陳文武

江陰興澄特種鋼鐵有限公司花山分廠三軋鋼 江蘇無錫 214432

我廠軋鋼線主要生產(chǎn)?30-?60 棒材，使用180＊180＊6000 鋼坯經(jīng)過步進式加熱爐，高壓水除磷，粗軋6 架平立軋機架，熱剪機切頭，中軋8 架平立機架，2# 飛剪剪尾，精軋2 架平立機架，摩根減定徑機3 架平立平機架，3# 飛剪剪倍尺，冷床矯直，冷剪機剪定尺等生產(chǎn)工藝后，最終生產(chǎn)出一系列熱軋鋼材。在摩根減定機組上線改造前，廠家在線上安裝2 套穿水箱冷卻裝置，分別安裝在摩根減定徑機前后，通過2 臺75KW 工頻管道式離心泵，同時給2 套穿水裝置供水，利用穿水裝置前閥門進行水量調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對軋材表面溫度的開環(huán)控制。但是實際生產(chǎn)過程中溫度控制不穩(wěn)定，通過我廠技術(shù)人員分析，最終改造2 臺工頻75KW 管道式離心泵為1臺變頻132KW 中開泵，取消水量調(diào)節(jié)閥控制，改成PLC 程序控制、變頻器輸出、電機運行，通過安裝管道上壓力傳感器進行閉環(huán)控制，改進后穿水裝置運行壓力穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)工藝要求[1]。

1 理論分析

1.1 SIMATIC S7-300 簡介

SIMATIC S7-300 是一種通用型的PLC，能適合自動化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。采用模塊化和無風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點，使得S7-300 在生產(chǎn)制造工程、通用機械制造、專用機械制造等工業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤└鞣N控制任務(wù)時，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。

1.2 ABB 變頻器簡介

ABB 工業(yè)傳動專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計，特別適合于工業(yè)過程控制領(lǐng)域，例如紙漿與造紙，金屬，采礦，水泥，電力，化工，石油與天然氣等。ABB 工業(yè)傳動不僅可以作為完整的交流傳動，也可以作為模塊，從而滿足用戶、OEM 和系統(tǒng)集成的需求。ABB 工業(yè)傳動是具有高度靈活性的交流傳動，經(jīng)過一定的配置，能滿足工業(yè)領(lǐng)域的各種精確控制。因此按單定制服務(wù)是供貨中不可分割的組成部分。ABB 工業(yè)傳動覆蓋的功率與電壓的范圍寬，最大電壓為690V。ABB 工業(yè)傳動配有多種內(nèi)置可選項。傳動的一個關(guān)鍵特性是可編程性，因此能輕松自如的適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域[2]。

2 實施方案

2.1 電氣原理圖設(shè)計

控冷控軋穿水箱水泵電機選用功率132KW 節(jié)能型電機（型號：YX3-315M-2），因為水泵壓力控制精度要求較高且屬于重載設(shè)備，水泵控制變頻器選用大于電機功率的變頻器，本案例中選用ABB 公司生產(chǎn)的ACS880-04-505A-3+D150+N5050 變頻器，主回路變頻器供電選用315A 塑料外殼式斷路器（型號DZ20Y-400/33702）。

PLC 的數(shù)字輸出控制變頻器的使能端子XDI DI1（PLC 控制中間繼電器），當(dāng)變頻器接到命令時開始啟動；同時PLC 模擬輸出速度給定信號XAI（AI2+，AI2-），控制變頻器轉(zhuǎn)速輸出。PLC通過輸出這2 個信號控制ABB 變頻器，使水泵電機轉(zhuǎn)速可以線性調(diào)整，從而間接控制穿水箱壓力，達到工藝生產(chǎn)對水壓的要求。

2.2 硬件組態(tài)設(shè)計

本案例中使用西門子CPU315-2PN/DP（型號：6ES7315-2EG10-0AB0）系列PLC 進行控制；使用模擬量輸入模塊（型號：6ES7-331-7KF02-0AB0）對變頻器進行電機轉(zhuǎn)速、電機電流的信號采集；使用模擬量輸入出模塊（型號6ES7-332-5HD01-0AB0）對變頻器給定進行控制；使用數(shù)字量輸出模塊（型號：6ES7322-1HH01-0aAA0）對變頻器使能進行控制；通過PLC 各模塊的功能控制變頻器的運行及監(jiān)控變頻器運行狀態(tài)。

2.3 PLC 程序編寫

本案例在OB1 中調(diào)用FC 功能，所有程序都編寫在FC 塊中。恒壓控制主要用到了PID 控制，因此在程序控制過程中，需要調(diào)用FB41 功能塊并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，配合ABB 變頻器參數(shù)完成調(diào)試安裝。

（1）設(shè)定點浮點格式SP_INT 輸入給定變頻器控制信號，該案例中設(shè)定信號SP_INT：=MD72，來自WINCC6．0 設(shè)置參數(shù)。

（2）實際過程變量的模擬量PV_IN 反饋現(xiàn)場水壓信號，該案例中設(shè)定信號PV_IN：=MD102，來自現(xiàn)場安裝的穿水箱壓力傳感器。

（3）設(shè)定點和實際過程變量之間的死區(qū)，該案例中設(shè)定DEADB_W =0．1

（4）設(shè)定PID 算法作為位置算法控制，該案例中設(shè)定TI：=T#20S

（5）設(shè)置手動模式和自動模式之間切換。在手動模式下，被控量被修改成手動選定的數(shù)值，該案例中設(shè)定MAN_ON：=L0．1，邏輯控制在程序中編寫。

2.4 恒壓系統(tǒng)設(shè)計

生產(chǎn)過程中為了能夠得到恒壓力控制，首先在WINCC6．0 畫面中設(shè)置壓力參數(shù)press_set，然后通過工控機把該參數(shù)傳輸給PLC，在CPU 的程序塊中經(jīng)過換算得到參數(shù)MD72，在此需要使用FB41 對水壓力進行PID 運算，因此需要在穿水箱出口處安裝模擬量壓力檢測開關(guān)，通過檢測穿水箱水壓力傳到PLC 模擬量輸入模塊，同時需要在FB41 的模塊中設(shè)置調(diào)整參數(shù)，最終輸出參數(shù)LMN_PER 傳輸?shù)侥M量輸出模塊，通過模擬量屏蔽電纜把信號傳輸給變頻器給定端子，變頻器接收到給定信號和使能信號后，輸出變頻器的變頻電壓控制電機的轉(zhuǎn)速，電機通過彈性聯(lián)軸器驅(qū)動水泵轉(zhuǎn)動，最終得到工藝生產(chǎn)要求的水壓[3]。

3 效果評估

西門子PLC 和ABB 變頻器相互配合使用功能強大，但在實施過程中也遇到了許多問題，主要是FB41 參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致水壓控制高低變化大，不能滿足工藝生產(chǎn)要求，通過不斷優(yōu)化調(diào)整，最終通過變頻器輸出轉(zhuǎn)速趨勢圖優(yōu)化了參數(shù)，逐步改善實際使用效果，最終滿足穿水工藝生產(chǎn)要求。通過我們近半年的攻關(guān)，該系統(tǒng)已經(jīng)能夠可靠使用，為我廠減少產(chǎn)量質(zhì)量缺陷提供了可靠保障。