可逆冷轧机PLC-300监控系统应用设计.doc

本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机PLC-300监控系统应用设计 可逆冷轧机PLC-300监控系统应用设计摘要随着工业的发展，对冷轧板带生产也提出了更高的要求，进一步促进了冷轧自动控制技术的发展。只有通过高水平的自动控制系统才能够获得高质量的成品带钢，保证板带生产的高效率、高效益、高质量和低功耗自动化技术一直对轧制技术的发展起着至关重要的作用。近代轧制技术的进步, 往往是引入自动控制新技术的直接结果，另一方面正是轧制技术进步对自动控制不断提出新的需求, 推进着自动化技术的进步，两者已密不可分。本课题介绍了由西门子S7-300PLC和工业PC机组成的四辊可逆冷轧系统的硬件配置和软件组成，本课题结合本校的轧钢实验室，通过监控系统的应用设计，从而对可逆冷轧机的过程控制、数据报表、报警等实施监控。本课题采用了西门子公司的工业控制组态软件WinCC，设计开发了数据采集和实时监控系统，监控界面画面直观、操作简便、故障处理和报警功能完善，大大减轻了控制操作和系统维护的工作量。同时，在监控系统中增设了控制功能，作为系统的备选控制方式，使系统具有较高的可靠性。关键词：可逆冷轧机，PLC-300，监控，WinccReversible cold-rolling mill PLC-300 supervisory system application designAbstractWith the development of industry, the production of cold-rolled plate and strip are also put forward higher requirements, which further promote the development of automatic control technology of cold-rolled. Only a high level of automatic control system will be able to access high-quality finished steel strip, the automation technology which ensure plate and strip production efficient and cost-effective, high-quality and low-power has always played a vital role in the development of rolling technology .Modern rolling technology progress, is often caused by a direct result of new technologies. On the other hand, it is just the consistent new demand to the automatic control by rolling technology progress that promote the progress of the automation technology,the two have been inseparable.This topic introduces the hardware disposition and software composition of four roller reversible cold rolling system which is composed by Simens S7-300PLC and industry PC machine , this topic unifies the steel rolling laboratory of our school, through theapplication design supervisory system , thus to monitor the reversible cold-rolling mill process control, the data report form, and reports to the police and so on. This topic uses Siemenss industry control configuration software WinCC, the design has developed the data acquisition and the real-time monitoring system, the monitoring contact surface picture is viewed directly,and operated simple, and the breakdown processes and reports function to the police is almost