基于西门子PLC的焊管生产线储料系统设计

1、沈阳理工大学课程设计论文摘 要随着社会发展与科学技术的进步，板材逐渐成为重要的工业原料，广泛应用于汽车、电机、化工、机械制造、造船等工业部门，它在国民经济中占有重要地位。在竞争日趋激烈的社会里，要想在同类行业中取得胜利就必须提高生产效率。因此连续生产广受企业亲睐，根据实际生产需要，对板材生产线送料控制环节提出了活套储料控制。针对板材生产线活套控制的工艺要求，设计了基于西门子PLC的焊管生产线储料系统设计，它和剪切对焊机配合，其作用是储存一定长度的钢带，为钢带焊接争取时间，可保证机组在更换钢卷时生产的连续性，避免了钢卷接头时停机现象的发生。实现了生产线连续生产时活套控制系统自动充放料，从而确保主

2、轧机连续不断的工作，系统由PLC,触摸屏，欧路直流驱动器等组成，通过PLC与欧路直流驱动器之间的通讯，实现了数字量设定转速，实时显示电动机的电流，转速等参数。关键词：自动；PLC；欧路直流驱动器；活套储料1 绪论1.1 课题研究的背景和意义随着社会发展与科学技术的进步，钢铁用户对轧机设备，钢铁产品质量、品种、性能的要求越来越高，板材轧机正朝着高速、连续、无扭、单线、组合传动、机械化、自动化方向不断迈进。进行板材自动化控制控制系统改进迫在眉睫。活套控制系统是一个多变量、强耦合系统，采用传统的高度和张力控制方式已经无法满足轧制性强的要求，利用先进的计算机技术完善活套控制系统，提高对板材生产过程的监

3、视、操作、自动化控制水平，从而提高板材的生产效率和产品质量，具有十分重要的意义。1.2 活套控制系统定义活套是保证板材连续生产线不可缺少的设备，用它储存一定数量的钢带，为生产线提供前一卷钢带尾部和后一卷钢带头部剪切对焊的时间，它和剪切对焊机配合起到确保主轧机连续工作的作用，可保证机组在更换钢卷时生产的连续性，避免了钢卷接头时停机现象的发生，能极大地提高机组的运行效率，减少因停机而产生的废管。目前，板材生产线活套控制系统多为PLC控制，通过触摸屏设定并显示转速，控制方式多为手动控制充放料，自动化程度不高，生产效率较低。为此，提出了板材生产线连续生产时活套控制系统全白动充放料的解决方案，该设备采用

4、西门子触摸屏作为控制中心，使设备操作直观、简单。1.3 国内外研究现状由于我国有自主产权的用于活套机械自动化控制的品牌产品很少，几乎所有的PID调节器、活套扫描器、智能转化模块、过程控制站都是从国外引进。因此，PID,扫描器或A/D转换板等产品专用的系统，有各自的总线标准和通讯标准及系列产品，编程软件和运行支持软件，开放性较差，致使各企业长期依赖于国外某几个厂家的产品。基于上述原因，科研人员对原控制系统进行研究，引进国外新产品进行局部改进或直接引进成套技术含量高的控制系统，促进与国际接轨。国内对活套套量不稳定、抗干扰性差、.反应速度慢等因素的研究较少用，主要注重在活套机械设备的改进、改造方面，

5、这就容易造成电器设备控制和生产工艺的脱节。目前，国内对活套的控制技术不成熟，工艺设计套量和现场套量相差较大且套量的波动较大，很容易产生拉钢和堆钢现象。到目前为止对活套控制系统在机械设备自动化、计算机控制以及套量的计算方面的研究较多，而对影响活套的工艺因素研究较少;为此对活套套量不稳定的生产工艺影响因素的研究和活套控制在工艺方面的优化是非常必要而且很迫切。自计算机进入工业领域后以及电子技术的发展，国外许多国家(如美国、前苏联、日本、西德、意大利等国家)就开始了活套计算机控制的研究及运用;此时活套的控制只是基于活套电机电流基准值计算器(CCRC)算出活套输出的电流基准值来控制活套。这种方法虽然理论

6、上可行，实际也被广泛使用;但由于要考虑多变量输入输出之间的耦合因素，只是按照被控变量与操作变量单一结合构成两个单回路控制系统，因此不能完全满足轧制生产过程对控制系统的要求。到八十年代随计算机计算能力的提高以及数字控制技术的发展，日本Yoshikozu Kotera Fumio Watanabed等人提出了互不相干活套控制方法(也称解藕多变量控制)。采用交叉控制器(cross-controller)作为前置补偿器，活套高度和张力被控制于互不相干的状态提高了系统的控制精度和响应时间。其性能远比传统方法好得多。在正常轧制条件下，活套支持器的位置变化减小，机架间张力变化到可忽略不计。另外随计算机硬件性

