王榮耀

摘 ? 要：本文主要介紹軋鋼生產(chǎn)線的三級(jí)控制系統(tǒng)和兩層通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，軋鋼工程采用的西門子S7-300及S7-400系列產(chǎn)品，以及主操作室兩個(gè)操作站的軋制表的錄入和修改，故障報(bào)警的存儲(chǔ)、顯示和打印，工藝參數(shù)的預(yù)設(shè)定和修改，主軋線模擬圖及軋線跟蹤畫面等，還包括軋線各參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示，包括軋機(jī)速度、軋制負(fù)荷電流、微張力、活套高度等。

關(guān)鍵詞：PLC ?CPU ?ProfiBus ?I/O

中圖分類號(hào)：TG334.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（b）-0069-02

1 ?引言

高速線材是宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司的第三條軋鋼生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線主要軋制大型卷材，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬t。進(jìn)入生產(chǎn)后，該生產(chǎn)線還成功軋制了一個(gè)大型的100t卷材。生產(chǎn)線自動(dòng)化PLC系統(tǒng)主要使用西門子產(chǎn)品，包括S7-200，S7-300和S7-400系列產(chǎn)品。產(chǎn)品選擇比較新，穩(wěn)定性好。西門子6RA70主要用于生產(chǎn)線的傳動(dòng)設(shè)備部分，西門子6RA70直流調(diào)速器和6SE70變頻調(diào)速器。生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)由三級(jí)控制系統(tǒng)和兩層通訊網(wǎng)絡(luò)組成，基本自動(dòng)化系統(tǒng)使用西門子最新的PLC S7-400和PLC S7-300系列產(chǎn)品，西門子S7系列產(chǎn)品功能強(qiáng)大且配置靈活，自動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定的重要保證。

2 ?三級(jí)系統(tǒng)的接入

2.1 主要功能

生產(chǎn)線的主操作室主要包括在線操作和監(jiān)控功能，兩個(gè)主軋制操作站由生產(chǎn)線仿真圖，軋制線跟蹤屏幕等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)在線設(shè)備的操作與監(jiān)視，例如對(duì)軋制工藝參數(shù)輸入和更改，設(shè)備故障報(bào)警和存儲(chǔ)、提示和打印，工藝參數(shù)預(yù)設(shè)和更改，該系統(tǒng)包括軋制線生產(chǎn)過程中的負(fù)載電流、過鋼速度、軋機(jī)微張力、過程參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示、活套高度等。主電氣室操作站有兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，主要用于故障診斷、故障恢復(fù)、系統(tǒng)維護(hù)等。它具有用于主驅(qū)動(dòng)器和輔助驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)電流和速度數(shù)據(jù)收集，更完整的故障警報(bào)和歷史記錄曲線。 HMI自動(dòng)化屏幕是監(jiān)視所有現(xiàn)場信號(hào)以及實(shí)時(shí)軋制過程和設(shè)備故障診斷的窗口和有用的工具，使維護(hù)人員可以在主電氣室中對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行在線維護(hù)。

2.2 基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)

基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由五臺(tái)S7—400 PLC構(gòu)成。其中四臺(tái)用于高線部分控制，另一臺(tái)用于大盤卷部分控制?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由四臺(tái) PLC 完成全部自動(dòng)化控制功能：

PLC1：用于加熱爐區(qū)設(shè)備控制，采用一塊 CPU 414-2DP，控制包括爐區(qū)輥道傳動(dòng)，裝鋼、出鋼，步進(jìn)梁等設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行。

PLC2：用于主軋線控制，采用一塊 CPU416-2DP，包括從 1 架前夾送輥至吐絲機(jī)的速度級(jí)聯(lián)控制、速度沖擊補(bǔ)償、活套控制、水冷控制、軋機(jī)的換輥控制、軋件跟蹤、故障的檢測、報(bào)警、聯(lián)鎖及相應(yīng)介質(zhì)系統(tǒng)的信號(hào)交換等等。

PLC3：用于集卷收集區(qū)的設(shè)備控制，采用一塊 CPU 414-2DP，包括散卷風(fēng)冷輥道、風(fēng)冷電機(jī)、集卷站的傳動(dòng)、自動(dòng)化連鎖控制等。