perfect, greatly reduced the work load of the control operation and the system maintenance .At the same time,the control function which is additionally built in the supervisory system,as the alternative control mode of the system, enables the system to have the high reliability.Key words:Reversiblecold rolling mill,PLC-300,Monitoring,WinCC目 录1绪论11.1课题研究的背景11.2国内外发展的现状及展望11.3本课题主要研究的内容及设计步骤22 监控系统功能描述与开发方案42.1监控系统功能图42.2监控系统的描述62.3监控系统开发方案73 监控系统硬件设计方案133.1上位机硬件配置设计133.2下位机硬件配置设计133.2.1 PLC模块配置设计133.2.2 6RA24系列直流调速装置144 监控系统软件组态和程序设计164.1 PLC控制系统软件设计方案164.1.1软件开发平台STEP7164.1.2 PLC控制程序设计184.2 控制系统监控软件设计194.2.1工业组态软件WinCC194.2.2监控系统功能描述20结 论21致 谢27参考文献28附录A29附录B34第30页1绪论1.1课题研究的背景随着工业的发展，对薄板质量要求越来越高，产量要求越来越大，对冷轧板带生产也提出了更高的要求，进一步促进了冷轧生产技术的发展。主要特点表现在卷重加大、轧速提高、机架数增加、快速换辊、液压装置、自动控制等几个方面。在此形势下，发达国家传统工作所面临的竟争非常激烈，利润越来越低，国外现代技术发展的最直接目的是降低成本，能够降低成本的技术就有生命力。因此，当前轧钢过程的主要动向是开发以节约能源、节省劳动力、提高产品质量为目标的自动化技术。通过广泛使用计算机，安装高精度，高响应的传感器与控制器，不断改进轧机及其传动电机的性能，加上控制理论与轧制理论的进步及其数学模型的具体完善和实施，提高自动控制技术，品质管理技术，工程管理技术的水平，才能生产出高质量、多品种的钢材制品。因此，轧钢过程的自动化，高精度化的重要性就显而易见了。在轧制速度越来越高，产品范围越来越大，质量要求越来越严格的情况下，轧机自动控制系统的功能及其检测仪表的性能，必须进一步提高和完善，才能与之相适应。比如:速度的自动控制、厚度的自动控制、张力的自动控制和板形的自动控制等。通过高水平的自动控制系统可以保证生产的高效率、高效益、高质量和低功耗。冷轧机的自动控制是一种复杂的机电工艺的综合控制系统，变量较多，参数变化快，并且彼此相互影响，相互制约，为获得高质量的成品带钢(厚度偏差5um)，必须设有相应的自动控制系统。这一系列的自动控制系统包括：带钢张力自动控制系统(ATC)，主传动的速度自动控制系统(ASC)，带钢厚度自动控制系统(AGC)等等。通过这些基本的控制系统就可以提高产量和产品的质量，改善系统的过程稳定性，减少意外事故的发生等。与此同时，随着工业生产的发展，上述的基本控制系统也将不断更新、发展和完善。 1.2国内外发展的现状及展望1、轧制自动化的现状自上世纪电机广泛用于轧钢机传动以来，自动化技术一直对轧制技术的发展起着至关重要的作用。近代轧制技术的进步，往往是引入自动控制新技术的直接结果另一方面,正是轧制技术进步对自动控制不断提出新的需求， 推进着自动化技术的进步， 两者已可分。现代轧制过程控制具有多变量、强藕合、深度非线性和快速性等特点, 控制精度要求高(冷轧带钢厚度精度达2um)，响应速度要求快(AGC液压缸控制周期要求在毫秒级内完成)。作为最为复杂的工业控制过程之一, 现代连轧机组的控制一直在引导着自动控制技术发展的潮流，1960年代将电子计算机应用于大规模工业控制的第一个成功的例子，就是对连轧机组的控制。1990年代人工智能，在轧制领域中成功应用,为轧制自动化树立了一个新的里程碑。2、轧制自动化的展望轧制自动化的发展最新成就是人工智能在轧制中的应用。专家系统、神经网络、模糊逻辑与模糊控制，已经成功地运用解决轧制力预报、厚度偏差诊断、板形板厚控制、组织性能预报、直至板坯管理、板卷运输等各类问题。智能轧制技术的不断成熟，将在更加广阔的范围内取代轧钢操作者乃至技术人员的脑力劳动，使轧制过程在智能计算机的控制之下，变得更加精确、完善和聪明。轧制自动化的发展为轧制技术的进步起到了巨大的推进作用。目前提高轧制过程的产量和改善产品质量的主要手段，仍然离不开自动控制技术的进步。努力提高轧制自动化的水平，掌握先进的自动控制技术，用信息技术发展的最新成果来改造和武装轧钢这个传统产业，是广大轧钢工作者的一项重要任务1。1.3本课题主要研究的内容及设计步骤本课题研究的主要内容是四辊可逆冷轧试验机控制系统中的核心部分，由PLC和上位机组成的计算机实时监视与控制系统的开发。