7、能的提升和神经网络的发展，美国 AEG公司据其计算机优势采用MAC计算机、德国西门子据其电子信息技术采用6RA24全数字直流传动系统中的工艺控制调节器以及智能模板IP241、瑞典的Materpiece 200/1的过程控制站来控制活套，使活套控制的稳定性、快速反应性、抗干扰性大为提高。1.4 活套的动作根据轧件在精轧机组中的轧制过程一般是按咬钢、形成连轧、建立连轧张力、稳定连轧、抛钢的顺序进行。活套控制分为三个基本阶段:起套至带钢张力形成、活套小张力连轧(高度闭环控制)、落套阶段。起套至带钢张力形成阶段主要是指带钢头部被轧辊咬入开始，一直到带钢在机架之间建立张力之前的阶段。在整个连轧过程中这段

8、时间很短，约为1秒钟左右。轧件在此阶段有以下特点:轧件在咬入阶段，轧机受到轧件冲击载荷作用会产生动态速降;由于有动态速降导致产生一定的活套量;活套起套控制要求具有快速性和软接触带钢特性。小张力连轧阶段是指钢带被轧辊完全咬入之后，并在机架之间已建立起小张力，已处于稳定连续轧制的阶段。该阶段所占的时间约为整个连轧时间的9596以上。此阶段活套辊的摆角，在活套高度调节器的作用下，使其在所规定的工作角度范围内波动。作用于钢带上的张力围绕给定的张力值，也做相应的微量波动。活套工作过程中张力大小、张力波动，都会直接影响轧制状态稳定性、影响轧制力大小，进而影响带钢厚度。从活套辊、活套臂的结构和运动轨迹来看，

9、活套辊直接连轧过程中的钢带接触，且是绷紧带钢使之产生并保持恒定小张力，使活套的动作具有一定的独特性。在这个阶段活套要进行张力控制和高度控制。活套张力控制过程中，活套液压缸提供的力矩使活套辊紧贴在带钢的下表面，将活套辊绷紧带钢使之产生设定的张力。活套辊本身是自由辊，随带钢的前进而转动并起着传递张力的作用。在带钢正常连轧过程中，钢带长度(套量)的变化是活套辊上下摆动的根源，活套的上下摆动传递给活套液压缸，使之产生扩充或收缩。因此在热连轧过程中，活套辊是主动方，活套液压缸是被动动作的。落套阶段是指活套从接收到来自于跟踪的落套命令到活套下落到零位这一阶段。在这一阶段，为了避免带钢发生甩尾和减轻活套下落

10、造成的机械冲击，该系统采用软着陆控制策略。一般热连轧机采用带钢尾部达到前一个机架就发出落套命令的方式实现提前落套控制，或采用小套量轧制来实现落套控制。小套量轧制即带钢进入尾部轧制时，将活套设定角度从正常轧制设定角度修改为小套量轧制角度，然后在系统在接到在前架抛钢信号时候发出落套指令，活套从小套量轧制角度落套到机械零位角，而不是从设定角度落套到机械零位角，从而减小了带钢失张的长度，减小了甩尾的可能性。 2 可编程控制器控制系统2.1 PLC的定义可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PLC,是一种新型控制器，它以微处理器为核心，综合了计算机技术、控制技

11、术、通信技术等高新技术，是一种近年来发展极为迅速、应用极为广泛的工业控制装置。国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输

12、入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.2 PLC的基本结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机相同如图所示：编程器编程器输入电路输出电路输入电路输出电路中央处理单元中央处理单元（CPU）用户程序存储器器电源系统程序存储器用户程序存储器器电源系统程序存储器图2.1 PLC结构图2.2.1 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、

13、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。2.2.2 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。系统程序存储器用来存放PLC厂家编写的系统程序，并固化在PROM或者EPROM存储器中，用户不可以访问和修改。 存放应用软

14、件的存储器称为用户程序存储器。用户程序存储器可分为三个部分：用户程序区、数据区、系统区。用户程序区可用于存放用户经编程器输入的应用程序。为了调试和修改方便，总是先把用户程序放在随机读写存储器RAM中，经过运行考核，修改完善，达到设计要求后，再把它固化到EPROM中，代替RAM使用。2.2.3 输入、输出单元输入、输出单元式可编程控制器的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。所有的输入、输出单元都带有光耦合电路，其目的是把PLC与外部电路隔离开来，以提高PLC的抗干扰能力。为了滤除信号的噪声和便于PLC内部信号的处理，输入单元还有滤波、电平转换、信号锁存电路；输出单元也有输

15、出锁存器、显示、电平转换、功率放大电路。2.2.4 编程器编程器是PLC的重要外部设备。它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。编程器有简易型和智能型两类。简单型编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转换为语句表格式才能送入。智能编程器又称图形编程器，它可以联机，也可以脱机编程，具有LCD活CRT图形显示功能，可直接输入梯形图和通过屏幕对话。2.2.3 电源PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将PLC 直接连

