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基础自动化第一节 概述罩式退货项目自动化系统分成三级：第一级为基础自动化级，第二级为过程控制级，第三级为生产管理级。各生产机组的基础自动化系统包括电气传动和自动化仪表系统两大部分。它与生产过程控制计算机一起，形成完整统一、协调控制的自动化系统。系统中硬件配置合理，机型先进，网络结构可靠，软件丰富，具有良好的人机界面。1硬件配置各机组的可编程序控制器和工控机均为当代具有领先水平的机型，并且是基于成熟使用经验开发出来的适用于工业控制的产品。特点是：多CPU结构，多任务处理，具有RISC(Reduced Instruction-Set Computer精简指令集计算机)性能的处理器,运算速度高，存储容量大，并且具有自纠错功能。2软件功能除功能强、可靠性高的系统软件外，应用软件也很丰富。系统中广泛采用各种不同工艺要求的数学模型、控制模型、自学习、自适应模型，以满足不同工艺生产的要求，如张力控制、炉温控制、延伸率控制、物料跟踪等。机组电气自动化系统的主要功能有：钢卷小车顺序控制、带卷宽度自动测量和高度对中，拉矫、平整控制，延伸率控制，速度、张力控制，带尾自动减速和停车，自动换辊控制，机组运行联锁控制，故障收集及报警等。3网络结构采用目前世界上先进、通用、标准化语言、高速通讯的开放型网络结构，EIC三电一体化，还可以兼容其它电气厂商的产品。为了满足高速性和可靠性，自动化系统中的控制网仍然保留电气商产品的专用性4人机接口各机组基础自动化均设有与快速以太网连接的人机接口（HMI）,配置工程师站和操作站。通过HMI可对系统编程或修改，对现行设定值进行校正和再设定，显示生产过程的设定值和实际值，显示和控制各传动装置，显示辅助设施的运行状态，具有先进的、完善的故障诊断系统，对机组控制系统进行在线诊断和应急报警监视。第二节 PLC系统一PLC的工作原理（一）扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入端子输出状态寄存器输出锁存器输出端子程序执行输入状态寄存器输入锁存器读读写输入采样输出刷新程序执行扫 描 周 期1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入输入状态寄存器。输入采样结束，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，输入状态寄存器内数据也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2用户程序执行阶段在PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。此阶段输入点I/O映像区状态和数据不会发生变化，其他输出点I/O映像区或系统RAM存储区内的状态和数据随程序执行结果发生改变。前面的程序结果会对后面的程序线圈或数据状态产生影响，后面的程序结果在本扫描周期内不会影响前面的程序，而要等到下一扫描周期。3输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设，这才是PLC的实际输出。（二）硬件系统西门子PLC采用插槽式、模块化、无风扇和坚固的设计，一个PLC系统包含电源模块（PS）、中央处理单元（CPU）、信号模块（SM）、通信处理器（CP）、功能模块（FM）等，具有强大的扩展、通讯能力，可实现分布式系统。并通过PROFIBUS-DP总线与ET200、编码器以及传动相连接。西门子PLC有多种通讯方式，如MPI（多点接口），它集成在所有CPU内；可同时连接编程器和个人计算机、人机界面（HMI）系统、其他西门子PLC系统；还可通过通讯处理器连接到PROFIBUS和工业以太网，用于功能强大的点对点链接。PSCPU IMS7-400可编程序控制器机架SMDISMDOSMAISMAOCPFM电源模块PS将AC220V电源转换成DC24V电源供CPU和I/O模块使用。