西门子6GK7243-1EX01-0XE0规格说明
1 引言
玻璃棉生产线由窑炉、成纤、固化炉及冷线成型等系统构成。整个和生产工艺过程较为复杂。同时，因使用液化气和重油作为燃料，对安全的要求特别高，所以生产线对自动控制系统有很高的要求。此前，国内一般厂家都选用智能仪表控制系统，或引进国外的DCS控制系统，性能价格比都不理想。针对其生产过程的控制特点，选用了SIEMENS公司的S7-400软件冗余系统，投用以来，取得较好的控制效果。
2 系统概况
工艺特点:
(1) 玻璃棉生产兼有连续生产和批次生产的特点,窑炉生产(玻璃液烧熔)是一个连续、不可间断的过程，任何过程的中断都有可能造成不可预测的后果和损失，所以系统对控制的可靠性要求很高;而固化炉及冷线处理系统则只在出产品时运行。
(2) 生产所用燃料是液化气和重油，必须严格控制燃料和助燃风的混合比例，任何比例失调都会造成工艺状况的不稳定，甚至会有爆炸的危险，所以系统对自控回路的精度要求很高。
(3) 生产过程复杂，系统的检测、控制点及PID自控回路较多(见附表)，而且整个系统的生产是一个高度关联的动态平衡过程，各PID回路之间关系密切而复杂，这对PLC系统的性能和软件设计工作都提出了考验。
3 系统结构
固化炉及冷线成型系统由设备厂家自带的的PLC系统控制(S7-300PLC和TP170A)，工艺信息送控制室显示。
控制的重点和难点是窑炉和成纤系统。根据上述的工艺特点，我们采用了CPU和通讯模块的双冗余系统。图1示出系统结构图。
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3.1 网络构成
整个系统由两级网络构成:主站网和从站网。2台操作站(操作站1、操作站2)、1台工程师站、2台CPU414、1台S7-300组成主站网;5个现场站与CPU414之间组成了从站网。
操作站及工程师站实质上没有任何差别，只是设置操作等级的限制，各站上的操作权限不一样。通过系统管理员的授权(密码控制)任何一个站都可实现其他2个站的所有功能。操作站、工程师站通过MPI卡接入主站网。网络协议为Profibus，通讯速率高可达12Mbps，考虑到传输距离较远(约200m)，途中电磁干扰较严重，为保证通讯畅通，将通讯速率设置为1.5 Mbps。
2台CPU414通过PLC通讯模块(CP443)接入主站网，固化炉系统的CPU314则通过CPU上的DP口直接接入主站网。
现场站是连接PLC系统和工业现场的接口，所有的输入/输出模块都安装在5个现场站上。每个现场站上都有两块通讯模块(153-2),分别接到2台CPU414的DP口上，组成从站网，通讯协议为Profibus-DP，通讯速率为12 Mbps。
3.2 系统冗余
为提高系统的可靠性，对控制系统的核心部分CPU及PLC通讯模块都采用了软件冗余技术，两套CPU414处理器、电源模块、通讯控制模块(CP443)分别安装在两块冗余机架上，同时各I/O站上也都装有两块通讯处理模块(153-2)。正常工作时，2台CPU一台为主，一台为从。主CPU执行控制程序，并控制着对应的通讯模块，同时不断地将需要冗余备份的数据发往从CPU;从CPU则处于热备状态，不运行控制程序，只是不停地接受数据，同时判断其自身的运行状态。一旦主CPU停止工作，从CPU立即接过系统控制权，同时主从位置互换，完成无扰动切换。
1 引言
云母纸被广泛的用于电气工业，可以说云母纸的出现在某种程度上推动了电气工业特别是电机制造工业的发展。云母纸制造技术与大规模集成电路、高温塑料、光导纤维并驾齐驱，在国外被誉为对当代电气电子工业做出重要贡献的四大技术之一。