16、接到交流电网上去。PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。2.3 可编程序控制器的工作原理PLC采用循环（巡回）扫描工作方式，而大、中型PLC还增加了中断工作方式。循环扫描即可按固定顺序，也可按用户程序所规定一级顺序（高级和低级顺序）或可变顺序等进行。因为有的用户程序不需要每扫描一次执行一次，也为的是在控制系统需要处理的I/O点数较多时，通过不同的模块组合的安排，采用分时分批扫描执行的办法，可缩短循环扫描周期和控制的实时性。2用户将用户程序设计、调试后，用编程器键入PLC的存储器中，并将现场的输入信号和被驱动的执行元件相应地接在输入模板的输入

17、端和输出模板的输出端上，然后用PLC的控制开关使其处于运行工作方式，PLC就以循环扫描的工作方式进行工作。在输入信号、用户程序的控制上，产生相应的输出信号，完成预期的控制任务。PLC的典型的循环顺序扫描运作过程如图2.2所示。开始开始自诊断自诊断有故障否？Y有故障否？N停机N与编程器进行信息交换出错显示与编程器进行信息交换是否有网络N是否有网络Y与网络进行信息交换与网络进行信息交换采集现场信息采集现场信息执行用户程序执行用户程序输出服务输出服务超时？NY超时？停机 出错显示图2.2 PLC循环顺序扫描工作流程图2.4 可编程控制器的的特点（1） 可靠性高、抗干扰能力强（2） 丰富的I/O模块（

18、3） 采用模块化结构（4） 编程简单易学（5） 安装简单，维修方便2.5 现场总线的定义从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，

19、容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场的总线，简称现场总线。2.6 现场总线的特点现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：(1) 布线简单(2) 开

20、放性(3) 实时性(4) 可靠性2.7 现场总线技术展望与发展趋势发展现场总线技术已成为工业自动化领域广为关注的焦点课题，国际上现场总线的研究、开发、使监控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程。自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。现在网络技术日新月异，发展十分迅猛，一些具有重大影响的网络新技术必将进一步融合到现场总线技术之中，这些具有发展前景的现场总线技术有：智能仪表与网络设备开发的软硬件技术；组态技术，网络管理技术；人机接口，软件技术；现场总线系统集成技术。现场总线技术的兴起，开辟了工厂底层网络的新天地。它将促进企业网络的快速发展，为

21、企业带来新的效益，因而会得到广泛的应用，并推进自动化相关行业的发展。3 活套控制系统方案设计3.1 活套控制系统工艺本文所述焊管生产线储料系统的活套为定圈式活套，活套中储料圈数固定。当换卷、开卷、剪切对焊停止向活套内供料时，活套中靠在外笼的钢带逐圈向内笼靠紧，保证连续出料。当钢带剪切对焊完成后则以轧机速度的13倍向活套内充料，促使靠近内笼的钢带以白然扩张的趋势逐圈靠向外笼，直到全部靠向外笼，达到料满。这时，再让充料速度与出料速度相等，按此周期循环活套可以保证不停地向轧机供料。活套进料口及出料口安装测速辊，利用西门了高速计数器，可以测量进料长度、出料长度、进料速度、出料速度，进料口测速辊实物照片

22、如图所示。图3.1 进料口测速辊实物照片操作过程包括进料操作、出料操作、同步操作和快速充料操作。进料操作即先把钢带引入夹送辊夹紧，夹送电机点动，把带卷慢慢引入大盘外圈，充入1圈后把带头点焊到钢带上，这时夹送电机与大盘电机联动，速度稍慢，充入6到7圈钢带后，夹送辊暂停工作，仅靠大盘单动就可拉动钢带，速度稍快，充入所需的钢带圈数。出料操作即当大盘外圈所需的钢带圈数充满后，打开点焊的带头，利用二次夹送和吊车配合把钢带送出，轧机便可拉动钢带。同步操作即活套可以同步于生产线的速度进行出料，直到开卷处带卷拉完，此时活套停止工作，开卷机和剪切对焊工作，活套外圈钢带向内圈移动。快速充料操作即当开卷机和剪切对焊

23、工作完毕，便可高速充料，充料速度尽量快，这时活套内圈钢带向外圈移动，活套储料工作状态如图所示。图3.2 活套储料工作状态3.2 活套控制系统工作原理在实际过程中，活套支持器具有以下功能:快速吸收因动态速降而产生的活套量;吸收由于辊缝和轧制速度的波动而带来的活套变化量;给予带钢一定的张力;用于改变上游机架的速度，使得两机架之间保持一定的活套量，所以活套支持器的自动控制应完成两方面的任务:第一方面，活套支持器的摆角控制，其目的是吸收由钢带的速度偏差而引起的活套量;第二方面，张力的自动控制，其目的是保持作用于钢带上的张力恒定。活套摆角的自动控制活套支持器摆角的自动控制系统是以某一设定角度为目标值，通