中央处理单元CPU是PLC的控制中枢，可以接收、存储从编程器输入的程序，当PLC投入使用时可以扫描输入装置及缓存区各数据状态，处理用户程序。西门子S7-300/400各模块后面集成有背板总线连接器，可以方便的与机架上的背板总线连接，用于寻址和传输数据，利于扩展。信号模块SM是数字量输入/输出和模拟量输入/输出的总称。当机架上槽位不够或希望部分信号模块与主机架分开（如信号模块尽量靠近现场的情况）时可以通过接口模块IM连接扩展机架（ER），并为扩展机架提供电源，必要时，还需要附加电源模块。扩展机架上面没有CPU，有CPU的主机架叫做中央机架（CR）。当不需要扩展机架时，主机架上也不需要接口模块。接口模块分为发射接口模块和接收接口模块。通信处理器CP用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备间的通信，可以将PLC接入PROFIBUS-DP、AS-i（现场传感器）和工业以太网，或用于实现点对点通信。功能模块FM包括计数器模块、闭环控制模块、温度控制器模块、称重模块、超声波位置编码器模块、电子凸轮控制器模块、高速布尔处理器模块等，对来自现场设备的信号进行控制和处理，并将信息传送给CPU。二产线PLC系统配置除罩式炉机组采用的S7-300PLC和重卷液压站采用的S7-200PLC外，产线全部采用S7-400PLC。（一）S7-400系列PLC。1中心单元带有9个或18个插槽的机架构成SIMATIC S7-400的机械框架，它有以下功能：为模板提供机械支持为模板提供电源通过背板总线将各个模板连接在一起机架设计为挂壁式，可以安装在框架内，或安装在机柜内。2中央处理单元（CPU）机组全部采用S7 416-2DP CPU，专门针对高端应用，处理速度快、通讯能力强、性能可靠稳定。前面板上有：显示状态和故障的LED二极管存储卡插槽用于选择操作模式的模式选择开关组合式MPI/DP接口IF964 DP接口模块的插槽集成式PROFIBUS-DP接口电源输入插口，给备用电池充电3通讯处理器（CP）通信处理器为CP443-1以太网接口卡和CP443-5扩展型PROFIBUS接口卡。（1）CP 443-1接口卡用于将SIMATIC S7-400连接到工业以太网10/100 Mbit/s自适应全双工连接，可自动切换可用于ITP、RJ45和AUI的全球连接带有ISO和TCP/IP 的多协议操作（2）CP 443-5扩展型接口卡S7-400到PROFIBUS的DP主站连接用于附加的PROFIBUS-DP线路通讯服务对PROFIBUS的简单编程和组态通过S7路由，在网络间进行PG/OP通讯易于集成到SIMATIC S7-400系统模板更换不需要编程设备数据记录发送（PROFIBUS-DP）4功能模块（FS）为了实现高速闭环控制和同步处理等不同工艺功能，一些SIMATIC S7-400PLC还带有功能模块，如采用FM 458实现平整机的实时精确控制，包括压下系统-SDS、轧辊弯辊系统-RBS 等。FM 458-1 DP 应用模块专为 SIMATIC S7-400 站中的高动态性能闭环控制和技术应用而设计，可以通过 CFC 或 SFC（可选）自由组态这些控制任务。而且，该模块还提供了 PROFIBUS-DP 连接，与其它静态结构和功能的功能模板相比，FM 458-1 DP 可满足各种应用的要求。FM 458-1 DP的特性：为高性能和在SIMATIC S7-400中自由组态闭环控制任务而设计可根据需要采用为：开环控制、闭环控制和运动控制包含约300 个功能块的库函数，例如AND、ADD 和OR 等以及一些复杂的GMC (General Motion Control)控制的功能块有SIMATIC CFC(连续功能图)用户友好的图形化组态软件本机带有PROFIBUS DP 接口（二）S7-300、S7-200系列PLC简介罩式炉机组采用S7-300PLC，S7-300PLC与S7-400设计结构及编程语言基本相同，两个系列的PLC只是为了适用于不同规模的自动控制。S7-300是中小型的PLC，适用于中等性能的控制要求。S7-400室中高档性能的PLC，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。