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作者簡(jiǎn)介：張?zhí)K豫（1974-），工程師，碩士，就職于中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化，特別是熱處理、復(fù)合材料等設(shè)備自動(dòng)化及測(cè)試系統(tǒng)。
摘 要：西門子自動(dòng)化產(chǎn)品SIMATIC系列是目前市場(chǎng)上配置和功能最全的產(chǎn)品系列之一。本文涉及到鋁卷材退火生產(chǎn)線設(shè)備是新建生產(chǎn)設(shè)備，其控制系統(tǒng)應(yīng)滿足工業(yè)爐設(shè)備群控的數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的需要。我們采用西門子SIMATIC中的S7-400H、PROFIBUS、無線以太網(wǎng)、HMI產(chǎn)品、WINCC等的完美結(jié)合，并使其在該項(xiàng)目中得到了成功的應(yīng)用。本文主要介紹S7-400H及PROFIBUS、無線以太網(wǎng)、HMI產(chǎn)品、WINCC等在鋁箔退火生產(chǎn)線中的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞： S7-400H；PROFIBUS；ET200M無線以太網(wǎng)
Abstract：Automation products of Siemens SIMATIC family is one of the products with the most complete configuration and functions in the current market.This article describes a new equipment，the production line of aluminum coil annealing equipment.Its control system meets the requirements of the group control of data acquisition and on-site monitoring of industrial furnace equipments.In our project，we successfully use the Siemens SIMATIC S7-400H，PROFIBUS，wireless Ethernet，HMI products，WINCC combination，etc.together.This paper mainly introduces the S7-400H and PROFIBUS，wireless Ethernet，HMI products，WINCC annealing，such as aluminum foil production line in the specific application.
Key words：S7-400H；PROFIBUS；ET200M；wireless Ethernet
1 前言
某企業(yè)新建一條鋁箔退火生產(chǎn)線，其系統(tǒng)由26臺(tái)退火爐、2臺(tái)雙向復(fù)合料車等組成。在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造上需采用成熟的技術(shù)，穩(wěn)定可靠的儀器及設(shè)備，體現(xiàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性，同時(shí)要具有極高的穩(wěn)定性和可靠性，系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)，能夠充分保障退火爐正常工作的狀況下監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、實(shí)用性強(qiáng)、便于擴(kuò)展、測(cè)量精確可靠。綜合考慮筆者采用西門子公司SIMATIC系列產(chǎn)品中的S7-400H、PROFIBUS總線系統(tǒng)、HMI、WINCC等產(chǎn)品構(gòu)建控制系統(tǒng)。
2 方案概述
控制系統(tǒng)涵蓋退火過程的全部控制及信息傳輸，共有：退火爐控制系統(tǒng)、自動(dòng)裝出料系統(tǒng)、上位管理機(jī)系統(tǒng)、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等四個(gè)部分組成。其中退火爐控制系統(tǒng)和自動(dòng)裝出料系統(tǒng)完成裝料、出料、加熱、冷卻等退火生產(chǎn)工序以及實(shí)施設(shè)定和采集工藝、運(yùn)行參數(shù)、數(shù)據(jù)等功能。上位管理機(jī)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)各爐生產(chǎn)信息、控制信息和報(bào)警信息，并向操作人員提供工況顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢、報(bào)警維護(hù)等功能。
總體方案是基于工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)的。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及與三維復(fù)合料車通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，電氣控制系統(tǒng)采用PROFIBUS工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)作為爐群控制系統(tǒng)的核心。采用雙S7-417H CPU硬件冗余方案以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，控制系統(tǒng)的觸摸屏放在就地控制箱內(nèi)，通過PROFIBUS與西門子S7-417H主站進(jìn)行通訊。西門子S7-417H主站放在操縱間的操縱臺(tái)內(nèi)，PLC各個(gè)分系統(tǒng)子站放在靠近被控對(duì)象的就地控制箱內(nèi)，主站與各個(gè)子站通過PROFIBUS總線傳輸信號(hào)，這樣既減少了導(dǎo)線敷設(shè)的距離和工作量。又提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)測(cè)試參數(shù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，同時(shí)提高了控制系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。