24、过各机架的速度来控制话套摆角，以保证张力的恒定。由于是通过各机架的速度来控制活套的角度，因此活套也成为各机架之间金属秒流量不相等的检测器。于是通过活套角度控制系统便可以实现各机架的金属秒流量保持恒定，使得各机架当钢带在加速或减速时能保持同步。还可以对各机架之间的速度控制的微小偏差进行一定的修正。它主要由活套支持器摆角基准设定环节、摆角检测环节、活套调节器和控制对象构成。53.3 活套控制系统主电路设计根据活套控制系统的工艺要求，主电路中可以使用两台直流电机，两台直流电机执行不同的生产任务，其中一台电机带动夹送辊转动，另外一台带动储大盘转动。两台电机均采用欧路直流驱动器驱动，相互配合作业。活套的

25、出料速度始终是恒定的，夹送电机根据大盘里所存储的料的多少决定转速的大小，从而为进料时焊接工作留出时间，保证生产的连续进行。活套控制系统的主电路如图3.3所示。图3.3 活套控制系统主电路3.4 PLC外围电路设计由于带动大盘和夹送辊的电机均采用了直流电机，并且采用的是欧路直流驱动器，所以可以通过西门子PLC的模拟量输出信号，然后送到直流驱动器，从而控制两台直流电机的转速，现场实际数据传送到PLC以后，PLC根据现场得到的数据运算并输出控制信号，使电机自动调节转速。基于PLC与PC机通讯的双向性，可以把数据输出到控制界面上。手动操作以及参数设定时，可以通过操作界面向PLC输入数据，从而使PLC满

26、足不同的生产要求，PLC控制器 I/O端口分配表如下。7表3.1 I/O端口分配表I/O端口功能说明I/O端口功能说明M0.0大盘时间状态I0.1大盘停MO.1大盘反时间状态I0.2夹送起M0.2夹送时间起I0.3夹送停M0.3夹送反时间器I0.4联动按钮M0.5屏运行I1.0料空报警M1.0大盘正状态I1.1料满报警M1.1大盘反状态I1.3剪焊工作M1.2夹送正状态I1.4剪焊慢行M1.3夹送反状态I124.7急停按钮M2.1点动运行I125.2大盘正M2.4欧路报警I125.3大盘反M2.5总报警I125.4夹送正启动M3.0屏手动I125.5夹送反M3.1点动确认Q124.5夹送正输出

27、M3.2手动状态位Q124.6大盘正导向M3.4屏上单动大盘Q124.7料空送轧机M3.6屏单动夹送Q125.2夹送反输出M4.0屏自动Q125.3大盘导向反I0.0大盘起Q125.4急停图3.4 PLC外围电气接线图4 下位机硬件组态和程序设计4.1 S7-300基本结构 S7-300系列PLC采用紧凑、无槽位限制的模块结构，电源模块（PS）、CPU模块、信号模块（SM）、功能模块（FM）、接口模块（IM）和通信处理器（CP）都安装在导轨上，用背板总线将除电源模块以外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上，模块通过U形总线连接器相连，每个模块都有一个总线连接器，总线连接器插在各个模块的背后

28、。安装时先将总线连接器插在CPU模块上，固定在导轨上后依次装入各模块。品种繁多的模块能满足各种领域的自动控制任务，用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块，维修时更换模块也很方便。S7-300的电源模块通过电源连接器或者导线与CPU模块相连，为CPU模块提供DC 24V电源。PS307电源模块还有一些端子可以为信号模块提供DC24V电源。每个机架上安装的信号模块、功能模块和通信处理器除了不能超过八块外，还受到背板总线DC5V供电电流的限制。0号机架的DC5V电源由CPU模块产生，其额定电流值与CPU的型号有关4.2 STEP7-300程序设计思路活套的工作状态分为自动运行和手动运行状态。手动运

29、行时，操作员可以通过WinCC操作界面或者通过PLC的I/O端口输入控制信息，如夹送电机的转速和大盘的转速，手动操作的时候有很多局限，操作员必须时时注意活套大盘里面的储料情况，根据大盘里储料的多少，设置不同的转速。活套自动运行状态可以有限的摆脱这种缺陷，系统可以根据大盘里钢带的多少，自动调节电机的转速。在基于西门子S7-300PLC的活套控制系统软件设计中，系统进入自动运行后，首先判断大盘中料的状态，满料时系统进入同步运行状态，此时进料速度等于出料速度，夹送电机线速度等于轧机进料速度，轧机可以正常工作。若大盘中料未满，首先判断剪切焊是否完成，如果剪切对焊完成再判断大盘中储料的多少，于是这里便有