各接口模块原理结构也基本相同。S7-200是一款小型的PLC，由于它并不是西门子自主研发的，所以设计结构和编程语言有所不同。S7-200系列是整体式的，CPU、I/O接口和电源都在一个模块内，称为CPU模块，另外还可以扩展接口模块。由于本身有部分接口模块，故一些小的系统由于信号少就不再需要扩展接口模块了。200系列用的编程软件是STEP7-Micro/WIN40sp6，300和400系列使用的是STEP7。机组PLC配置：项目机组型号数量柜子数量安装地点1脱脂机组S7 416-2DP2套1PLC室2罩式炉机组S7 315-2DP41套5+7PLC室3平整机组S7 416-2DPFM4582套1套1PLC室4重卷机组S7 416-2DPS7 200系列3套1套31PLC室PLC室5包装机组S7 416-2DP1套PLC室6换热站S7 416-2DP1套PLC室灰色的是不确定，没有找到第三节 SIMATIC NET（工业以太网）1交换机技术-工业以太网总线在客户/服务器应用的传输率瓶颈可以通过100Mbit/s高速口消除。在操作室和电气室的连接是用100Mbit/s光纤电缆，在操作室或电气室的电脑接受100MBit/s数据，并转换成10Mbit/s数据分布到可选用户。下列系统连接到网络中：SIMATIC 可编程逻辑控制器过程计算机系统工程师站可视化系统的客户和服务器带SINEC H1（OSI）或TCP/IP 协议的外部系统2PROFIBUS(现场总线)对于低级和中级的性能范围，PROFIBUS(过程现场总线)是强大的网络。满足EN 50170,PROFIBUS保证对其它分包商的标准设备连接的开放性。PROFIBUS是为集成自动化定制的开放的现场总线系统，它将现场设备连接到控制装置，并保证各部件间的高速通信，从分布式I/O传送信号到CPU模块只需要毫秒级的时间，大大提高了系统反应速度。为了避免各个设备同时发送数据造成数据紊乱，现场总线采用令牌访问。令牌访问可以用于环形网也可以用于总线网。总线网上各节点按预定顺序形成一个逻辑环，每个节点在逻辑环上有一个指定的逻辑地址，逻辑地址上末站的后一站是站首，即首尾相连。这样令牌在逻辑环上传输就与在环形网上传输方式一样。令牌在环上不断地传递，得到令牌的节点才有发起通信的权利，这时这个节点叫做主站，其余没有令牌的节点叫做从站，从站只允许接收报文。BAEDC令牌环的网络结构示意图如上图，当令牌从站E传给站A后，A便是主站，站B、C、D、E是从站。若主站A没有报文需要发送，便将令牌传递给站B，这时A便成了从站，B成了主站。若主站B要发送报文给站E，B站便把目的地址和要发送的数据交给本站的通讯处理器组织成帧，一旦B站得到令牌就从它的出口发出该帧且暂时保存令牌，C站从其入口接收此帧后发现地址与本站地址不符，便将令牌传递给D，D依次传递给E，站E查看地址后知道此帧是传给自己的就接收此帧并修改状态位，表示此帧已被正确接收，然后站C再把修改好的帧传到沿站A传送给站B，站B从传回的帧状态知道发送成功，从环上取消此帧，再把令牌传递给站C，这样完成了一次站点间的通信过程。对于下面的站可以用PROFIBUS 连接：主站可编程逻辑控制器工业PC 机编程单元从站远程I/O ET200 系统传动系统（主传动，整流，.）传感器和执行器带PROFIBUS 接口的外部系统技术参数：标准 欧标 EN50170，第二卷，PROFIBUS传输介质 屏蔽，双绞线电缆光纤电缆访问方式 与子站/从站令牌传送方法最大传输率 9.6-12000kbit/s，可选择传输模式 位串行最大站数目 127距离 9.6km3编程软件 PCS7SIMATIC PCS7.采用符合IEC61131-3国际标准的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及高级编程语言。现场设备库提供大量的常用的现场设备信息及功能块，可大大简化组态工作，缩短工程周期。SIMATI CPCS7具有ODBC、OLE等标准接口，并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络，从而具有很强的开放性，可以很容易地连接上位机管理系统和其它厂商的控制系统。