当前我国现有38条云母生产线，云母纸的产量很大，但是云母纸的质量和稳定性能都比不上国外产品。云母纸要求厚度在0.08mm，但是国内生产的云母纸厚度范围0.08±5mm，厚度浮动接近20%，直接影响其电绝缘和耐高温性能。产生这种情况的除抄造槽的结构等因素外，主要原因是自动化程度低下，许多工序都是人工完成，不仅控制不够jingque而且效率也很低。影响云母纸产量和质量的因素是纸的厚度及其均匀度，纸浆浓度与纸厚度又是紧密相连的，因此，要提高云母纸的质量和产量就必须对生产设备加以改造，使纸浆浓度和纸的厚度能够被在线测试,并迅速将采样信号反馈到控制器，再由控制器调节阀门来达到调节浓度的目的，从而实现自动测试纸的厚度以及自动调节纸浆浓度，使生产工艺连续化、自动化。
2 系统工作原理
图1 系统工作示意图
设备启动通电后，控制器开动浆料调节箱搅拌器和浓度测试仪进行浓度采样，将采样数据送入可编程控制器与内部设置数据进行比较，若小于设置值，则开浆料箱电磁阀，直到浓度达到设定范围，同时测试浆料箱液位，当低于下限水位时开动压力泵，达到上限水位后关闭压力泵。若浓度采样结果大于设置值，则开清水箱电磁阀，直到浓度达到设置范围关闭电磁阀，同时测试清水箱液位，若低于下限水位则开动压力泵，当达到上限水位时关闭压力泵。
当浓度已在设置范围内，开启调节箱电磁阀、抄造槽搅拌机、抄造槽电磁阀、厚度测试仪和卷纸设备。厚度测试仪将采样到的信号送入可编程控制器与内部设置值进行比较，若不在设置范围则启动浓度测试仪并关闭厚度测试仪，可编程控制器将浓度采样结果与设置值进行比较，若浓度采样结果大于设置值则开清水箱电磁阀，直到浓度达到设置范围，若浓度采样值小于设置值，则开浆料箱电磁阀，直到浓度达到设定范围。
根据工程理论与经验，纸浆浓度——厚度测控系统含有纯滞后环节，难以实现常规闭环控制，因此本方案计划应用人工智能对策实现闭环控制。
3 PLC机型选择及程序设计
3.1 机型选择
PLC选用欧姆龙公司的C200HE型，机架型号C200HW-BC051，输入模块ID212，输出模块OC225，模拟量模块MAD01。I/O点地址分配表参见表1。
表1 I/O点地址分配表
图2 PLC 结构图
3.2 工作流程及程序设计
当启动按钮接通后，系统启动调节箱搅拌机M1和浆料箱搅拌机M2，同时启动浓度测试仪，系统进入自检进行断线测试。
将浓度采样信号与内设值进行比较，若小于28%，则启动浆料箱电磁阀YV3，直到浓度在28%-30%范围内后关闭电磁阀；若浓度大于32%，则启动清水箱电磁阀YV4直至浓度在要求范围内，关闭电磁阀。
当浓度达到标准后，接通调节箱与浆料箱之间的电磁阀YV1和浆料箱与抄造槽之间的电磁阀YV2，同时启动厚度测试仪进行断线检测，若采样信号不为零则与内设厚度值进行比较，若不等于0.08毫米则启动浆料箱电磁阀YV3或清水箱电磁阀YV4并进行浓度比较直到浓度在28%-30%范围内后关闭电磁阀。
若厚度在设置范围内，则进入循环检测。
图 3 系统SFC功能图
4 PLC MAD01模拟通道设置及数据处理
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4.1 MAD01单元介绍和单元设置
本文所选的模拟量单元MAD01位于PLC机架的第二槽，单元旋转开关在位置0，所以模拟量输入和设置所占用的地址在IR100～IR109、DM1000～DM1099。在设置单元旋转开关时一定要将PLC断电，否则会损坏PLC。
4.2 模拟量通道设置
在云母纸生产线上使用的浓度测试仪为FD-2A型，测定纸浆浓度范围是0%～30%，精度为±0.2%，输出电压0～5V；厚度测试仪SJW-A激光扫描型，厚度测量范围0～0.1mm，每秒采样260次，测量精度±mm，输出电压0～10。