30、两种可能:第一种为储料少但不为空，当大盘中储料的长度小于设定的某一值时，此时进入大盘快速进料状态，夹送电机快速转动，进料速度为出料速度的2 3倍；第二种可能为大盘中料的长度大于设定值时，活套进入慢速充料，进料速度是出料速度的1 2倍。当充料到达一定长度时，判断长度是否达到满料值；如果达到满料值，活套与轧机同步运行；否则返回上一级料再继续判断。剪切对焊如果没有完成，轧机继续工作，如果出现无料时，系统报警停机。4.3.1 活套储料长度及圈数最大值计算在整个活套控制系统中，活套自动运行时是根据大盘里储料的多少，调节电机转速，以及根据储料长度判断是否发出报警而停机。因此，大盘内储料圈数和长度的计算至关

31、重要，下面列出了大盘储料长度的计算公式。10活套充满料时，料在最外圈，料长 （4.1）式中: 表示活套充满料时的料长 R 表示活套外笼半径； 表示活套的储料圈数； 表示钢带厚度。活套中料在最内圈时料长 （4.2）式中: 一活套中料在最内圈时的料长， 一活套内笼半径。活套中储料总长度 （4.3）将式(1),式(2)带入式(3)得 =- （4.4） =求极大值， （4.5）则可以求得4.3.2 活套控制系统程序设计流程图板材生产线活套自动运行流程如图4.2所示。自动运行自动运行Y料是否满Y料是否满剪切对焊是否完成N剪切对焊是否完成N料无否N料无否YY料长临界值料长临界值YYY慢速充料以2至3倍轧机

32、速度快速充料慢速充料以2至3倍轧机速度快速充料YYYY料无报警轧机停止YYYY料无报警轧机停止料长料满值YY手动运行同步运行手动运行同步运行计算料长计算料长图4.2 活套自动运行流程图在基于S7- 300 PLC控制的板材生产线活套控制系统软件设计中，对夹送电机和大盘电机转速设定和读取非常重要。下面以夹送电机转速设定和读取为例说明。夹送电机转速设定梯形图如图4.3所示，图中I125.0为PLC开关量输入端口，当其闭合时，可以通过触摸屏上的按钮增加夹送电机转速，M4.3为触摸屏上点加夹送按钮，M4.4为触摸屏上的点减夹送按钮，M2.5为总报警，DB10. DBD24为驱动夹送电机的直流调速装置转

33、速的写入地址。夹送电机设定转速时，需要注意在调速装置中设定的数值10 000对应直流电机的额定转速，例如写入DB1. DBW 52的数值为5000则电机按照额定转速的50%运转。图4.3 夹送电机转速设定梯形图夹送电机转速读取梯形图如图4.4所示，PIW256为驱动夹送电机的直流调速装置转速的读取地址，当需要读取夹送电机的转速时，需要把从PIW256中读取的数值进行整数MW 168到双整数MW170的转换，再把双整数MD170转换为浮点数MD174， MD174乘以15000并将得到的结果送到MD178，这样MD178再除以10000即得到实际转速，然后将结果送到DB12.DBD12。图4.4

34、 夹送电机转速读取梯形图STEP-7是用于西门子可编程控制器组态和编程的标准软件包，适用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WINAC，是供他们编程、监控和参数设置的标准工具。4.2 S7-300编程4.2.1 创建新项目安装好STEP7后，双击桌面上的STEP7的快捷图标，在标题为“STEP7 Wiard:New Project”的窗口及随后出现的窗口中分别选择或者输入CPU模块的型号，项目所需的组织块，编程语言和项目地址，如下图所示。图4.5创建新项目完成上述步骤后即可进入的新创项目“S7_Project1”的SIMATIC管理器窗口。如图4.6所示。图4.6 SIMATIC管理

35、器窗口4.2.2 硬件组态硬件组态的任务就是在STEP7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，如生成网络、网络中各个站的机架和模块，以及设计各硬件组成部分的参数，既给参数赋值。所有模块的参数都是用编程软件来设置的，完全取消了过去用来设置参数的DIP开关。硬件组态确定了PLC的输入/输出变量的地址，为设计用户程序打下了基础。PLC在启动时将STEP7中生成的硬件设置与实际的硬件配置进行比较，如果二者不符，将产生错误报告。在图4.6所示的窗口中双击右侧窗口中的“Hardware”图标，进入“HW Config”窗口，硬件组态窗口自动生成机架，然后按照需要在右边的硬件目录里选择硬件放到对应的插槽