方便的硬件组态功能硬件组态是一种图形化的组态方式，十分方便。对某一过程站而言，实际带有若干ET200远程I/O，组态画面中，就在该过程站后的PROFIBUS-DP网络线上拖放几个IM153模块形成几个ET200远程I/O接点。硬件组态中的所有模块，都可以从PCS7提供的元件库中找到相应型号、定货号的模块，将其拖放至与实际安装相对应的位置即可。硬件组态配置完成后，下载到相应的过程控制站。这样，就使得实际硬件安装模件和硬件组态相一致，从而，I/O模块上的每一点的点号地址就得以确定。PCS7 硬件组态功能示例图形化的编程模式（CFC、SFC）CFC程序组态是一种图形式的组态，方便、直观，操作简便。PCS7将许多逻辑、运算功能形成了功能块，在进行程序组态时，如需用到某种逻辑、运算功能，就可在PCS7的功能块库中找到与之相应的功能块。全线主要控制环节，如：开卷机、卷取机、张力辊、活套等控制以及带钢跟踪、全线协调、张力控制、速度控制等主要功能使用I&S标准模块。生产线设备控制采用PCS7 6.0系统进行编程，并且应用最新的模块化编程方法，易于介入，编制程序结构清晰，控制模块功能强大，可实现生产线上所有设备的控制，经过编译传送到HMI（人机界面），可提供丰富的运行诊断信息，方便维护管理。并且CFC程序中的大多参数可以在线修改，非常方便。PCS7 CFC图形化编程功能示例自动化结构简化示意图工业以太网配置项目描述数量1网络-交换机TP 10/100MB sfp Cisco WS-C6506-E 12口Cisco 3560 24口Cisco 3750 12口SAN 交换机 AM866 HP 8/8 Base(0) e-port428222Simatic S7 以太网卡CP443-1（TP）？炉区CP3416？25+14+1？3TP/FO 转换器足够多4光缆足够多5双绞铜质电缆足够多TP：双绞线FO：光纤备注：保留15%的100MBit/s传输速率的备用连接点。第四节 远程I/OPLC并不直接连接到现场单元，而是采用智能终端(远程I/O)完成连接。远程I/O和PLC之间采用现场总线连接，这是一种分散方式的配置，有方便维护、方便信号监控、减少接线点确保可靠性、节省电缆减少安装投资、减少停机时间等优点。PROFIBUS-DP接口集成在SIMATIC S7的CPU中。SIMATIC S7集的配置、参数化、编程、启动和测试都可以在一个软件包（STEP7）来实现。ET200是SIMATIC可编程逻辑控制器分布式配置的一种远程I/O系统的模块。它是基于现场总线PROFIBUS-DP或PROFINET的分布式I/O，可以与经过认证的非西门子公司生产的PROFIBUS-DP主站协同运行，可以提高工厂的可靠性和灵活性。ET200配置的分布式I/O系统可以使数字量和模拟量输入输出连接到中央控制器SIMATIC PLC。ET200也可在分布式配置中采用智能I/O模块。ET200有以下特性：ET200安装在传感器和执行器附近。中央控制器和第一个ET200站的连接是通过光纤电缆， 其它ET200站的连接是通过双绞线电缆通过图形符号可以清楚和简单的配置和修改系统在欠压和不用动信号电缆情况下，模块容易替换。（热插拔）关键码插头：总线单元和模块有一个锁键码系统，当更换模块时可以避免错误带计数器，定时器和比较器的智能模块分布式I/O位模块保护等级IP20准确通道诊断提高可靠性ET200M是一种模块化设计、方便安装于控制柜的远程I/O。与SIMATIC S7-300 I/O模块及功能模块兼容。ET200M是高密度配置的模块化I/O站，保护等级为IP20。它可用S7-300可编程序控制器的信号，功能和通讯模块扩展。由于模块的种类众多，ET200M尤其适用于复杂的自动化任务。ET200M是在PROFIBUS-DP上的被动站(从站)，最大数据传输速率为12M位/S。其远程I/O一般安装在端子箱、操作台和马达控制中。