需要完成控制系统软硬件的配置，电气系统的完善、布线及连接，控制思想的分析，上位机系统数据采集、监控功能，以及由上位机和PLC共同完成的系统控制功能，从而实现四辊可逆冷轧试验机的正反向轧制、单动、联动、自动、正反向冲动的控制及轧辊和左右卷曲机的线速度、电动机电流、电压、扭矩等的显示功能，同时对各种静、动态控制数据、轧制工艺参数及信息进行实时采集和记录。本课题的内容可分为一下5点：1、参数设计。2、系统的硬件配置。3、控制系统布线连接。4、数据采集和实时监控系统的开发。5、系统的控制网络和通讯任务的设计与实现。首先，确定系统要实现的功能，对控制参数及其控制过程作出详细的设计。然后根据所设定的控制参数进行控制系统的硬件设计，对上位机和PLC模块进行硬件配置。然后根据己经完成的系统原理图绘制出相应的系统布线图，并据其完成系统的布线及连接。接下来，利用SIEMENS MONITOR软件对6RA24中的控制字和状态字进行设置，选定系统需要反馈的参数及其地址，并将其导入S7-300PLC中。最后，通过STEP7软件对S7-300PLC进行编程，利用对不同的功能块的编制，实现对冷轧机正反向轧制、单动、联动、自动、正反向冲动及轧制速度的控制。同时，以WinCC软件为平台建立实时数据采集及监控系统，通过对WinCC程序的编制，实现对各种静、动态控制数据与轧制工艺参数及信息的实时采集和记录，并在监控系统中以软件的方式实现对轧机的控制。2 监控系统功能描述与开发方案2.1监控系统功能图可逆冷轧机PCL300监控系统功能可以分为以下几方面：过程控制、数据报表、运行状态监视、报警、打印、定时显示。如图2.1所示。图2. 1 监控系统功能图四棍可逆冷轧机监控系统上位机各功能描述1 过程控制过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度、PH（酸碱度或氢离子浓度）等这样一些过程变量的系统。过程控制的特点：1 连续生产过程的自动控制。2 过程控制系统由过程检测、控制仪表组成。3 被控过程是多种多样的、非电量的。4 过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制。5 过程控制方案十分丰富。6定值控制时过程控制的一种常用形式。本论文过程控制分为：1)速度控制2)厚度控制3)张力控制4)电枢电流自动控制5)励磁电流控制6)压下位置控制2 运行状态监视及控制提供了含有控制点的工艺流程图画面，将工艺流程、控制方案、报警显示、操作集中为一体，模拟现场真实情况，为操作人员提供友好的人机界面。操作人员可以及时了解到现场运行状态，并可对生产过程进行控制和调节，以保证试验、生产的安全、可靠和高效。系统具有CP/PC控制方式选择旋钮，能够在操作台控制和计算机控制两种控制方式间进行选择。计算机控制方式主要依靠WINCC软件组态在上位机监控系统中实现，该控制方式除了能够实现操作台控制方式的所有功能外，还可以直接设定各个直流电机的速度，使控制过程更加简便。3 数据报表报表设计器允许用户快速组态所监视过程的报表。WINCC报表如果是图形的，则打印成图形文件，如果是文本的，则打印成文本文件。这种方法，允许动态地将文本和图形放在同一个报表中。报表数据根据其数据源的不同，分为运行数据和组态数据。运行数据是报表和变量存档档案库中的数据，组态数据从各编辑器的组态设置中得到。每个报表都包括布局和打印作业。布局在报表设计编辑器中进行设计，它决定报表的样式和所包含的数据是什么，打印作业决定报表按什么时间表进行打印，以及打印的数据范围是什么。报表也可以打印到一个文件中去。数据查询可对生产数据的历史值进行查询，历史数据之间的时间间隔为10分钟。数据查询画面以列表的形式显示多个数据一段时间内的所有历史值。4 报警WINCC具有综合报警管理功能，可及时地将试验及生产过程的非正常和系统运行的异常情况及时通知操作员。系统实时监控各电气参数、工艺参数，一旦出现故障及时报警，报警画面显示报警记录，以帮助操作人员及早发现危机情况并能减少和避免停机，保证试验、生产过程的平稳进行。5 打印可以实现报警记录打印，对出现的报警记录情况进行打印，以保证工作人员的分析。报表打印，把当日的工作生产情况以报表的形式打印出来。屏幕打印，把报表在屏幕上打印出来。6 定时显示可对实际试验、生产数据的最近一段时间的变化趋势用曲线或表格表示出来，以使操作员对这些数据的发展变化有所了解，并可帮助操作员分析试验、生产过程的运行情况。2.2监控系统的描述结合我校实验室选用西门子S7300PLC作为控制计算机，控制6RA24系列直流调速器，以WinCC软件平台为基础的监控系统，系统中配备了用于实时测量和数据采集、分析的试验用计算机，建立了监控和数据采集(SCADA)系统，保证采集的数据更为准确。系统的工作原理：四辊可逆冷轧机轧制系统机械结构简图，如图2.2所示图2.2 四辊可逆冷轧机结构简图该轧机具有两个小直径工作辊和两个直径较大的支承辊，采用直流电机驱动，轧件在两工作辊间往复轧制。它集中了二辊和三辊劳特轧机的优点，既降低了轧制压力，又大大增强了轧机刚性，并且生产灵活，轧制的产品范围广，故适用于轧制各种尺寸规格的中厚板，尤其是轧制宽度较宽，精度和板形要求较严格的中厚板，更离不开它。