36、内，如图4.7所示。图4.7 生成机架4.2.3 程序设计STEP7-300将用户编写的程序放置在逻辑块中，当一个项目成功建立并打开以后，就可以进行逻辑块的添加和编辑了，选中SIMATIC管理器中左侧窗口中的“Blocks”，在右侧窗口中就会显示当前项目中已经存在的模块，如需再增加其他模块，可以执行菜单命令“Insert”下的“S7 Block”来增加所需的模块，如图4.8所示。图4.8 添加模块界面选定模块以后便可以进行程序编写，图4.9右上部的窗口是变量声明表左边窗口时指令的分类目录，在左边的分类目录里找到需要添加的指令，用鼠标双击它，就可以将它放置在梯形图内光标所在的位置。程序编写完成后

37、，并不需要单独地执行编译操作。编程软件会自动检查程序中的错误，如果指令使用错误，软件会自动以红色显示，在保存程序时会弹出对话框提示用户程序存在错误，知道将错误改正为止。图4.9 变量声明表5 活套控制系统上位机界面设计5.1 WinCC的发展及应用西门子公司的WinCC是Windows Control Conter(视窗控制中心)的简称。它集成了SCADA、组态、脚本（Script）语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统环境下使用各种通用软件的功能。WinCC继承了西门子公司的全集成自动化产品的技术先进和无缝集成的特点。西门子视窗控制中心SIMATIC WinCC(Wind

38、ows Control Conter)是HMI/SCADA软件中的后起之秀，1996年进入世界工控组态软件市场，当年就被美国Control Engineering杂志评为最佳HMI软件，以段的时间发展成第三个在世界范围内成功的SCADA系统；而在欧洲，它无可争议地成为第一。在设计思想上，SIMATIC WinCC秉承西门子公司博大精深的企业文化理念，性能最全面、技术最先进、系统最开放的HMI/SCADA软件是WinCC开发者的追求。WinCC是按世界范围内使用的系统进行设计的，因此一开始就适用于世界上各主要制造商生产的控制系统，并且通讯驱动程序的种类还在不断地增加。通过OPC的方式，WinCC

39、还可以与更多的第三方控制器进行通讯。WinCC采用标准Microsoft SQL Server2000数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，可使用经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产，是工业企业中MES和ERP系统首选的生产实时数据平台软件。作为SIMATIC全集成自动化系统的重要组成都分，WinCC确保与SIMATIC S5，S7和505系列的PLC连接的方便和通讯的高效；WinCC与STEP 7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。此外，WinCC还有对SIMATIC PLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便。12WinCC具有以下性能特

40、点：（1）创新软件技术的使用。WinCC是基于最新发展的软件技术。西门子公司与Microsoft公司的密切合作保证了用户获得不断创新的技术。（2）包括所有SCADA功能在内的客户机服务器系统。即使最基本的WinCC系统仍能够提供生成复杂可视化任务的组件和函数，生成画面、脚本、报警、趋势和报表的编辑器由最基本的wincc系统组件建立。（3）可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务。WinCC是一个模块化的自动化组件，既可以灵活地进行扩展，从简单的工程到复杂的多用户应用，又可以应用到工业和机械制造工艺的多服务器分布式系统中。（4）众多的选件和附加件扩展了基本功能。已开发的、应用范围广泛的、不同的Win

41、CC选件和附加件，均基于开放式编程接口，覆盖了不同工业分支的需求。（5）使用Mtcrosoft SQL Server 2000作为其组态数据和归档数据的存储数据库可以使用ODBC，DAO，OLEDB，WinCC OLEDB和ADO方便地访问归档数据。（6）强大的标准接口(如OLE，ActiveX和OPC)。WinCC提供了OLE，DDE ActiveX服务器和客户机等接口或控件，可以很方便地与其他应用程序交换数据。（7）使用方便的脚本语言。WinCC可编写ANSIC和Vi sualBasic脚本程序。（8）开放API编程接口可以访问WinCC的模块。所有的winCC模块都有一个开放的C编程接口

42、(CAPL)。这意味着可以在用户程序中集成WinCC的部分功能。（9）具有向导的简易(在线)组态。WinCC提供了大量的向导来简化组态工作。在调试阶段还可进行在线修改。（10）可选择语言的组态软件和在线语言切换。WinCC软件是基于多语言设计的。这意味着可以在英语、德语、法语以及其他众多的亚洲语言之间进行选择，也可以在系统运行时选择所需要的话言。（11）提供所有主要PLC系统的通讯通道。作为标准，WinCC支持所有连接SIMATC S5/S7、/505控制器的通讯通道，还包括PROFIBUS DP，DDE和OPC等非特定控制器的通讯通道。此外，更广泛的通讯通道可以由选件和附加件提。（12）与基

43、于PC的控制器SIMATIc winAc紧密接口，软/插槽式PLC和操作、监控系统在一台PC机上相结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子公司基于PC的、强大的自动化解决方案。（13）全集成自动化TIA(Totally Integrated Automation)的部件。TIA集成了西门子公司的各种产品包括WinCC。WinCC是工程控制的窗口，是TIA的中心部件。TIA意味着在组态、编程、数据存储和通讯等方面的一致性。（14）SIMATIC PCS7过程控制系统中的SCADA部件，如SIMATIC PCS7是TIA中的过程控制系统；PCS7是结合了基于控制