项目描述类型数量模块类型ET200SM321 16位DISM322 16DOSM323 16位DI和16位DOSM331 2位AISM332 8位AO加热罩加热控制柜 ET200 1*13 1*8炉台 ET200 1*24 1*15 SM321 16位数字输入 SM323 16位数字输入和16位数字输出 SM331 2位模拟输入 SM331 8位模拟输入公辅 SM321 16位数字输入 SM322 16位数字输出 SM331 8位模拟输入第五节 工厂控制功能描述西门子将整个应用软件划分为几个主要的功能块，每个功能块配有专门的处理器实现各自的控制功能。LCO （全线协调器）MRG （主斜坡发生器）MTR （物料跟踪)SSF （辅助和顺序功能）I&C （仪器仪表）一、全线协调器(LCO)全线协调控制功能(LCO) 是每一段(入口段, 工艺段 和出口段)的主要功能。他提供不同的操作模式来控制全厂的运行并确保每个工作能正确执行且协调一致。在不同的操作模式下，设定值的发放以及全线的操作是由不同的部分完成的，可以是工艺计算机（L2）、HMI系统（L1）也可以是本地操作箱。LCO是全线的主控功能，为了完成控制功能他还需要调用其他的一些子功能块。他还要协调所有的工艺和带钢的移动并对设定值、位置、控制、剪切参数进行初始化。此外，LCO还包括大量的监视和诊断功能。一旦LCO功能不能启动或误动作，会显示出问题产生的位置以及原因等详细的诊断信息，这样可以确保操作工能尽快的解决问题，恢复生产。1LCO 功能描述操作模式的协调（运行、停止、保持)与带钢传送有关的传动的逻辑互锁及切换( 开/关, 点动)根据操作工或带钢跟踪信号对MRG（主斜坡发生器）进行控制对所有的压辊, 传带辊、直头机等的控制带钢移动控制, 如从开卷机到剪子，再到焊机初始化并监视带钢位置控制点动操作和其他PLC 及上位机的通信和操作室及HMI 系统的通信在出现故障时对全线的监视诊断2操作模式运行停车保持穿带快速停车紧急停车成组点动单独点动维护模式二、主斜坡发生器(MRG)MRG(主斜坡发生器)主要协调LCO与带钢传送的传动，且由LCO控制。MRG计算所有传动的速度和加减速速率的设定值。设定值在不同的操作模式下是不同的。传动是成组控制的，MRG最多可以控制3组，各自有自己的斜坡。MRG-start-up斜坡是一个S型的，在启动和结束时比较平滑。确保平滑的过渡过程，特别在张力控制中大大提高了控制效果。加速度作为传动的预控制在传动中完成。这样减轻了速度控制器的负担，大大提高了动态响应。MRG包括了带钢移动所需的所有功能 ：全厂速度和加速度主斜坡发生功能带钢点位置控制张力控制开卷取机的自动降速功能操作张力和待机张力的应用活套自动控制机制带钢传动的速度设定值的计算传动协调控制1自动降速自动降速功能确保入口段在带尾到来的时候能够降速到传带速度。当设定的钢卷尺寸到达时，出口段能自动降速到传带速度或剪切速度。自动降速功能取决于以下几个值：开卷机上钢卷的直径到下一个焊缝的剩余带钢长度从降速点到目标点之间的距离基于设定目标和当前线速度，自动降速会在目标点到来时开始自动降速。把目标速度和降速度传递给主速度控制器，他会自动产生斜坡降速到设定值。距目标之间的距离和由速度及当前降速度计算得来的与目标之间的距离一直作比较，如果有需要，可以调整降速度，确保目标点可以停止。2自动带钢定位带钢位置点用作路径控制和闭环控制。路径控制用作一个特定带钢点的定位，例如，一个焊缝，在工厂的一个特定位置。安装在张紧辊或夹送辊的脉冲发生器用作测量带钢位置实际值的传感器。带钢位置点控制路径用作：带钢头端定位（例如，入口剪，焊机，等等）带钢尾端定位（例如，焊机，卷取机，等等）三、物料跟踪系统和数据处理(MTR)MTR系统分为钢卷跟踪和带钢跟踪。这个功能在基础自动化级实现，即使与2级机的通信出现了故障，也可以确保正常生产。系统主要包括以下几个条目：钢卷跟踪带钢跟踪物料跟踪钢卷跟踪和带钢跟踪功能跟踪入口段、出口段钢卷以及生产时新产生的带有孔的焊缝 。物料跟踪功能可以激活新的设定值并初始化某些动作，如：当焊缝到达光整机时要减少轧制力。物料跟踪从入口段钢卷放到步进梁开始，到出口段步进梁的最后一个钢卷。1钢卷跟踪钢卷跟踪从入口段第一个鞍座上的钢卷开始，到出口段的最后一个鞍座上的钢卷。