2.3监控系统开发方案监控系统构成：四辊可逆冷轧试验机控制系统的组成如图。该系统以PLC为主站，通过PROFIBUS-DP总线对三个从站6RA24进行控制，实现对左右卷取电机和轧制电机的控制，其测试参数(速度、电流、电压)可通过6RA24经PROFIBUS总线传递给监控设备。S7-300 PLC完成所有逻辑控制、轧机运行速度控制、卷取张力控制、轧机运行状态和数据指示等功能。工业PC为监控/编程计算机，在工业PC上实现对PLC的程序编制和调试，并可以通过WinCC监控软件包实现对轧制过程数据的实时监控，主传动、卷取、点动压下均由6RA24直流调速器控制。图2.3 轧机控制系统配置过程控制分为：1速度控制：在电力拖动控制系统中，可以通过如下三种方法达到调速的目的：(1)改变串入电枢回路中的电阻(2)改变加于电枢回路的端电压(3)改变励磁电流来改变磁通在此三种调速方法中，改变电枢电压调速的方法具有很多优点，应用比较广泛，所以采用该种调速方法。采用该方法调速时，电动机的机械特性曲线只是平行得上下移动而不改变其斜率，因此调速时，电动机机械性的硬度不变，如图2.4所示。而且当端电压连续变化时，转速的变化也是连续的，可以实现无极调速。本系统正是采用改变加于电枢回路的端电压的方法来调节三台直流电机速度的2。图2.4 改变电枢电压调速系统中加速和减速的斜率也由操作者设定。在加减速的初始瞬间和到达目标值瞬间系统自动根据设定参数减少给定斜率，以保证系统的稳定运行。系统还根据轧制速度的变化对左右卷曲机提供补偿信号，使主轧机的速度变化和左右张力变化协调，减少张力波动，提高轧制精度。2 张力控制：为了提高轧制精度，需减少板材张力的波动。若有张力有波动，不仅直接影响板材的变形，还间接影响轧辊的变形。轧辊变形又直接影响板材厚度的控制。因此，在启动、自动、加速、减速及稳态轧制等过程中，必须保持张力恒定。张力控制有两种方式，一是直接张力调节，采用张力传感器检测张力并进行反馈控制，另一种是间接张力调节。在图2.5中，在卷绕过程中，对卷径的变化和加减速的变化进行计算和补偿，使轧制张力稳定。在卷取机未卷钢或在点动状态下，开关K断开，系统不进行张力控制，这时系统处于速度调节状态。T为速度给定，通过速度调节器ASR和电流调节器ACR形成双闭环调速系统。卷取机上钢带后，由负荷传感器感知，开关K闭合，系统进行张力控制。控制系统输出两路控制信号，一路输出控制电枢可控硅控制装置，调节电枢电流；另一路输出控制励磁可控硅控制装置，调节励磁电流。图2.5 张力控制系统框图3 电枢电流自动控制设计：电枢电流自动控制包括张力电流给定、电流负反馈和动态补偿等环节。系统可根据张力电流给定和检测到的实际张力电流进行PID控制，自动调节SCR的整流电压，使主回路电枢电流恒定。4 压下位置控制：位置控制是轧机自动控制中比较重要的控制项目之一，精确的位置控制是顺序轧制的保证。压下位置控制系统在压下位置控制过程中，压下位置的设定值可以在操作台上人工设定，也可以通过过程计算机来设定。压下位置的实际值可以通过位置检测环节将位置信号反馈到计算机中，计算机周期性地根据位置设定值与当时的实际位置进行计算。计算出为了能最快速地把被控制的压下螺丝移动到指定位置所应该施加给电动机的控制信号，然后将此控制信号通过模拟量输出模板向调速装置输出，模出信号一直保持到下一个周期有信号输出为止。压下位置控制的程序流程图如图2.6所示。 图2.6 压下位置控制流程图5 厚度控制：自动控制是在人工控制的基础上发展起来的。由于轧制速度的提高以及对带钢厚度公差的要求越来越严，轧机操作人员必须求助于更高级的控制设备即采用计算机操作的自动厚度控制系统。厚度自动控制系统简称“AGC”，它可以替代人工控制的测量、计算、比较、分析、判断及实施控制的任务。“AGC”有厚度检测装置、电气控制装置和矫正厚度偏差的执行机构组成。厚度检测装置一般都用测厚仪连续测量带钢厚度，一方面把厚度偏差显示出来，另一方面把偏差信号输入控制装置中。电气控制装置是把偏差信号进行处理，并根据给定允许偏差范围来指令压下控制系统动作或改变轧制张力等工艺参数。矫正偏差的执行机构的作用是根据电气控制装置的指令，通过压下电机或电一液伺服压下系统改变轧辊的辊缝，或通过调节卷取机电枢电流改变张力的大小，从而使带钢的厚度得到矫正。目前带钢厚度控制主要有三种方法：采用改变压下位置进行控制，采用改变张力大小进行控制，采用改变压下与张力联合控制。3 监控系统硬件设计方案本系统中轧机的过程控制系统分为基础自动化级和过程计算机两级。过程计算机级即上位机采用研详工业计算机(IPC )，完成设定计算和试验过程的实时监控;下位机即基础自动化级采用SIEMENS S7-300系列可编程控制器(PLC)。 S7-300与工控机和直流调速器之间的通讯用SIEMENS的PROFI13US-DP现场总线实现。3.1上位机硬件配置设计在轧机控制系统中，经常需要对各种工业现场的工作参数进行监控，轧机电机的输出速度、力矩、电流、电压是轧机正常工作的重要指标，因此必须对其进行实时监控，本系统上位机选用研华工控机，512内存，120G硬盘，内插西门子网卡，17寸方正彩色显示器，可以清晰地显示各种图形和文字，运行Windows2000操作系统。