44、器的制造业自动化优点和基于PC的过程工业自动化优点的过程处理系统(PC5)。基于控制器的PCS7对过程可视化使用标准的SIMATIC部件。WinCC作为PC57的操作员站。（15）符合FDA 21 CFR Pant 11的要求。（16）集成到MES和ERP中。标准接口使SIMATICWinCC成为在全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，为公司管理MES(制造执行系统)和ERP(企业资源管理)提供管理数据。5.2 WinCC监控组态与程序设计5.2.1 创建新项目1、启动WinCC启动WinCC,单击“开始”SIMATICWinCCWindows Co

45、ntrol Center 6.0菜单项。2、建立一个新项目建立“我的工程”项目的步骤如下：选择“单用户项目”并单击“确定”按钮。如图5.1所示图5.1 WinCC项目管理器在“新项目”对话框中输入“我的工程”作为项目名，并为项目选择一个项目路径。如有必要可以对项目路径重新命名；否则，将以项目名作为路径中的最后一层文件夹的名字。本次关闭WinCC前所打开的项目，在下一次启动WinCC是也将自动打开。如果本次关闭WinCC前项目是激活的，则下一次启动WinCC也是将自动激活所打开的项目。5.2.2 组态项目WinCC变量标签是可设地址的变量，对应内部或外部过程数据。简单地说，变量标签就是WinCC

46、与过程通讯所要监视的对象。1、配置PLC驱动为了与外部设备进行通讯，必须组态用于该设备的通道。通道就是在设备和WinCC之间生成的逻辑接口的驱动器，要想在你的项目中加人一个新的驱动器，右击变量管理，并选择“添加新的新驱动程序”。 图5.2 添加驱动在“添加新的驱动程序”对话框中，选择一个驱动程序，例如选择SIMATIC S7 Protocol Suite.chn,并单击“打开”按钮，所选择的驱动程序将显示在变量管理的子目录下。单击所显示的驱动程序前面的“+”，将显示当前驱动程序所有可用的通道单元。通道单元可用于建立与多个自动化系统的逻辑连接。2、建立连接右击MPI通道单元，在快捷菜单中选择“新

47、驱动程序的连接”菜单项。在随后打开的“连接属性的对话框中输入PLC1作为逻辑连接名，单击“确定”按钮。图5.3 建立连接在建立过程变量前，必须先安装一个通讯驱动程序和建立一个逻辑连接。在前面已建立了一个名为PLC1的逻辑连接。单击“变量管理”SIMATIC S7 PROTOCOL SUITEPROFIBUS前面的“+”，展开各自节点，右击出现的节点PLC1，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项。建立外部变量，具体如下图所示。图5.4 建立变量3、WinCC组态界面设计所有的WinCC运行应用都集中在图形设计编辑器生成的可视界面中。它允许用户开发图形用户界面(GUI)用于当前的应用，监视过程数据，

48、浏览其它WinCC编辑器中的应用以及综合安全性。设计完好的可视界而使用户易于对过程数据，系统报警，信息和其它事件进行说明井做出响应。它还易于在屏幕画而进行切换，监视报警和事件，操作员培训的要求降低为最少。图形编辑器是用于创建画面并使其动态化的编辑器。只能为WinCC项目管理器中打开的项目启动图形编辑器。WinCC项目管理器可以用来显示当前项目中的可用画面的总览。WinCC图形编辑器所编辑图面文件的扩展名为.PDL。图5.5 图形编辑器界面在组态模式下打开编辑器的一个新的空白.PDL文件，并将其打开，根据实际组态画面的需要，在元件库中选择需要的元件拖放到打开的窗口中。WinCC图库可以从工具条或

49、下拉式菜单中打开(如图所示)。图库中提供了许多图形，符号和智能对象，这些对象供拖放到画面中进行组态。图库分为2部分：全局图库含有已做好的对象，分为几大类。项目图库，每个WinCC项目是唯一的并保存用户生成的专用对象。用户可以简单地将任何生成的专用对象拖人项目图库中，井给它一个名称。然后，该对象可在当前的项目中或传到其它的WinCC项目中多次使用。在该对象中支持所有的属性C脚本和赋值。在WinCC图库中，找到你所希望使用的对象，然后用鼠标拖到工作区即可。13图5.6 WinCC元件库根据本项目的实际需要，绘制活套控制面板的操作界面，活套控制系统主界面如图5.7所示，用来监视大盘和夹送电机的运行状

50、态、线速度和电流，显示总储料长度以及各分界面的选择。图5.7 活套控制系统操作主界面（1）主画面:用来监视料盘和夹送电机的状态，线速度和电机电流、及总储料长度，以及各画面的选择。 H-COIL STATUS: Tells what the present state the H-coil is: there are 2 states: Stop: the H-coil drives are not running.Run: 系统进入运行状态，包括手动运行和自动运行。 MODE: Indicates the sate that the H-coil is in as selected by th