浓度测试仪的模拟量占用1输入通道，厚度测试仪的模拟量占用2输入通道。
（1）输入通道设置：
通道的设置在DM1000字的4位和5位，4位决定输入1，5位决定输入2，现在需要两路输入都使用，设置如下：
使用编程软件在DM1000中写入#0018
（2）输入信号范围设置：
信号范围的设置在DM1000的8、9、10、11位，8、9位表示输入1的信号范围，10、11表示输入2的信号范围，00表示-10～10V，01表示0～10V，10表示1～5V（4～20mA)，浓度信号占用输入1，电压范围0～5V，因此在8、9位输入10；厚度信号占用输入2，电压范围0～10，因此在10、11位输入01。
使用编程软件在DM1000字中写入#0300
4.3 模拟量数据处理
在PLC中，数据类型有三类：二进制、BCD码和十六进制，一般存储器默认的是二进制数据，在DM存储区只能使用十六进制数据，而BCD码也可以使用，但是需要专用的BCD数据拨码盘，在用计算机对PLC编程时，通过软件写入控制器的数据只能是十六进制数。
模拟量进入控制器后，被转换后的数据以十六位二进制形式存储在IR存储区，在使用转换后的二进制码时要将IR区的数据用传送指令送入DM区。输入1的转换结果存储在IR105字，输入2转换字存储在IR106字。如图4所示。
图4 将输入1、输入2的转换数据存入DM区的程序
这段程序是断线检测的数据传输程序，利用传送指令将IR105、IR106的十六位二进制转换结果分别送入DM0001区和DM0002区。
当模拟量转换后的十六位二进制数送入DM区后，要使控制器对系统动作进行调节，必须有数据比较，根据数据比较来判断下一步的动作，在数据比较过程中，关键步骤是如何将十进制转换为控制器可以识别的十六进制或BCD码，针对本文上述特定的厚度和浓度测试仪，作者制作了一张模拟电压、十六制、十进制以及对应浓度、厚度对应表，如表2。
表2 进制以及对应浓度、厚度对应表
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根据以上对应表给出的数据，我们可以知道不同浓度和厚度所对应的十六进制码和转换的规律，进一步在编程中方便使用。
5 PLC控制程序
5.1 断线检测程序图
当输入模拟电压范围在1～5V，输入信号不大于0.3V时IR109区04位置1，如图5所示，当10904为1时，MOV指令断开无法执行，只有当断线检测位为0时，执行数据传输指令。
图5 断线检测程序
5.2 开机检测程序
如图6所示，当系统开始运行时，造纸设备开机，厚度扫描仪开始检测，但是在厚度测试仪开始检测时，纸浆可能还没有沾在传送带上，因此，机器有可能产生空转的情况，如果不进行开机检测，则可能导致测试结果不可预测；按照程序设计，若厚度测试仪检测不到有纸通过则进入等待步，否则进行数据比较。
图6 开机检测程序
5.3 浓度调节程序
参见图7，浓度的调节主要是根据厚度测试的反馈信号来判断，根据厚度采样后比较指令的25506，25507位的数值来决定是要增加浓度还是降低浓度，调节浓度的同时将浓度采样信号反馈，当浓度达到设定值时控制电磁阀掉电。从程序中来看00207步启动厚度测试比较指令进行断线测试，若此时无纸，则进入等待步，若有纸则进行厚度比较，当厚度不在0.075～0.085之间时，调节纸浆浓度，并同时测试浓度，直到浓度、厚度在设定范围内进入厚度测试循环。
图7 浓度调节程序
6 结束语
使用PLC改造后的设备，可以大大提高控制的jingque度，将云母纸的厚度控制在很小的范围内浮动，提高云母纸的性能，同时也降低了人工劳动强度，增加经济效益，对云母纸行业将产生重大的影响。