外接打印机，打印报表。3.2下位机硬件配置设计3.2.1 PLC模块配置设计SIMATICS7-300PLC是模块化的小型PLC系统，具有软件丰富、可靠性高、网络通讯能力强、CPU处理速度快、集成功能强，能满足中等性能要求的应用。其模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合用于扩展， 同时S7-300PLC的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，并且其具有多种不同的通讯接口，多种通讯处理器用来连接AsI接口和工业以太网总线系统、串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统、多点接口(MPI)集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7M7C7等自动控制系统3。四辊可逆冷轧机控制系统有8个模拟量输入(速度、电流、电压、扭矩等)，4个模拟量的输出(速度、电流、电压、扭矩等测量)，64点数字量输入(开关、接触器、调速器等状态检测)和64点数字量的输出(直流调速器、电动压下逻辑控制、指示灯、BCD码调速显示等)。本系统的PLC模块选择如下：一个数字量输入模块SM321 16*24V DC、一个数字量输出模块SM322 16*24V DC、一个模拟量输入模块SM334 2AI一个模拟量输出模块SM343 2AO、中央处理单元CPU315-2DP。该系统的构成框图如图3.1所示。图3.1 PLC模块组合图3.2.2 6RA24系列直流调速装置SIEMENS 6RA24系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。设计电流范围为15至1200A，并可通过并联SITOR晶闸管单元进行扩展。 还可用装置上原用来对电枢回路供电的整流器对大直流电机和同步电机的励磁绕组供电。6RA24直流调速器结构及工作方式SIEMENS 6RA24系列整流装置的特点为体积小结构紧凑。15A的整流装置可水平安装或垂直安装在开关柜的条架上，也可装于抽屉式框架中（例如6DM9005）。电枢电流30A及以上装置采用模块式结构，这种结构使每一部分都便于维护。装置的电子组件盒内可装主电子板和可能用到的附加板，并能够方便地打开和取下。外部信号的连接（开关量输入输出，模拟量输入输出，脉冲信号等）通过相互隔离的组合式端子排实现，主电子板与端子排之间的信号交换通过两根扁平电缆完成，两根2米长的屏蔽导线可作为选件选用，这样端于排可以被装到开关柜的任意位置。装置软件存放于直插式EPROM中，更换方便7。功率部分：电枢和励磁回路电枢回路为三相桥式电路：1.单象限工作装置的功率部分电路为三相全控桥。2.四象限工作装置的功率部分电路为反并联三相全控桥，工作方式为无环流。励磁回路采用单相半控桥：额定电流15600A的装置，电枢和励磁回路的功率部分为电绝缘的晶闸管模块，所以其散热器不带电。所有的接线端子都装在正面便于操作的地方。额定电流为6401200A的装置中功率部分由六个装有SITOR-元件的基本机械构件组成。这时散热器是带电的，功率部分连接在背面，如需要在前面接线有连接件。冷却：额定电流=140A的装置为自然风冷，额定电流=200A的装置为强迫风冷（风机或风机组）。串行接口：在本机上已有两个串行接口，当使用选件接口板CS51时又有其它串行接口可供使用。本机上的串行接口按RS232标准工作（插头X501)，另一个按RS485标准工作，（插头X500），另外还有一个可使RS232接口转换为RS485（插头X502)的选件（6RX12400AL01)。RS232接口用于点对点连接，RS485用于总线连接（总线最多可接31台装置）。接口的波特率可在300187500波特之间分级设定，通过串行接口进行的数据传输由微处理器监控，监控时间可以设定。串行接口可提供下列功能1.将装置参数输送到打印机。2.当出现故障以后诊断内容送至PG，PC，打印机。3.通过PC进行调试（参数设定，装入参数组的发送和存储）。闭环控制维护和诊断。为实现这些功能随装置提供了相应的软件(磁盘)。 4.通过USS-通信协议与自动化系统通信。USS一通信协议是西门子公司制订的一种通信协议，用于与任一种上位机进行数字通信。4 监控系统软件组态和程序设计4.1 PLC控制系统软件设计方案4.1.1软件开发平台STEP7SIMATIC S7采用STEP7软件，用模块化的编程方式编程，STEP7使用三种编程语言：语句表(STL)、梯形图(LAD)、功能方框图(FBD)，当系统大、较复杂时用梯形图和功能方框图更方便。STEP7编程软件预先装在编程器(如PG720、PG740DENG)或PC机(运行Windows95以上)上的标准软件包，通过STEP7用户可以进行系统配置和程序的编写、调试、在线诊断PLC的运行状态和IO通道的状态等。