李海山

(天津泰達(dá)電力有限公司 天津300456)

彩涂生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)

李海山

(天津泰達(dá)電力有限公司 天津300456)

彩涂鋼板自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，介紹了其構(gòu)成，制定了交流控制系統(tǒng)方案，提出了自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，為需求方提供系統(tǒng)組成及所需控制系統(tǒng)的硬件運(yùn)用與軟件開(kāi)發(fā)。

上位控制級(jí) PLC基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí) 全數(shù)字逆變器 速度環(huán)

1 彩涂生產(chǎn)線電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

彩涂生產(chǎn)線電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)包含上位控制級(jí)、S7-400,PLC過(guò)程控制級(jí)、采用公共直流母線供電的交流變頻調(diào)速控制級(jí)。

三級(jí)控制系統(tǒng)間全部由網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，其中上位控制計(jì)算機(jī)和 PLC間采用以太網(wǎng)通訊；PLC和現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)的 ET200遠(yuǎn)程站、變頻調(diào)速裝置間采用 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊?？刂葡到y(tǒng)在設(shè)計(jì)思想上充分考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)便捷、故障診斷等功能，使系統(tǒng)具有科學(xué)性、合理化、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。

交流控制系統(tǒng)主供電電源為三相 380,V，50,Hz。交流控制系統(tǒng)控制操作供電電源為三相四線380,V/220,V，50,Hz。所有供電由用戶低配提供。采用網(wǎng)絡(luò)化和全數(shù)字化控制系統(tǒng)，要求控制柜良好的接地作保證，在接地設(shè)計(jì)上要求傳動(dòng)和自動(dòng)化分別接地且接地電阻小于4,Ω。

2 交流控制系統(tǒng)方案

交流調(diào)速裝置全部采用可逆的原裝 SIMENS 6SE70系列矢量交流變頻調(diào)速裝置，傳動(dòng)裝置配置有CBP2網(wǎng)絡(luò)通訊板并帶有工藝控制軟件。傳動(dòng)系統(tǒng)采用公共直流母線集中供電方式，逆變器輸出側(cè)配有輸出電抗器，用于保護(hù)電機(jī)和逆變器。從控制類型上劃分為以下幾種控制方式：

2.1 開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)控制

其工藝部分采用間接張力閉環(huán)控制，如：動(dòng)補(bǔ)償、卷徑計(jì)算、間接張力閉環(huán)、斷帶保護(hù)等由裝置工藝功能塊完成。

2.2 活套為恒張力控制

活套速度環(huán)為其前后處理段速度差?；钐拙哂刑孜煌?、減速、急停保護(hù)功能。

2.3 速度基準(zhǔn)S輥采用速度閉環(huán)控制

通過(guò)PEER-TO-PEER實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡控制。

2.4 張力基準(zhǔn)S輥采用速度控制加飽和力矩控制

主從輥間亦采用負(fù)荷平衡控制。用于懸垂控制 S輥外環(huán)為位置環(huán)，控制帶鋼在爐內(nèi)的垂度，保證動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。

2.5 夾送輥、輥涂機(jī)等輔傳動(dòng)電機(jī)采用速度閉環(huán)控制

其運(yùn)行線速度跟隨各自處理段速度基準(zhǔn)運(yùn)行。根據(jù)帶材處理線的工藝特點(diǎn)入口、工藝、出口段各設(shè)一組 S輥?zhàn)魉俣然鶞?zhǔn)。生產(chǎn)線上其他 S輥負(fù)責(zé)建立各段張力，入口和出口段張力由開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)保證。所有交流調(diào)速系統(tǒng)要求電機(jī)帶 1,000脈沖 HTL碼盤。

2.6 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)配置

6SE70全數(shù)字逆變器；CBP通訊板；進(jìn)線快熔；輸出電抗器；DC 24V 電源(6 A)；低壓電器；整流回饋電源全線設(shè)備 1臺(tái)，供電范圍從 1#開(kāi)卷機(jī)至卷取機(jī)，整流回饋電源容量400,kW。

2.7 整流回饋電源配置

400,kW整流電源；進(jìn)線ME開(kāi)關(guān)；進(jìn)線電抗器；DC 24V電源；100,kW制動(dòng)單元和電阻。

3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化系統(tǒng)按控制級(jí)分上位控制級(jí)和 PLC基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)，全線設(shè)工程師站 1套，裝于主操作室。全線設(shè)1套西門子S7-400PLC完成全線調(diào)速電機(jī)和生產(chǎn)線上不調(diào)速電機(jī)的控制。為便于操作和工藝參數(shù)設(shè)定，全線設(shè)(入口和出口)觸摸屏 2臺(tái)，操作臺(tái)設(shè)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程I/O站3臺(tái)?，F(xiàn)場(chǎng)操作信號(hào)就近接到各自遠(yuǎn)程I/O站。PLC和上位機(jī)間采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，PLC和傳動(dòng)間采用 PROFIBUS網(wǎng)連接。PLC采用 412-2DP CPU，PLC配通訊網(wǎng)板和I/O模板，PLC控制的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)全部進(jìn)入到設(shè)于操作臺(tái)的遠(yuǎn)程 I/O，生產(chǎn)線上需顯示的數(shù)據(jù)由PLC采集后在上位機(jī)顯示。