51、e operator.MANUAL:显示手动状态位，在此状态下可以进行的操作有（单动大盘，单动夹送，联动操作）AUTO: 显示自动状态位,在此状态下说明活套进入自动状态。 STATE TOTAL UNITS:这部分显示活套储料总长度。图5.8 电机运行速度和电流显示 此部分显示大盘电机和夹送电机的运行线速度，和电枢电流的大小。图5.9 操画面切换区 这个部分为进入各个操作画面的总贴换按钮。AUTO:进入自动画面；MANUAL:进入手动画面，包括，联动及单动。SETUP：进入参数设置界面，此画面为自动条件的长度判断设置及自动速度的设置。MONITOR:进入运行状态的监控界面.（2）下图为联动运行

52、设置界面，用于手动充料，开启时，必须把操作台上的单动联动双相开关打到联动位置。触摸屏操作方法为，给Pinch speed变量域中输入一个线速度值，此值的限制为（0到120）M/min。然后设置Coefficient，这个比率值为大盘对夹送的线速度比率，此值的限制为（1到1.2）设置时一般在1.06左右。设置完参数，单击联动按钮，右边紫色状态栏出现联动显示，然后按运行按钮，进入联动状态。活套开始手动充料。 图5.10 单动及联动活套的手动操作界面图5.11 单动操作界面 图5.11这个部分为单动操作，操作方法为：输入一个需要的大盘线速度，范围为（1到120）M/min.下面的-，+号为单击每次加

53、减1M/min。设置完后点击 TABLE Single，再点击屏上的运行按钮。TABLE进入单动状态。PINCH Single 同TABLE Single。（3）SYSTEM AUTO 画面：用来操作活套的自动状和监视两台驱动器的故障信息及料满，料空，系统总故障，有故障时灯会变红，然后可以跳转到报警画面，显示具体报警位置。在这个画面中主要用来实现活套在剪贴对焊工作完成后进入自动充料，充料的速度由储料长度和轧机的速度来决定。快速充料时充料速度为轧机的1到3倍，同步充料时充料速度与轧机速度相同（速度可以在SUETP 画面设置），直到检测到剪贴对焊慢行信号进入爬行速度（此速度可以在 JOG的画面中设

54、置）。达到剪切位置剪切对焊给出停止信号，活套停止运行，直到剪切对焊停止工作，从新按下自动画面的运行按钮，活套从新进入自动运行。图5.12 SYSTEM AUTO画面 活套进入自动的条件：轧机正常工作（如果轧机没有工作充料只能在联动状态下进行）；剪切对焊停止工作；触摸屏上无手动操作；剪切对焊操作台上的活套停止按钮为OFF状态；（4）PARAMETER SETUP画面：用来设置自动时活套的运行速度及自动状态的判断长度和手动设置料长。图5-13 PARAMETER SETUP画面自动状态下的快速充料速度设置Fast ratio:输入的是充料速度是轧机速度的倍数。此设置为1到3倍；TABLE rati

55、o: 输入为夹送线速度与大盘线速度的匹配速度比率，设置范围为1到1.2。自动状态下的长度判断设置Over strip:为活套储料溢出值，料满报警值。Full strip:为快速充料上限判断值，不大于次值时活套为快冲状态，大于时为同步状 态。Empty strip:为储料最低下限保护值，小于次值时活套报警，停止轧机工作。（5）SYSTEM MONITOR画面：用来监控大盘电机和夹送电机的转速和电枢电流，以及测速辊测量的进料速度，出料速度。图5.14 转速和电流监视画面（6）JOG画面：顾名思义，JOG用的。图5-14 JOG画面这个部分值得注意的是设置剪焊慢行的速度域，设置范围为1%到30%，正

56、常情况下设置不宜超过8%。5.3 图形设计器生成动态对象图形用户接口(GUI)的主要目的，是用于为软件应用提供一个易于使用的操作员界而。使用图标和画面比使用文本界面对操作员的知识技巧培训要求要少得多。其结果是，这些应用对于用户来说更加容易，对于软件开发人员来说更具挑战性。在那些专门设计可视应用界而的软件开发人群中流传着一个旧格言:“程序越容易使用，开发越困难”。WinCC图形设计编辑器提供三种工具，使用户能够按Windows质量标谁开发可视应用，而不需要通常与这些功能连接所必需的内务操作。（1）直接连接该工具允许用户在一个对象事件基础上，组态从“源”到“目标”之间动态传送任何类型的数据。“直接连接”可用于组态画面切换键，读或写数据到过程变量标签中，或将数字值传给图形显示。直接连接界面是一个功能强大，事件驱动的工具