它提供的功能包括SIMATIC管理器、符号编辑器、硬件组态、通讯、信号功能,硬件诊断。(1)SIMATIC管理器 SIMATIC M anager管理属于一个自动化项目的所有数据，无论是为哪个可编程控制系统设计的，编辑所选数据由SIMATIC Manager自行启动。SIMATIC管理器具有下列功能:建立Project，硬件组态及参数设置，组态硬件网络，编写程序，编辑、调试程序。(2)符号编辑器使用符号编辑器可以创建和管理所有的全局符号，它具有以下功能: 为过程信号(输入了输出)、为存储和块设定符号名和注释。 分类功能。 从/向其它的Windows程序导入/导出。用这个工具生成的符号表时全局有效的，可供所有其它工具使用。因而对一个符号特性的任何变化都能自动被其它工具识别。(3)编辑语言用于S7-300和S7-400的编辑语言包括梯形逻辑、语句表和功能块图，它们是标准软件包的一个集成部分。A 梯形逻辑(LED)是STEP7编辑语言的图形表达方式。B 语句表(STL)是STEP7编辑语言的文本表发方式。C 功能块(FBD)是STEP7编辑语言的图形表达方式。(5)硬件组态使用这个功能可以为自动化项目作组态和参数赋值，具有以下功能：A 组态可编程控制器，从电子目录选择一个机架中将选中模板安排在所需要的槽上。B 组态分布式I/O与组态中央I/O一致，也支持以通道为单位的I/O。C 在黑CPU赋值参数的过程可以通过菜单的知道设置属性。D 在向模板作参数赋值过程中，所有可以设置的参数都是用对话框来设置的，没有任何设置使用DIP开关。参数赋值向模板的传送CPU启动过程中自动完成的。着意味着模板可以相互交换而无需赋值新的参数。E 功能模块(FM和通讯处理器CPS)DE 参数赋值与其模板的方法一样，也是在硬件组态工具中完成的。对每一个FM和CP都有模板指定对话框和规则（包括在FM/CP功能软件包括范围内），通过在对话框中提供有效的选项系统可以防止不正确的输入。(5)硬件诊断它提供可编程控制器状态的一个情况，这个情况中可以显示指示每个模板是否正常或有故障。A 显示关于模板的情况信息。B显示中央I/O和分布式从站的模板信息。C显示来自争端缓冲区的报文等。 S7中个程序块的功能在S7用户程序中有下列几种类型的可以使用：(1)组织块(OB)OB是操作系统和用户程序的接口，它能操作系统调用循环和中断驱动程序的执行以及可编程控制器的启动，还能够处理对错误的响应，通过对OB的编程可指定CPU的反应，另外，OB还能够决定各个程序部分执行的顺序，一个OB的执行可以因被另一个OB的调用而中断，哪个OB可以中断另一个OB由它的优先级决定，高优先级的OB可以中断低优先级的OB，其中用于主程序循环的OB优先级最高，背景OB的优先级最低。功能块(FB)FB是具有“储存功能”的块，用数据作为FB的存储器。传递给FB的参数和精态变量储存在背景块中，临时变量存在本地数据堆栈中，当FB执行结束时存在背景块中的数据不会丢失，但存在本地堆栈中的数据将丢失。FB使得对于经常使用的功能、复杂功能的编程便得容易。功能(FC)FC是“无储存区”的逻辑块，它的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC执行结束后这些数据就丢失了，要将这些数据永久存储，不能为一个FCDE局域数据分配初始值。数据块(DB)背景DB使用于存储用户数据的数据区域，当一个FB被调用时，背景DB与该块相关联，它们可以再编译过程中自动生成。共享DB是用于存储能被任何块使用的共享数据。4.1.2 PLC控制程序设计四辊可逆冷轧试机控制系统的PLC控制程序设计是整个控制系统的核心，主要是控制轧机的启停，给定电机的速度方向，调节电机的速度快慢等，它关系到整个控制系统的安全、稳定、正确运行。本系统PLC控制程序中的主要模块及其功能如下：(1)主模块(OBl)： 调用各功能模块。(2) 直流主电机模块(FC1)：实现PLC与主机直流调速器之间的DP数据接收和发送功能，包括主电机状态字、实际速度值、输出电流值、电枢电压值、进线电压值、输出转矩值等。(3) 左卷曲电机模块(FC2)：实现PLC与左卷曲机直流调速器之间的DP数据接收和发送功能，包括左卷曲电机状态字、实际速度值、输出电流值、电枢电压值、进线电压值、输出转矩值等。(4) 右卷曲电机模块(FC3)：实现PLC与右卷曲机直流调速器之间的DP数据接收和发送功能，包括右卷曲电机状态字、实际速度值、输出电流值、电枢电压值、进线电压值、输出转矩值等。(5) 主电机操作模块(FC4)：控制主电机启停及设定其正反转条件。(6) 左卷曲电机操作模块(FC5)：控制左卷曲电机启停及设定其正反转条件。(7) 右卷曲电机操作模块(FC6)：控制右卷曲电机启停及设定其正反转条件。(8) 单动模式模块(FC7)：控制主机及左右卷曲机点动状态的启停及点动方向。(9) 联动调试模式模块(FC8)：控制三台电机的联动模式运行方向，设定电机运行速度。(10) 自动模式模块(FC9)：控制三台电机自动模式运行方向，设定其速度差。