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西門子SIMATIC系列產(chǎn)品在鋁箔退火生產(chǎn)線中的應用


作者簡介:張?zhí)K豫(1974-),工程師,碩士,就職于中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院,研究方向為工業(yè)自動化,特別是熱處理、復合材料等設(shè)備自動化及測試系統(tǒng)。

    摘  要:西門子自動化產(chǎn)品SIMATIC系列是目前市場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)應滿足工業(yè)爐設(shè)備群控的數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場監(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,并使其在該項目中得到了成功的應用。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臺退火爐、2臺雙向復合料車等組成。在控制系統(tǒng)的設(shè)計、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)的先進性,同時要具有極高的穩(wěn)定性和可靠性,系統(tǒng)抗干擾性強,能夠充分保障退火爐正常工作的狀況下監(jiān)控的實時性、準確性,系統(tǒng)操作簡單、維護方便、實用性強、便于擴展、測量精確可靠。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)、自動裝出料系統(tǒng)、上位管理機系統(tǒng)、以太網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)等四個部分組成。其中退火爐控制系統(tǒng)和自動裝出料系統(tǒng)完成裝料、出料、加熱、冷卻等退火生產(chǎn)工序以及實施設(shè)定和采集工藝、運行參數(shù)、數(shù)據(jù)等功能。上位管理機系統(tǒng)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)采集并存儲各爐生產(chǎn)信息、控制信息和報警信息,并向操作人員提供工況顯示、數(shù)據(jù)存儲查詢、報警維護等功能。

    總體方案是基于工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場總線設(shè)計的。監(jiān)控數(shù)據(jù)及與三維復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主站進行通訊。西門子S7-417H主站放在操縱間的操縱臺內(nèi),PLC各個分系統(tǒng)子站放在靠近被控對象的就地控制箱內(nèi),主站與各個子站通過PROFIBUS總線傳輸信號,這樣既減少了導線敷設(shè)的距離和工作量。又提高了整個控制系統(tǒng)的抗干擾能力,保證了系統(tǒng)測試參數(shù)的準確性和真實性,同時提高了控制系統(tǒng)的可擴充性。

    3
  系統(tǒng)構(gòu)成及實現(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臺爐子連入一個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)與上位機的連接由通過交換機OSM連入CP1613以太網(wǎng)卡,上位機上運行SIMATIC NET軟件,該軟件提供OPC實時數(shù)據(jù)接口。

    同時兩臺三維復合料車的數(shù)據(jù)通過西門子無線以太網(wǎng)通過交換機與S7-417H進行實時的數(shù)據(jù)交換,并且通過交換機與CP1613與上位機進行實時的數(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

    整個控制系統(tǒng)分為上、下位機兩部分。上位機用WINCC進行軟件組態(tài)。上位機作為人機界面,實時接收下位機傳送的數(shù)據(jù),將各種溫度信號、機械傳動信號、報警數(shù)據(jù)、閥門的狀態(tài)顯示出來。下位機主要完成溫度跟隨、裝出料系統(tǒng)控制,自動完成進料、出料、加熱、冷卻等退火工序以及實施工藝設(shè)定和數(shù)據(jù)采集、運行參數(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、保溫溫度及保溫時間。

    ·具有自適應,控制品質(zhì)穩(wěn)定可靠,并可顯示理論值和實際值。

    ·具備手動/自動調(diào)節(jié)功能。

    ·爐膛內(nèi)每區(qū)的溫度可進行測量和記錄。

    ·根據(jù)系統(tǒng)的情況,修正熱電偶的誤差,以保證系統(tǒng)工作在同一個溫度層上,使爐溫的特性控制在最佳水平。

     3.2.3  網(wǎng)絡特點

    采用德國西門子公司的100M工業(yè)以太網(wǎng)絡技術(shù),系統(tǒng)擴展性能和抗干擾性能良好,網(wǎng)絡線路采用光纜,組成冗余的光纖環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡交換機留有冗余接口。

    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、報警、報表打印等功能的中文界面;采用人機交互方式,可對應用軟件的使用操作進行幫助;并具備在線工藝監(jiān)控、遠程通訊技術(shù)支持等功能。

    4
  方案的優(yōu)點

    (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)場導線敷設(shè)的工作量,同時提高了系統(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界面,具有較強地運算能力和極高的可靠性。

    (4)由了解被試對象的人員自行開發(fā)的系統(tǒng)更貼近用戶,軟件功能更實用、靈活,用戶界面友好,易于操作和學習。
    (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料車的工作范圍,沒有任何移動導線的敷設(shè)工作量。減少了故障點,提高了系統(tǒng)可靠性。

    (6)本方案減少了導線的敷設(shè)工作量,又為將來系統(tǒng)的擴充提供了較好的靈活度,綜合考慮該方案的性價比較高,是一種比較理想的選擇。


                                                     ——轉(zhuǎn)自《自動化博覽》

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