PLC4：采用一塊 CPU414-2DP，用于手動(dòng)、自動(dòng)換輥控制。大盤卷 PLC：采用雙 CPU 結(jié)構(gòu)，都為 CPU 414-2DP，用于控制大盤卷區(qū)域設(shè)備，一塊 CPU 主要控制飛剪等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，另一塊 CPU 主要控制卷曲區(qū)、步進(jìn)梁區(qū)、傾翻區(qū)設(shè)備等。每套 PLC 均配置一定數(shù)量的遠(yuǎn)程 I/O 站，由于現(xiàn)場的檢測信號(hào)分布零散，點(diǎn)多面廣，所以在合理的位置上設(shè)置相對(duì)集中的遠(yuǎn)程 I/O 站，這樣現(xiàn)場的檢測信號(hào)、操作臺(tái)和操作箱上的操作和顯示信號(hào)，均連接到就近的遠(yuǎn)程 I/O 站上。PLC2 控制主軋線， 由于在高速軋制過程中， 系統(tǒng)的快速響應(yīng)會(huì)直接影響到控制精度和產(chǎn)品質(zhì)量，所以將遠(yuǎn)程 I/O 站的通訊網(wǎng)絡(luò)和傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)分開，采用兩個(gè)獨(dú)立的 ProfiBus-DP 網(wǎng)，以保證系統(tǒng)控制的快速性。同樣，PLC3 也采用相同網(wǎng)絡(luò)控制模式，遠(yuǎn)程站和轉(zhuǎn)動(dòng)各用一條ProfiBus-DP 網(wǎng)連接。PLC1 因其所控制設(shè)備的動(dòng)態(tài)快速性要求相對(duì)不是很高，而且通訊連接設(shè)備較少，將其控制的遠(yuǎn)程站和傳動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接到同一條 ProfiBus-DP 網(wǎng)上，即可滿足要求。為了保證 PLC 控制系統(tǒng)的各種 I/O 模板的一致性和安全性，數(shù)字量輸入/輸出一般采用 24 VDC模板，對(duì)于其它電壓類型的信號(hào)均經(jīng)過繼電器轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)所選 CPU 裝備了 ProfiBus-DP 接口，保證了對(duì)分布式 I/O 進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換的能力。強(qiáng)大的通訊模板允許點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，并可支持工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。

3 ?自動(dòng)化系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)分層

（1）第一層：人機(jī)接口與 PLC 之間及 PLC 彼此之間聯(lián)成以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)彼此的信息交換。通過以太網(wǎng)，把軋制工藝參數(shù)設(shè)定值和對(duì)電氣設(shè)備的操作從人機(jī)接口傳送到各 PLC，把各設(shè)備的狀態(tài)和工藝、電氣參數(shù)及故障由 PLC 收集送到人機(jī)接口的 CRT 顯示。PLC 彼此之間也通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制信息及數(shù)據(jù)的傳送。

（2）第二層：PLC 與各自的遠(yuǎn)程 I/O 站之間和調(diào)速傳動(dòng)之間采用 ProfiBus-DP 通訊網(wǎng)絡(luò)， PLC 把設(shè)定參數(shù)和控制指令傳送到各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，并收集各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)和電氣參數(shù)送到人機(jī)接口的 CRT 上顯示。

（3）各 PLC 之間能夠連接為 MPI 網(wǎng)：可實(shí)現(xiàn) PLC 之間少量快速的數(shù)據(jù)交換，MPI 網(wǎng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是連接到該網(wǎng)的編程器可以方便地對(duì)網(wǎng)上的任何一臺(tái) PLC 進(jìn)行編程。

4 ?控制程序

軋鋼生產(chǎn)線預(yù)精軋 18 架軋機(jī)后還有大盤卷的生產(chǎn)線部分。大盤卷在 18 架軋機(jī)前共用高線的 PLC 控制系統(tǒng)和程序，其單獨(dú)的生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)也同樣采用西門子 S7 系列，控制包括夾送輥、碎斷剪、加勒特線，步進(jìn)梁與輔助設(shè)備以及液壓單元和潤滑單元。系統(tǒng)采用分布式控制，每一個(gè)主要設(shè)備和過程區(qū)域都有自己專用的 PLC 系統(tǒng)，從而不但可以將故障導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間降到最少，而且使不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換減小到最少，更加使系統(tǒng)容易維護(hù)。和高線部分的控制特點(diǎn)相同，大盤卷 PLC 控制系統(tǒng)同樣廣泛采用遠(yuǎn)程 I/O 的控制方式，只要是適用的地方都采用遠(yuǎn)程 I/O，特別在控制臺(tái)與本地控制站中得到了最典型的應(yīng)用。自動(dòng)化系統(tǒng)包括一個(gè) PLC 系統(tǒng)用于夾送輥、飛剪、加勒特卷取機(jī)、步進(jìn)梁與輔助設(shè)備的控制。一個(gè)HMI人機(jī)界面用于設(shè)置、控制和監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，該設(shè)備一般位于主控制臺(tái)上，帶有單獨(dú)的人機(jī)界面，用于設(shè)置線路設(shè)備，作為控制室操作員，過程/設(shè)備界面主要執(zhí)行重要功能，例如可視化關(guān)鍵過程變量，手動(dòng)更改設(shè)定值，手動(dòng)指示設(shè)備移動(dòng)和緊急命令。PLC編程單元位于主電氣室中，用于更換和維護(hù)設(shè)備控制PLC。另外，由現(xiàn)場操作箱、手持設(shè)備或其他設(shè)備組成的現(xiàn)場操作站是車間操作員與過程/設(shè)備之間的接口，該過程/設(shè)備還執(zhí)行諸如手動(dòng)命令操作和緊急命令之類的功能，整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)置與軋鋼線的網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)置完全相同，這不僅保證了獨(dú)立系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而且使實(shí)現(xiàn)整體通信流程變得容易。

5 ?結(jié)語

宣鋼線材生產(chǎn)線PLC系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，系統(tǒng)數(shù)據(jù)量較大，人機(jī)接口和遠(yuǎn)程控制站分布范圍廣、數(shù)量多，這樣就對(duì)自動(dòng)系統(tǒng)可靠性的要求極高，這幾年通過不斷的改進(jìn)完善效果良好，完全能滿足工藝和生產(chǎn)的需要。

參考文獻(xiàn)

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