4.2 控制系统监控软件设计随着计算机的发展，计算机在工业控制领域中的应用越来越广泛，由于控制现场的情况越来越复杂，安全可靠性的要求也越来越高，开发界面友好、安全可靠的监控系统软件也越来越困难。因此，国内外的DCS生产商和软件公司纷纷开发出组态软件以方便用户。组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和UO设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。目前世界上有不少专业厂商包括专业软件公司和硬件/系统厂商生产和提供各种组态软件产品，这些组态软件经过大量的测试和维护，具有很高的可靠性，使开发人员能快速地开发出高质量的监控软件。比如WonderWare公司的INTOUCH、研华公司的GENIE、西门子的WinCC等。在本系统中，我们选用了西门子公司的WinCC组态软件，其功能强大、支持多语言、开放性好，是开发工业控制自动化系统工程的有力工具。4.2.1工业组态软件WinCCWincc概述WinCC（Windows Control Center，视窗控制中心）是SIEMENS与Microsoft公司合作开发的、开放的过程可视化系统。无论是简单的工业应用，还是复杂的多客户应用领域，甚至在有若干服务器和客户机的分布控制系统中，都可以应用Wincc系统。SIMATIC WinCC(WindowsC ontorlC enter)是一个“真正开放的”HMIS CADA软件。WinCC完全支持分布式系统结构，它的设计适合于广泛的应用，有大量的通讯接口，可以连接到已存在的自动化环境中。全面的过程信息和数据处理是非常重要的，使用该软件，不管是单工作站下的简单工程项目，还是多工作站网络下的复杂工程项目，都可以快 速的配置和组态。由于它能在WINDOWS标准环境下利用WINDOWS的各种便利功能，因此，可大量地缩短开发生产过程的控制软件包的时间。 WinCC主要的功能编辑器SIMATIC WinCC具有一流的完整的编辑器，为现代工业应用提供了所需的核心功能。WinCC主要的功能编辑器有： 图形设计器(图形开发)：先进的GUI设计环境:生成用于动态过程监控的图形屏幕。所有的部件都是对象相关的，Active兼容。 全局脚本(CC函数及动作功能)：使系统设计人员根据用户需要进行项目制作以满足最终用户功能要求。包括API的核心编辑器，并访问Win32APIe。 报警存档(信息系统)：负责显示信息，并能对定义为报警或事件的过程数据值进行应答。这些信息可以存档及打印为报表。 变量存档(存档及曲线)：处理测量值，以及长期存储处理用户相关的数据和长期存档。 报表设计器(报表系统)：允许用户设计客户报表，提供多种标准的报表。也允许按照报告的时间表进行处理和打印。4.2.2监控系统功能描述本四辊可逆冷轧试验机的上位机监控系统主要实现了以下几个功能:(1)运行状态监视：操作人员可以及时了解到现场运行状态，并可对生产过程进行控制和调节，以保证试验、生产的安全、可靠和高效。(2)运行状态控制：能够在操作台控制和计算机控制两种控制方式间进行选择。(3)报警记录显示：系统实时监控各电气参数、工艺参数，一旦出现故障及时报警，报警画面显示报警记录，以帮助操作人员及早发现危机情况并能减少和避免停机，保证试验、生产过程的平稳进行。(4)实时趋势图显示：可对实际试验、生产数据的最近一段时间的变化趋势用曲线或表格表示出来，以使操作员对这些数据的发展变化有所了解，并可帮助操作员分析试验、生产过程的运行情况。(5)数据查询：可对生产数据的历史值进行查询，历史数据之间的时间间隔为10分钟。数据查询画面以列表的形式显示多个数据一段时间内的所有历史值。(6)报表功能：按试验和生产的要求，对需要记录和统计的工作参数和数据定义报表，可定义班报表、日报表、月报表和年报表。(7)打印功能：可以实现报警记录打印，报表打印和屏幕打印。本文采用西门子S7-300PLC作为控制计算机，控制SIEMENS 6RA24系列直流调速器，结合本校四辊可逆冷轧机的控制系统，以工业计算机(IPC)和WinCC软件平台为基础，实现了轧制过程的监控和数据采集。 (1)上位机监控系统实时监控各电气、工艺参数，用数字、图表、历史曲线等方式将采集到的速度、电压、电流、转矩值等数据在屏幕上动态直观显示，数据的采集及时可靠，故障处理和报警功能完善，一旦出现故障及时报警，报警画面显示报警记录，可以帮助操作员及早发现危机情况并能减少和避免停机，保证试验、生产过程的平稳进行。(2) 下位机控制系统完成对四辊可逆冷机运行模式的选择和对系统轧制运行速度、压下位置、张力、厚度的控制。本论文基本描述了可逆冷轧机PLC-300的监控的各个环节，还有不足之处，请老师多加批评指正。致 谢本文是在何学俊教授的精心指导和悉心关怀下完成的，从论文的选题到论文的完成。课题受到了何老师和同学的热心关注和支持。他们对可逆冷轧机监控究开发提出了宝贵意见，并在精神上给予了大力支持。在我即将结束对课题的研究时，整个系统已初步成型，这与支持我的老师和同学的关心是分不开的。 至此论文完成之际，谨向何老师表示由衷的感谢。感谢您对我的指导和关怀，在课题遇到困难的时候提出了宝贵的意见并给予我很多帮助。