西門子S7-400在2800mm冷軋計算機系統改造中的應用

蒙 超

（西南鋁業（集團）有限責任公司壓延廠，重慶 九龍坡 401326）

西門子S7-400在2800mm冷軋計算機系統改造中的應用

蒙 超

（西南鋁業（集團）有限責任公司壓延廠，重慶 九龍坡 401326）

闡述了西門子S7-400在2800mm冷軋機計算機系統改造中的應用，并詳細介紹西門子S7-400系統的硬件組態、ProfibusDP和工業以太網的應用以及改造后的效果。

西門子S7-400；FM4581DP；PROFIBUS；硬件組態

0 前言

上世紀90年代中期，由日本三菱公司A系列PLC構成2800mm冷軋計算機控制系統投入運行，是冷軋機列的中樞神經。該系統從投產至今已連續運行二十多年，近幾年多次發生電子插件板硬件損壞、數據丟失、輸入輸出通道損壞等問題，同時該系統面臨淘汰，日本三菱公司已停止生產該型號產品，系統已無備件來源，僅存備件購置多年老化嚴重，一旦關鍵插件損壞和僅存備件的進一步耗用，該系統將陷入癱瘓狀態。加之該系統通信協議不標準、不開放，無法與集團公司信息化網絡系統接口，也無法對以通信方式與計算機系統進行數據傳輸的下一級傳動控制系統進行通訊。其上位機監控系統是原中南工大基于DOS系統開發的，由于受技術限制早已經不能滿足生產維護的需要，在實際生產中經常發生死機現象，而且無法記錄生產過程數據。基于以上原因，對2800mm冷軋機計算機系統的改造勢在必行。改造后的新系統將提高自動化水平、提升系統控制精度和穩定性，從而可以降低工人勞動強度，大大提高產品質量和生產效率。

1 系統硬件

根據2800mm冷軋機的工藝要求，新的計算機系統采用兩套西門子公司的SIMATIC S7-400系統，分別作機列自動化PLC和厚控AGC自動化PLC。兩套SIMATIC S7-400系統主CPU選用CPU414-2DP，同時選用CPU工藝模板FM458-1DP。FM458-1DP能夠完成高動態響應的開環和閉環控制功能，它構架于S7-400框架體系內，作為從節點通過S7-400機架總線和主CPU414-2DP通訊。通過ProfibusDP現場總線掛載站點模塊ET200M、ET200S和全數字直流調試裝置6RA70，以及以太網通訊模塊CP443-1和HIM通訊。

1.1 硬件配置

機列自動化系統PLC通過ProfibusDP接口掛載8個西門子ET200M從站、4個西門子ET200S從站、6個6RA70直流調速裝置及9個帶ProfibusDP接口的數碼顯示儀表。厚控AGC系統PLC通過ProfibusDP接口掛載2個西門子ET200M從站，8個帶ProfibusDP接口的數碼顯示儀表。機列自動化PLC和厚控AGC系統PLC和3套HMI系統通過工業以太網交換機實現數據交換。兩套系統主要硬件配置見表1和表2。

1.2 硬件組態

SIMATIC S7-400系統的組態及編程采用西門子基于Windows操作系統的STEP7。而FM458-1DP需要CFC、SFC等軟件包支持。“硬件組態”指在站窗口中對機架、模塊、分布式I/O（DP）機架、以及接口子模塊等進行排列。使用組態表表示機架，就像實際機架一樣，可以插入特定數目的模塊。在組態表中，STEP7自動給每個模塊分配一個地址，站中的CPU可以自由尋址，可以改變站中模塊的地址而無需更改模塊插槽的實際位置。2800mm冷軋計算機系統硬件組態見圖1。

圖1 系統硬件組態

2 系統網絡

2.1 ProfibusDP網絡

主站PLC通過ProfibusDP網絡與ET200從站、全數字直流調速裝置6RA70之間實現通訊。將現場分布復雜且繁多的數字量、模擬量信號先采集到現場的ET200從站，然后通過ProfibusDP總線傳送至主站并接受主站的控制信號。這樣可以減小現場施工難度，同時節約大量電纜，可以節約至少20%的改造費用。

2.2 工業以太網絡

兩套S7-400系統PLC通過CP443-1通訊模板接入到工業以太網交換機和其它3套上位機PC（基于WINCC人機界面）通過TCP/IP協議連接來進行數據交換。其中遠程上位機PC和AGC-PLC利用光纖切換模塊（OSM）接入工業以太網交換機，可以有效避免遠距離通訊的干擾問題。系統網絡圖見圖2所示。

圖2 2800mm冷軋計算機系統總網絡圖

3 實施效果

系統改造后經過一段時間實際運行效果顯著。主要表現有以下幾方面：

（1）提高了2800mm冷軋機的自動化程度。系統實現了軋輥壓力和位置控制、自動對輥控制、板材軋制厚度控制、卷徑計算、軋機全線速度同步控制、主機傳動速度控制、左右卷取機和開卷機傳動系統速度張力控制、壓下系統控制、液壓彎輥系統邏輯控制。實現通過軋制表參數自動調節輥縫位置、目標厚度設定、張力設定、速度設定等，提高了系統自動化程度，減輕了工人勞動強度。

（2）系統實現了軋制過程監視、生產過程參數實時記錄和修改功能。新系統通過上位機PC畫面可以監控整個生產過程，了解實時生產情況。上位機監控畫面由軋機生產主畫面和AGC監控主畫面組成。軋機生產主畫面包含系統狀態子畫面、液壓系統子畫面、報警系統子畫面等，AGC監控主畫面包含對輥子畫面、軋制表管理子畫面等。生產過程參數記錄功能實現了對主要的過程參數實時趨勢曲線顯示和歷史趨勢曲線記錄。為故障進行分析和優化工藝參數的設定計算提供了實際數據。

（3）提高了產品質量和成品率。由于新系統穩定可靠并采用了全新的控制技術和算法，系統實現了帶材卷徑計算、轉動慣量動態補償、摩擦補償、速度張力控制、斷帶和超速保護功能。有效提高了板材質量和成品率。

4 結束語

S7-400系統投入運行以來生產穩定、效果良好。通過生產人員反映和實際使用情況表明新系統穩定可靠，有效提高了2800mm冷軋機的生產水平和自動化程度，也使生產的操作更加簡便，降低了工人的勞動強度和維護的強度，完全達到預期的設計目標。

（編輯：楊毅）

Application of Siemens S7-400 in Computer System of 2800mm Cold Rolling Mill

MENG Chao
(Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

Application of Siemens S7-400 in computer system of 2800mm cold rolling mill is expounded in the paper. Hardware configuration of Siemens S7-400 system, ProfibusDP and industrial Ethernet and the effectiveness after transformation are introduced in details.

S7-400; FM4581DP; PROFIBUS; hardware configuration

TG334.9+1

B

1005-4898(2014)04-0041-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.10

蒙超（1983-），男，四川南部縣人，大學本科。

2014-06-10