入口和出口最多可跟踪100个钢卷，如果需要最大值还可以扩展。当钢卷焊接后，这个钢卷进入带钢分段跟踪阶段。带钢在出口段剪切后，带钢分段跟踪结束，又进入钢卷跟踪。当入口段天车把某钢卷移走时，要通过HMI上重新同步生产顺序，二级机同时也被更新。钢卷跟踪主要包括以下功能：从跟踪位置删除一个钢卷更换钢卷跟踪位置增加一个钢卷2带钢跟踪基础自动化级带钢跟踪包括带钢在线的整个过程中焊缝、带钢宽度和厚度变化。在每一段内都跟踪一些预定义的点，一旦这些点到达某一段的边部，就被传递到下一段。 用这种方法可以考虑不同的特性。带钢跟踪系统包括以下功能：在全线从开卷机开始到卷取机结束的不同段根据带钢速度以及检测到的脉冲数，计算带头带尾的位置。跟踪生产计划的信息以及每一个钢卷在全线的位置。跟踪信息可以在HMI上以不同颜色代表不同的带钢显示出来，在二级机中也要用到这个跟踪信息。利用焊缝检测装置对焊缝跟踪进行同步。3动作点动作点就是预先定义好的线上某一点，当带钢上的某一点经过这一点时会触发一些动作。包括以下功能:带钢通过时，调用设定值并下发到控制系统(如张力设定值)在焊缝位置变换速度初始化发送到生产控制系统的生产结果数据四、顺序和辅助功能控制(SSF)SSF( Support and Sequence Functions ) 包括：1) 辅助功能：液压和介质入口出口钢卷运输全线其他移动功能2) 顺序控制功能：钢卷传送顺序入口出口测量顺序分层的顺序控制结构确保了维护人员能方便的进行维护，该结构包括执行器控制和顺序逻辑控制，其中顺序逻辑控制是执行器控制的上层。1执行器控制恒速电机和电磁阀的控制可以认为是执行器控制(基本逻辑控制)。基本逻辑控制包括手动/自动模式的选择，还有机械要求的一些必要的联锁功能。2顺序逻辑控制属于同一个工艺步骤的并发的移动组合在一起成为一个顺序控制，如：入口段通过钢卷运输车把钢卷上到相应的开卷机上带尾停车和穿带到焊机位置所有的切换条件在软件中都是独立的，且可以方便的做修改不用考虑执行器（基本互锁）。每个顺序可以单独的选取手动/自动模式（在初始位置才可以返回自动模式）。五、仪表控制功能（I&C）仪表控制系统主要针对仪表和传感器数量较多的流体系统，如清洗段，后处理和湿光整系统。一个仪表控制系统任务的特点是：一定数量的控制环、大量元器件和逻辑连接。工厂的不同操作（控制器自动操作带内部设定，控制器自动操作带外部设定，级联开关或计算控制器模式）需要一个闭环的仪表控制系统。仪表控制系统包括不同的开环与闭环控制系统，主要如下：温度控制和监视流量控制和监视液面控制和监视压力控制和监视电导率控制和监视分析仪监视清洗段仪表控制示意图第六节 紧急系统在现场生产活动中可能会出现一些事故或紧急事件，在这种情况下为了保证人身安全和避免事故扩大，通常要启动紧急系统，采取一些紧急措施。一、设备构成紧急系统包括以下设备：故障PLC 系统SIMATIC S7-300F紧急触发器如按钮，拉绳开关，位置开关连接控制系统和诊断系统的工业以太网总线SIMATIC S7-300F错误安全逻辑控制系统包含有一个315F CPU，而它包含有特殊的S7 安全软件包和故障安全I/O 模块。SIMATIC S7 控制柜安装有必要的附件如供电，辅助断路器和继电器。紧急系统示意图二、控制模式1紧急断电（0 级停车）这是安全等级最高的操作，它将断开工厂的10kV 主回路电源。当一个紧急断电信号激活后，没有其他信号能中断该操作。恢复运行只能在机组停机后，通过正常程序启动。以下事件可以激活紧急断电；这些信号都连接到诊断系统中用来监视：电气室里的手动操作按钮火警报警在发生紧急断电时，UPS 不会被切断。2紧急停车（1 级停车）紧急停止是一种安全模式，用在危险情况，设备故障或误操作的一种安全操作。它将导致相关紧急停车区域内机械设备的停车。紧急停车系统单独接线，并在诊断系统中记录它的激活。整个工厂都安装紧急停车按钮。紧急停车能为单独的段（入口段、工艺段。出口段）初始化。紧急停止模式要求在紧急停止区域内所有传动尽快停止。紧急停车激活后，将执行以下动作。线上传动：传动首先按PLC给定的紧急停车斜率停车。并监控紧急停车速率，如果发生错误，传动就利用内部斜率停止。