同时也非常感谢许多同学给予我的帮助和支持。最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！向在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授致以衷心的感谢！参考文献1.顶修堏.轧制过程自动化，冶金工业出版社，1985，62.赵刚，杨永立.轧制过程的计算机控制系统.冶金工业出版社.20023.廖常初.S7-300/400PLC应用技术M，北京:机械出版社，2004, 28-974.郑申白.轧制过程自动化基础Ml，北京：冶金工业出版社，2005, 15-305.黄永清.PROFIBUS现场总线在四辊可逆式冷轧机上的应用J，计算机与控制， 2002,2 6.孙一康.适用于轧钢过程的计算机控制系统J，中国工程科学，2000, 17.尚艳华.电力拖动M，北京：电子工业出版社，2002, 8-198.胡学林.可编程控制器教程M，电子工业出版社.2005,79.吴明.西门子自动化系统的设计与应用M，机械出版社，2001, 410.张桂香.电气控制与PLC应用M，北京：化学工业出版社，200111.王卫兵. PLC系统通信、扩展与网络互联技术M，机械工业出版社12.Siemens.S7-300Hardwar installment and template standard handbook Germany：Siemens AG，2001附录APLC system in rolling mill production line fault diagnosis researchFirst，PLC diagnosis steel rolling production equipment breakdown basic principle Of rolling mill equipments fault signal has division digital quantity and the simulation quantity, PLC uses the different method to carry on the diagnosis to these two kind of signal correspondence breakdown. 1. Based on digital quantity signal failure diagnosis PLC to digital quantity signal recognition when completes through its digital quantity load module. When PLC control steel rolling production equipment, digital quantity sensors and the PLC and so on equipments pressure, temperature, fluid position, traveling schedule digit and operation button input post is connected, each input post the assignment has one in the PLC data area “the position”, each “the position” in the memory is an address. Reads the PLC input position the condition value to be possible to take the character recognition quantity fault signal the basis. The diagnosis digit quantity breakdowns process, the essence is the process which compares the PLC normal input bit status value and the corresponding input positions actual condition value. If the two comparison result is consistent, this indicated that the equipment is in the normal operating mode, the localization is accurate, may carry on the real-time online diagnosis. Through PLC graph function block programming, but may also integrate the failure diagnosis the process control, serves the protection rolling mill equipments purpose. 2 、based on simul