PC"功能也可以用于多重项目。
可以在多重项目的任意项目中为在线访问指定目标模块。该过程与只使用一个项目进行工作时的过程相同。
要求
用于在线访问PLC的PG/PC或PC站必须已经在多重项目中的任意一个项目中进行了分配。
注意：当打开对应的项目时，所分配的PG/PC或PC站将用黄色高亮显示。
只有在已经正确分配了打开项目的PG时，PG/PC的分配才可见。
跨项目子网已合并。
已经编译了多重项目的所有项目，且组态数据也已下载到参与站；例如，用于给所有参与模块提供路由信息，以在PG/PC和目标模块之间建立连接。
目标模块可以通过网络进行访问。
使用分布式项目进行工作时可能遇到的问题
如果项目的分配发生改变，且项目不是在创建该项目的PG/PC上打开，则PG/PC分配不可见。
不过，所组态的PG/PC对象将仍然保持"已分配"状态，但具有"错误"的PG/PC。
此时，必须清除现有的分配，并重新分配PG/PC对象。这时，就可以毫无问题地在多重项目内对模块进行在线访问了。
使用分布式项目进行工作的提示
如果有一个以上的团队成员希望在他们的PG上在线访问PLC，有用的方法是，在多重项目中创建一个"PG/PC"或"SIMATIC PC站"对象，然后为PG的每个站建立一个分配。
根据是哪个PG打开了该项目，SIMATIC管理器将只用黄色箭头指示且已分配给该PG的对象。
用于访问可编程控制器的口令保护
使用口令保护，可以：
保护CPU中的用户程序，防止未授权的修改(写保护)
保护用户程序的编程技术内容(读保护)
防止将会干涉进程的在线功能
只有模块支持该功能时，才能使用口令来保护模块或MMC (例如，对于CPU 31xC)的内容。
如果要使用口令来保护模块或MMC的内容，必须在分配模块参数时，定义保护级别和设置口令，然后将修改后的参数下载到模块。
如果在CPU上启用访问保护(从STEP 7 V4.02起作为集成功能)，则应牢记下列要点：如果在启用该功能后，尝试编辑版本低于STEP 7 V4.02的CPU，则将显示消息，指示该CPU具有口令保护(例如，"未达到保护级别"，"...无法装载"，"...无法打开")。注意如果CPU被设为保护级别1，且CPU提供SFC 109 "PROTECT"，则可以使用该SFC在保护级别1和2之间切换。

如果在执行在线功能或访问MMC内容时需要口令，将会出现"请输入口令"对话框。输入正确的口令后，将获得模块的相应访问权限，其对应着参数分配时所设定的特定的保护级别。然后，就可以与受保护的模块建立在线连接，执行属于该保护级别的在线功能。
使用菜单命令PLC > 访问权限 > 设置，可以直接调用"请输入口令"对话框。这样，例如在会话开始输入一次口令，以后的在线访问就不会再询问口令了。口令将一直有效，直到关闭SIMATIC管理器或使用菜单命令PLC > 访问权限 > 取消将口令取消。

CPU参数说明测试操作/过程操作(不适用于S7-400或CPU 318-2)可以在"保护"选项卡中设置。在过程操作时，诸如程序状态或监视/修改变量这些测试功能将受到限制，以便不会超出设置的扫描周期的允许增量。也就是说，例如，在程序状态中不允许使用调用条件，以及在编程的循环中状态显示将在返回点中断。测试时使用断点和单步程序执行，因此在过程操作时不能使用测试。在测试操作时，可以毫无限制地通过编程设备/PC使用所有的测试功能，即使它们会导致扫描周期地大幅提高。保护等级可以在"保护"选项卡中设置。(注意：如果CPU被设为保护级别1，且CPU提供SFC 109 "PROTECT"，则可以使用该SFC在保护级别1和2之间切换)。根据所知的正确口令，可以进行CPU的写或读/写访问。在此选项卡中设置口令。

如果在模式选择器开关设为RUN时，尝试在M7模块上装载一个块，则打开"输入口令"对话框，并显示消息："模块<xxx>由口令提供保护"。如M7-SYS RT的版本低于V5.0的M7模块就不会出现此消息。
这种情况下，执行下面的步骤：
使用"取消"关闭对话框。
将模式选择器开关设为STOP或RUN-P。
重新启动所要求的功能。
更新窗口的内容
请注意以下事项：
由于用户操作而导致项目的在线窗口改变(例如，下载或删除块)不会在任何打开的"可访问节点"窗口中更新。
任何在"可访问节点"窗口的改变也不会在项目任何打开的在线窗口中自动改变。
要更新并行打开的窗口中的显示，必须在该窗口中手动刷新显示(使用菜单命令或功能键F5)。

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