在线上传动停止后（速度为零），或经过一定时间后，电机仍然未停止，将断开所有电机电源。非线上传动：调速传动按内部的紧急停车速率停车。在传动停止后（速度为0）或超过监控时间后，立即切断电源。恒速传动马上切断电源。阀：单独断开每个阀的电源来停止阀的动作，不断开液压泵的电源。（1）紧急停车1（正常情况）传动系统采用PLC 设定的紧急速率停车，当传动动的实际速度为零时，切断张力，再经过一定的停车延时后切断供电电源。传动系统的速度和张力都是可控的，协调停车防止断带。紧急停车1 示意图（2）紧急停车2（备份策略1）当紧急停车策略1 失效时，传动系统采用内部设定的急停速率停车，当传动动的实际速度为零时，切断张力，再经过一定的停车延时后切断供电电源。传动系统的速度是可控的，协调停车，防止断带。紧急停车2 示意图（3）紧急停止3（备份策略2）当紧急停车策略1 和策略2 都失效时，经过一定的停车延时后直接切断传动系统的供电电源。传动系统为受控状态停车。有可能引起带钢断带。紧急停车2 示意图3快停（2 级停车）快停模式要求在相关的快停区域的所有传动同步地尽快停车。快停只用在线上传动。这些传动沿着一个快速停车斜率停止，但不断开电源。三、紧急分区控制为了机组生产和设备安全，将生产线划分为不同的安全区域，在某区域急停时可以将对其它区域的影响减小到最小。第七节 HMI一、概述HMI覆盖了工厂全部运行状态，例如在各种情况下的生产、维修、服务和工厂管理，并引导操作工和维修人员作出正确决策。HMI是基于服务器和客户机原理，相互之间以及与自动化系统之间通过快速以太网连接。服务器负责过程通讯，数据存储以及与客户机通讯。客户机作为操作站，显示服务器发来的数据，接受操作工的指令并传送给服务器。HMI原理的优点是：服务器和客户机采用标准的操作系统/基础自动化和工艺自动化采用一体化操作和显示设计的每个HMI 站都可显示每个画面密码保护功能用于工厂安全运行优化通讯接口减小了HMI 系统和基础自动化系统之间的总线负载面向对象的数据处理公共消息系统，用于事件采集、缓冲、存储、显示和分析，包括在自动化系统中的带有时间戳报表系统选定测量值归档和函数运算二、软硬件描述1、HMI服务器型号：DELL POWER EDGE R905 (机架式)数量：6台，每条机组一台配置如下：CPU：4核内存：4GBDVD-RW 光驱硬盘：146GB x 2（组成Raid-1）显示器：49cm(19)TFT键盘鼠标：USB键盘鼠标系统软件：操作系统：Window 2008 Server R2中文标准版数据库系统：SQL Server 2008 Express with Advanced Optional X64 简体中文版编程工具：Visual Studio 专业版2、HMI客户端（操作员使用）型号：DELL Precision T5500数量：11台（脱脂机组3台、罩式炉机组2台、平整机组2台、3 条重卷机组每条机组各1台、包装机组1台）配置：内存：2GB硬盘：250GBDVD-RW驱动器显示器：49cm(19)TFT10/100/1000Mbps网卡鼠标键盘：USB鼠标键盘系统软件：操作系统：Windows XP简体中文版因为包装机组没有服务器，所以包装机组工作站上装有Visual Studio专业版编程工具。3、HMI工程师站（开发和编程）型号：DELL Precision T5500数量：6台，每条机组一台配置：内存：2GB硬盘：250GBDVD-RW驱动器显示器：49cm(19)TFT10/100/1000Mbps网卡鼠标键盘：USB鼠标键盘系统软件：操作系统：Windows XP简体中文版编程工具：Visual Studio专业版三、HMI 功能1HMI 概要采用以下原理：1）操作主要使用鼠标，键盘仅仅在需要时候使用；2）在可视化系统内有各种诊断功能以帮助操作工和维修人员；3）采用标准化的颜色，各种颜色承载特定信息：运行： 深绿色关闭并运行就绪： 深蓝色关闭但运行未就绪： 洋红色报警： 红色警告： 黄色实际值： 青色计算机设定值： 蓝绿色操作工设定值： 蓝色2操作工控制策略SIEMENS 生产线操作工控制策略基于以下原理：1）操作员在主操室指挥整条处理线。