3.1 PLC控制功能

全線速度、張力及開(kāi)卷設(shè)定；傳動(dòng)電機(jī)合分閘控制；活套定位和套量控制(需安裝檢測(cè)碼盤)；單機(jī)點(diǎn)動(dòng)、聯(lián)動(dòng)啟?？刂?；壓輥、抱閘自動(dòng)控制；全線聯(lián)鎖和故障處理；傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)采集；開(kāi)卷、卷取、換卷控制；變頻風(fēng)機(jī)控制。

3.2 PC操作站功能

工藝過(guò)程顯示；電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速顯示；各段張力顯示；活套儲(chǔ)量顯示；故障、報(bào)警顯示；工藝數(shù)據(jù)錄入；工藝控制數(shù)據(jù)設(shè)定。

3.3 主令速度控制

全線速度控制以工藝運(yùn)行速度為基準(zhǔn)，入口和出口段根據(jù)各自活套儲(chǔ)量進(jìn)行充套和放套控制。速度控制上分為：正常起停、快停和急停。

3.4 控制軟件

3.4.1 編程軟件

SIMATIC S7-400,PLC用于二進(jìn)制順序和監(jiān)督控制。根據(jù)應(yīng)用情況，可采用配套的 STEP7編程軟件，即使是較大的模塊也能用標(biāo)準(zhǔn)程序模塊簡(jiǎn)易程序組織，易于修改、試驗(yàn)、調(diào)試(系統(tǒng)軟件要求選用西門子提供的當(dāng)前最新版本)。

3.4.2 組態(tài)軟件

上位機(jī)系統(tǒng)組態(tài)軟件選用西門子公司的WINCC軟件，具有如下特點(diǎn)：集成擁護(hù)管理，分配和控制組態(tài)和運(yùn)行時(shí)的訪問(wèn)權(quán)限；通過(guò)圖形系統(tǒng)，完成可視化操作和監(jiān)控圖形；借助報(bào)警和消息，完成信息存儲(chǔ)和歸檔管理；報(bào)表和記錄系統(tǒng)；簡(jiǎn)單、逼真、靈巧的控制面板，方便實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫監(jiān)控；豐富的圖形庫(kù)，多語(yǔ)言應(yīng)用組態(tài)；使用交叉引用表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析；可離線檢查，在線組態(tài)；操作系統(tǒng)為Microsoft Windows 2000；控制接點(diǎn)為Max 64,K；通訊方式為工業(yè)以態(tài)網(wǎng)。

3.5 人機(jī)接口(HMI)

人機(jī)接口通過(guò)以太網(wǎng)相互連接，并以與基礎(chǔ)自動(dòng)化相聯(lián)的服務(wù)器和客戶機(jī)為基礎(chǔ)。圖形以圖形標(biāo)準(zhǔn)接口為基礎(chǔ)。

3.5.1 HMI方案的優(yōu)點(diǎn)

服務(wù)器和客戶采用標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)(WINDOWS NT/WINDOWS 2000)；基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用統(tǒng)一的操作和直觀顯示；口令保護(hù)功能，便于安全的機(jī)組操作；直觀顯示與基礎(chǔ)自動(dòng)化之間采用優(yōu)化后的接口，從而降低了總線負(fù)荷；面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)處理；事件采集、緩存、存檔、顯示和分析用的消息系統(tǒng)，包括自動(dòng)化系統(tǒng)的時(shí)標(biāo)；用于消息輸出的報(bào)表系統(tǒng)；測(cè)量值的存檔，包括對(duì)曲線顯示和操作功能的選擇。

3.5.2 HMI的基本操作原則

①操作主要用鼠標(biāo)/控制桿，只在需要時(shí)使用鍵盤。為了安全，與工藝相關(guān)的每個(gè)操作都必須由操作員確認(rèn)，輸入先經(jīng)校驗(yàn)之后才被自動(dòng)化系統(tǒng)使用。②提供支持維修人員的大量診斷功能。③所有圖形顯示都為標(biāo)準(zhǔn)化。各種顯示的具體內(nèi)容取決于機(jī)組的要求，將在設(shè)計(jì)階段確定。④顏色標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 論

按照上述設(shè)備及所需軟件組成的彩涂生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)可完全實(shí)現(xiàn) 2～3,mm冷扎鋼板彩涂自動(dòng)化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，為典型彩涂生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)例。

An Automation System for Colour Coated Steel Plate Production Lines

LI Haishan
(TEDA Power Supply Company，Tianjin)

System design for automatic process control of colour coated steel plate is very complicated. This paper described the system composition，made up a scheme of AC control system，proposed a design process for automatic control system and provided system composition，hardware application and software designing required by potential users for the control system.

upper control computer；PLC basic auto control；all digital inverter；velocity loop

TP29

A

1006-8945(2014)07-0035-02

2014-06-07