3 系統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)的功能
3.1 系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)由S7-417H構(gòu)成冗余控制，由PROFIBUS構(gòu)成分布式控制結(jié)構(gòu)。每2臺(tái)爐子連入一個(gè)ET200M分布式冗余子站。輸送及其他外圍設(shè)備也連入ET200M分布式冗余控制子站。
系統(tǒng)與上位機(jī)的連接由通過交換機(jī)OSM連入CP1613以太網(wǎng)卡，上位機(jī)上運(yùn)行SIMATIC NET軟件，該軟件提供OPC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口。
同時(shí)兩臺(tái)三維復(fù)合料車的數(shù)據(jù)通過西門子無線以太網(wǎng)通過交換機(jī)與S7-417H進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，并且通過交換機(jī)與CP1613與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.2 系統(tǒng)功能描述
3.2.1 總體功能
整個(gè)控制系統(tǒng)分為上、下位機(jī)兩部分。上位機(jī)用WINCC進(jìn)行軟件組態(tài)。上位機(jī)作為人機(jī)界面，實(shí)時(shí)接收下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，將各種溫度信號(hào)、機(jī)械傳動(dòng)信號(hào)、報(bào)警數(shù)據(jù)、閥門的狀態(tài)顯示出來。下位機(jī)主要完成溫度跟隨、裝出料系統(tǒng)控制，自動(dòng)完成進(jìn)料、出料、加熱、冷卻等退火工序以及實(shí)施工藝設(shè)定和數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行參數(shù)、數(shù)據(jù)處理等功能。
3.2.2 溫度控制系統(tǒng)
溫度控制系統(tǒng)以SIEMENS S7-300系列功能模塊為控制核心，通過安裝在ET-200M工作站上的智能控制模板控制鋁箔退火爐的溫度區(qū)，通過智能控制模板選擇PID參數(shù)、工藝曲線、設(shè)定值、目標(biāo)值、修正值。
主要功能：
·分別設(shè)定多段升降溫速率、保溫溫度及保溫時(shí)間。
·具有自適應(yīng)，控制品質(zhì)穩(wěn)定可靠，并可顯示理論值和實(shí)際值。
·具備手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。
·爐膛內(nèi)每區(qū)的溫度可進(jìn)行測(cè)量和記錄。
·根據(jù)系統(tǒng)的情況，修正熱電偶的誤差，以保證系統(tǒng)工作在同一個(gè)溫度層上，使?fàn)t溫的特性控制在最佳水平。
3.2.3 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)
采用德國(guó)西門子公司的100M工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，系統(tǒng)擴(kuò)展性能和抗干擾性能良好，網(wǎng)絡(luò)線路采用光纜，組成冗余的光纖環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)留有冗余接口。
3.2.4 監(jiān)控軟件組成
軟件采用西門子WINCC作為上位監(jiān)控軟件，以彩色圖形畫面的方式直觀地顯示生產(chǎn)線全貌；可完成參數(shù)設(shè)置、參數(shù)顯示、過程模擬、報(bào)警、報(bào)表打印等功能的中文界面；采用人機(jī)交互方式，可對(duì)應(yīng)用軟件的使用操作進(jìn)行幫助；并具備在線工藝監(jiān)控、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)支持等功能。
4 方案的優(yōu)點(diǎn)
（1）本方案采用工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)架組建控制系統(tǒng)。
（2）傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸至工作站顯示，減少了現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線敷設(shè)的工作量，同時(shí)提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
（3）控制系統(tǒng)以西門子SIMATIC程控器S7-400為控制核心，采用西門子觸摸屏作為人機(jī)界面，具有較強(qiáng)地運(yùn)算能力和極高的可靠性。
（4）由了解被試對(duì)象的人員自行開發(fā)的系統(tǒng)更貼近用戶，軟件功能更實(shí)用、靈活，用戶界面友好，易于操作和學(xué)習(xí)。
（5）由于采用了西門子無線以太網(wǎng)卡技術(shù)因此大大提高了移動(dòng)料車的工作范圍，沒有任何移動(dòng)導(dǎo)線的敷設(shè)工作量。減少了故障點(diǎn)，提高了系統(tǒng)可靠性。
（6）本方案減少了導(dǎo)線的敷設(shè)工作量，又為將來系統(tǒng)的擴(kuò)充提供了較好的靈活度，綜合考慮該方案的性價(jià)比較高，是一種比較理想的選擇。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)