田春雷

摘 要：無縫鋼管機生產(chǎn)線工藝復(fù)雜，主要設(shè)備有軋管機、加熱爐、再加熱爐、穿孔機、冷床和減徑機等。為了實現(xiàn)整個生產(chǎn)線的實時全自動化控制，文章所研究的無縫鋼管生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)采用分層控制，其中現(xiàn)場控制采用PROFIBUS-DP網(wǎng)，而過程管理與監(jiān)控則使用工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet），運行結(jié)果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、高效，極大提高了無縫管的生產(chǎn)水平。

關(guān)鍵詞：鋼管生產(chǎn)；PLC；PROFIBUS-DP；工業(yè)以太網(wǎng)

引言

我國無縫鋼管生產(chǎn)線建立較晚，于上世紀(jì)中期才成功生產(chǎn)出第一根無縫鋼管，近些年，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，對無縫鋼管的需求也越來越大，在這一需求的強勁拉動下，在我國出現(xiàn)了一撥又一撥對無縫鋼管生產(chǎn)線投資的熱潮，大量資金的進入極大加快了我國無縫鋼管的生產(chǎn)的步伐，許多新的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備被引入，無縫鋼管無論是在數(shù)量還是在質(zhì)量上都有很大提高，我國無縫鋼管的自給率正在不斷提高，盡管無縫鋼管的生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量得到了很大的提高，但與國際上無縫鋼管生產(chǎn)強國相比，無縫鋼管的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備還有很大的差距，在國內(nèi)市場上直接表現(xiàn)為一些高附加值、優(yōu)質(zhì)的無縫鋼管主要還是依靠進口，因此在現(xiàn)階段還必須加大投入，利用現(xiàn)代化技術(shù)，積極升級改造主要分布在中小企業(yè)車間的落后無縫鋼管生產(chǎn)線，借助計算機信息化技術(shù)，可以提高無縫鋼管的生產(chǎn)效率，提升無縫鋼管的質(zhì)量，進而在激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢。

1 PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線

PROFIUS-DP 現(xiàn)場總線具有多種組態(tài)方式，即可以構(gòu)成單主站系統(tǒng)又可以組成多主站系統(tǒng)。每個基于PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備。

PROFIBUS-DP組態(tài)非常的靈活，在一條總線中，既可以有一個主站，也可以有多個主站，根據(jù)在總線中的功能不同，總線中的設(shè)備可以分為三類。一類總線主站（DPM1），DPM1是整個總線通信的控制器，在本案例中，PLC-300作為一類總線主站；除了一類主站，還有二類主站（DPM2），二類主站一般運行組態(tài)軟件，屬于操作設(shè)備，在PROFIBUS-DP中，一般采用工控機作為DPM2，通過工控機提供的人機界面，用戶可以設(shè)置、監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行；在PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線中，數(shù)量眾多的是DP從站，這些設(shè)備一方面可以將自身采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到主站，另一方面也可以從主站接收信息以完成相應(yīng)的控制，在本案例的無縫鋼管生產(chǎn)線種類和數(shù)量都很多，主要有直流驅(qū)動器、S7-200 PLC以及遠程I/O設(shè)備等。

2 某公司無縫熱軋鋼管自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 無縫鋼管自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)組成

整個無縫鋼管自動化生產(chǎn)線上的設(shè)備由一條PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線相連，所有連接該總線的設(shè)備都需要有PROFIBUS-DP總線電氣相兼容的通信接口，具有這樣通信接口的設(shè)備分散在整個生產(chǎn)車間，在無縫鋼管自動化生產(chǎn)線上的傳感器、控制儀表以及電動機控制設(shè)備所需接收和發(fā)送的信息量較少，但為了達到對整個現(xiàn)場設(shè)備的精準(zhǔn)控制，在生產(chǎn)時，對通信的實時性要求較高，圖1是某公司無縫鋼管自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)組成。

圖1 無縫鋼管自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)

從無縫鋼管自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)圖可以看出，整條總線的控制由一臺S7-300 PLC完成，S7-300 PLC作為整條PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制中心，是總線中的DPM1，在運行中，S7-300 PLC以一定格式的報文形式與總線中的眾多從設(shè)備交換信息。圖中的工控機是PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線中的二類主站（DPM1），通過配備專門的PROFIBUS-DP總線適配卡與總線相連，工控機上運行WINCC過程監(jiān)視軟件，該軟件具有良好的開放性和靈活性，完全能夠勝任整個無縫鋼管生產(chǎn)線上各設(shè)備的監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置。無縫鋼管生產(chǎn)線上的設(shè)備種類很多，根據(jù)不同種類設(shè)備的特點，采取了不同的方式接入到總線，其中一些簡單的I/O設(shè)備，通過接入西門子ET200與總線相連，這類設(shè)備數(shù)量眾多，主要分布在矯直機組區(qū)、軋輥機區(qū)、穿孔機組區(qū)以及加熱爐區(qū)；各種主傳動電機通過西門子的全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA70與總線相連；軋輥的位置控制則由S7-200 PLC完成，S7-200 PLC通過擴展模塊EM277與PROFIBUS-DP總線相連。

2.2 上位機軟件功能

借助工控機上的WINCC過程監(jiān)視軟件實現(xiàn)整個系統(tǒng)的組態(tài)以及對整個系統(tǒng)的監(jiān)控，上位機軟件主要實現(xiàn)如下功能：

（1）對生產(chǎn)線的監(jiān)控：在組態(tài)成功后，工控機能夠?qū)崟r獲取到整個系統(tǒng)的運行參數(shù)，借助這些從系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)就可以很容易完成各種可視化的實時模擬界面，通過這些可視化的模擬界面，管理人員就可以很容易知道整個系統(tǒng)的運行情況。由于需要監(jiān)控的設(shè)備眾多，為了能夠更清晰了解各區(qū)生產(chǎn)的細節(jié)，制作了多個實時界面，例如為了監(jiān)控穿孔輥的位置以及設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，制作一個專門操作界面，借助該界面，用戶可以看到無縫鋼管生產(chǎn)線穿孔的生產(chǎn)過程，在出現(xiàn)問題時，用戶也可以借助界面上的按鈕操作完成急停等操作。

（2）異常報警記錄：整條無縫鋼管生產(chǎn)線大部分時間都能正常平穩(wěn)運行，對于偶爾出現(xiàn)的故障，上位機軟件具有報警顯示、記錄功能。操作工作人員可以及時發(fā)現(xiàn)問題，并做出相應(yīng)的處理，所有的報警都會有記錄，用戶可以借助查詢，很容易發(fā)現(xiàn)某個設(shè)備在某段時間出現(xiàn)的故障信息。

（3）歷史數(shù)據(jù)存儲以及報表功能：在生產(chǎn)過程中各設(shè)備發(fā)送過來的歷史數(shù)據(jù)以及操作員對系統(tǒng)操作的歷史數(shù)據(jù)，上位機都會分類存儲在本地硬盤，此外上位機還能根據(jù)用戶的要求自動生產(chǎn)報表。歷史數(shù)據(jù)對于查找問題，調(diào)整控制流程非常重要，例如軋輥的準(zhǔn)確位置對于生產(chǎn)出合格的無縫鋼管非常重要，借助歷史數(shù)據(jù)，操作員可以調(diào)整軋輥位置控制算法，找出最優(yōu)位置，確保生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)的無縫鋼。

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