2）在正常运行期间不必考虑线上所有的现场控制台和控制面板。这些控制台和控制面板将主要用于以下事件：设置生产线故障恢复维护3）生产线的监控和操作：完全图形化终端操作台和面板，操作单体设备4）操作工的主要任务：在远程控制有效时，启动所有辅助系统，如配电，液压系统等确认输入输出钢卷激活设定值控制生产工艺人工校正和干预计算机设定值模型选择和启动生产工艺穿带运行甩尾打印日志和报表换辊3HMI 画面1）屏幕分区屏幕主要分为以下区域：条目区带有消息行和主菜单生产线信息工艺区诊断行键控制区2）条目区当按下光标按钮就打开相应菜单，该菜单将显示某一特定区域的所有画面。以脱脂段为例，可能的显示有：总揽入口碱刷洗电解涂硅漂洗出口C&DSM（集中、详细切换和监视）急停帮助消息3）生产线信息区域生产线信息区域显示了入口、工艺和出口的总体信息。4）工艺区在工艺区域中按生产线分段或单体生产线设备显示关于工艺相关细节的信息：工艺画面的工艺再现工艺画面的一部分的运行窗口工艺画面的一部分的信息窗口消息画面（5）键控制区键控制区包含了整个系统的操作键。如果几个键盘可用，它们可用过和来进入。单独的键激活与否用两个不同颜色显示。当鼠标光标指到一个键上并且按下鼠标右键，在键的旁边出现一个描述该键功能标号栏（工具提示栏）。只要鼠标键一直按着，那个标号栏就一直显示。点击鼠标左键弹出相应功能。（6）诊断行诊断行，反映诊断信息，并带有相关按钮，以便在不能运行时调用诊断子系统。4操作可以采用以下方法对画面进行操作：用键盘和鼠标操作在工艺再现中操作选择目标。当操作员点击该目标，一个操作窗口就会出现。操作是在该窗口中进行，而不是在工艺再现中。每个设定值的输入和每个开关指令将用OK 确认当一个开关指令传送到PLC，该PLC 将会在运行该指令前首先检查开关现在是否可行对所有的数据输入进行上、下极限检查（是否达到极限和是否不是文件里特定的不同值）。极限总是会作为操作员信息在窗口中显示通过在画面上操纵光标可以辨认出可操作的目标。如果光标在目标下是一个闪烁的绿光的形式，则该目标是可操作的5典型屏幕示例（1）生产线工艺画面这类屏幕设计用于生产条件下，给操作员提供与工艺相关的信息。也就是说它在生产期间主要是对生产线操作员有效的。操作工不必有太多的关于影响成品卷质量的知识，就能完成成品卷的生产目标。例如，当操作工执行液压移动时，他不需具体知道使用液压单元的哪个泵。当该移动不工作时，HMI 将通过诊断消息告知操作工并给他更详细信息。这类屏幕有：钢卷位置带钢位置重要的原始数据重要的实际数据重要的设定值重要设备的状态（主要：运行/关闭/故障）重要设备的运行模式。（2）辅助系统画面这类屏幕包括设备投入使用的必要信息，例如，当液压单元的3 个泵中2 个工作，第3 个备用且压力高时，该液压单元就绪。这类画面对于操作工也是必要的。然而它们不属于上述几类，因为它本身并不与生产工艺直接相关。这类屏幕有：液压回路冷却回路配电润滑回路液压系统画面（3）维护屏幕包括特定设备的特性和控制参数的相关信息，便于设备的调试和设备替换之后的维护。这类屏幕有：辊子直径运行小时网络状态工艺控制器平整机辊缝调节画面第八节 电气自动化控制系统总体自动化系统分级本工程自动化系统从功能上分为三级：1级：基础自动化系统2级：过程自动化系统3级：生产管理级1级基础自动化系统由电气传动自动化和仪表自动化系统组成，主要功能是对给生产机组生产过程进行数据采集、顺序控制、连续控制、监控操作、人机对话和数据通信（包括接受二级计算机的设定值和发送实际过程数据给二级计算机）。2级过程自动化系统由过程计算机系统组成，主要功能是对生产过程进行模型优化控制及生产过程监示,实现生产的高质量，低消耗,并实现各生产机组协调生产，提高生产效率。3级为生产管理级，主要功能是全公司生产计划生成、管理及生产指令的下达；全线物料跟踪及原料库和成品库的管理；生产监控、协调及报告等。1级、2级和3级计算机系统之间采用网络连接，使整个自动化系统形成一个有机的整体，满足冷轧的生产和管理要求。基础自动化系统的系统构成及功能基础自动化是一个完整的电-仪一体化的控制系统。按工艺流程和机组划分，设置了多