PLC在高速线材中的应用
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摘要：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。在现代轧钢上产中，自动化高度集中，PLC应用尤为重要。
关键词：PLC S7400协议网络
1.PLC技术发展呈现新的动向
1．产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2．PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。
3：不断加强通讯功能。
4．.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5．编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。
6．发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7．追求软硬件的标准化。
2. PLC在高速线材生产线的应用
现以宣钢集团二高线为例，其基础自动化系统采用西门子公司最新型PLC S7－400和PLC S7－300系列产品。
2.1．SIEMENSS7系列产品功能强大，配置灵活，有如下突出特点
高速
在程序执行方面，极短的指令执行时间使S7-400和S7－300在竞争中脱颖而出。
坚固
即使在恶劣、不稳定的工业环境下，全封闭的模板依然可正常工作；无风扇操作降低了安装费用。
功能完善、强大
允许多CPU配置，功能更强、速度更快。同时，配有品种齐全的功能模板，充分满足用户各种类型的现场需求。
强通讯能力
分布式的内部总线允许在CPU与中央I/O间进行非常快的通讯，P总线与输入/输出模板进行数据交换。K总线将大量数据传送到功能模板和通讯模板。
本系统所选CPU装备了ProfiBus－DP接口，保证了对分布式I/O进行快速数据交换。强大的通讯模板允许点对点通讯，并可用工业以太网进行通讯。
ET200M是一个模块化的I/O站，具有IP20的保护等级。它可以用S7-300可编程控制器的信号模板和功能模板进行扩展。由于它可安装的模板范围很广，因此，ET200M适合于特殊的和复杂的自动化任务。ET200M是ProfiBus-DP现场总线上的一个从站，最大的传输速率是12Mbps。
2.2. 基础自动化系统基本配置
基础自动化系统由三台PLC完成全部自动化控制功能，三台PLC分别控制：
PLC1：加热炉区设备控制。
PLC2：从1＃卡断剪至吐丝机机的速度级联控制、速度冲击补偿、微张力控制、活套控制、水冷控制、轧机的换辊控制、轧件跟踪、故障的检测、报警、联锁及和相应介质系统的信号交换。
PLC3：散卷风冷辊道、风冷电机、集卷站及卸卷站的控制。
示意图：
2.3．PLC主要组成
PLC主要由CPU模板、I/O模板、智能模板、通讯模板组成。
2.3.1CPU模板主要由微处理器（CPU）和存贮器组成，还包括PLC的直流稳压电源，他是整个PLC的核心，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。
2.3.2 I/O模板的接线方式为分组接线方式，即将I/O点分为若干组，每组的I/O电路有一个公共点，它们共用一个电源，各组之间分隔开，可以分别使用不同的电源。I/O模板包括数字量I/O模板和模拟量I/O模板。
数字量I/O模板的输入输出信号仅有接通和断开两种状态，通断状态用发光二级管或其它元件显示在面板上。数字量I/O模板用于所有的开关量信号，如活套控制，接近开关的信号检测及报警装置。
模拟量I/O模板用于某些输入量（如压力、温度、流量、转速）等是模拟量，而执行机构如（伺服电动机、调节阀、记录仪等）也要求PLC输出模拟信号的工业控制中，模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电压，将它们送给PLC后，用A/D转换器变成数字量，带正负号的电流或电压在A/D转换后用二进制表示。D/A转换器将PLC的数字输出量转换成模拟电压或电流，再去控制执行机构。主要用于加热炉炉温控制，煤气燃烧控制和比例阀的控制调节。
2.3.3智能模板是具有特殊功能的模板。主要有以下几种：
（1）位置控制模板用于飞剪的位置检测
（2）高速计数器模板用于三个飞剪的剪头计算。
（3）A/D转换模板用于活套套高检测，以实现活套高度的闭环控制。
（4）D/A转换模板用于加热区、集卷区比例阀的控制
2.3.4通讯模板是通信网络的窗口，用来完成与别的的PLC、其它智能控制设备或主计算机之间的通信。包括以太网模板CP通讯处理器和带DP网接口的CPU模板和IM接口模板。
2.4．PLC自动化系统通讯网络
第一层：人机接口与PLC之间及PLC彼此之间联成以太网，实现彼此的信息交换。通过以太网，把轧制工艺参数设定值和对电气设备的操作从人机接口传送到各PLC，把各设备的状态和工艺、电气参数及故障由PLC收集送到人机接口的CRT显示。PLC彼此之间也通过以太网实现控制信息及数据的传送。
第二层：PLC与各自的远程I／O站之间和调速传动之间采用ProfiBus-DP通讯网络，PLC把设定参数和控制指令传送到各调速传动系统，并收集各调速传动系统的状态和电气参数送到人机接口的CRT上显示。
另外，各PLC之间能够连接为MPI网，可实现PLC之间少量快速的数据交换，MPI网的另一个优点是连接到该网的编程器可以方便地对网上的任何一台PLC进行编程。
两种网络的主要性能：
以太网
一种总线型局部网络、采用TCP／IP协议。它可连接各PLC与工作站，使之交换信息。
其主要特点如下：
数据传输率 可达100Mbps
网上工作站数 最多1024个
传输介质 光缆
拓朴结构 总线
信息协议 帧（或包）的大小可变，64至1518bytes
以太网的性能指标介于远程网和多处理机之间，它主要用于分布式数据处理、终端访问以及其它高速、突发式信息交换系统。
ProfiBus网
ProfiBus网是一种实时、开放性工业现场总线网络。它的特点是：使用数字传输，易于正确接收和差错检验，保证了数据的可靠性和准确性，有利于降低工厂低层设备之间的电缆连接成本，易于安装、维修和扩充，能及时发现故障，便于及早处理。它的最大优点是能充分利用智能设备的能力。
ProfiBus网网卡的通讯协议符合欧洲标准DIN19245中的第1－3部分，即ProfiBus－DP协议，该标准允许少量数据的高速循环通讯，因而总线的循环扫描时间是极小的，在特定环境下总线通讯时间可小于2ms。这些优点完全归功于以下几个方面：
一个优化的ProfiBus信息服务于子集的构造和提高了数据传输速率；
高度的容错性；
数据的完整性；
标准信息帧结构；
在操作中可自由地访问每个站；
ProfiBus网基本数据如下：
数据传输速率 12Mbps
网上工作站数 最多32个
传输介质 双绞屏蔽电缆
数据传输方式 主－从站令牌方式
3. PLC未来展望
21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
4．结束语
工业自动化控制系统要求的不断提高，PLC将作为主要的自动化控制系统，其发展的前景将会不可估量。
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