無縫鋼管自動化生產控制系統實現

田春雷

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

關鍵詞：鋼管生產；PLC；PROFIBUS-DP；工業以太網

引言

我國無縫鋼管生產線建立較晚，于上世紀中期才成功生產出第一根無縫鋼管，近些年，隨著我國經濟建設的發展，對無縫鋼管的需求也越來越大，在這一需求的強勁拉動下，在我國出現了一撥又一撥對無縫鋼管生產線投資的熱潮，大量資金的進入極大加快了我國無縫鋼管的生產的步伐，許多新的生產工藝、生產設備被引入，無縫鋼管無論是在數量還是在質量上都有很大提高，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數量和質量得到了很大的提高，但與國際上無縫鋼管生產強國相比，無縫鋼管的生產技術、生產設備還有很大的差距，在國內市場上直接表現為一些高附加值、優質的無縫鋼管主要還是依靠進口，因此在現階段還必須加大投入，利用現代化技術，積極升級改造主要分布在中小企業車間的落后無縫鋼管生產線，借助計算機信息化技術，可以提高無縫鋼管的生產效率，提升無縫鋼管的質量，進而在激烈的市場競爭中取得優勢。

1 PROFIBUS-DP現場總線

PROFIUS-DP 現場總線具有多種組態方式，即可以構成單主站系統又可以組成多主站系統。每個基于PROFIBUS-DP 現場總線的控制系統可包括以下三種不同類型設備。

PROFIBUS-DP組態非常的靈活，在一條總線中，既可以有一個主站，也可以有多個主站，根據在總線中的功能不同，總線中的設備可以分為三類。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軟件，屬于操作設備，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，用戶可以設置、監測整個系統的運行；在PROFIBUS-DP現場總線中，數量眾多的是DP從站，這些設備一方面可以將自身采集的數據發送到主站，另一方面也可以從主站接收信息以完成相應的控制，在本案例的無縫鋼管生產線種類和數量都很多，主要有直流驅動器、S7-200 PLC以及遠程I/O設備等。

2 某公司無縫熱軋鋼管自動控制系統的構成

2.1 無縫鋼管自動化生產控制系統組成

整個無縫鋼管自動化生產線上的設備由一條PROFIBUS-DP現場總線相連，所有連接該總線的設備都需要有PROFIBUS-DP總線電氣相兼容的通信接口，具有這樣通信接口的設備分散在整個生產車間，在無縫鋼管自動化生產線上的傳感器、控制儀表以及電動機控制設備所需接收和發送的信息量較少，但為了達到對整個現場設備的精準控制，在生產時，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控制系統組成。

圖1 無縫鋼管自動化生產控制系統

從無縫鋼管自動化生產控制系統圖可以看出，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備交換信息。圖中的工控機是PROFIBUS-DP現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線上各設備的監控和參數設置。無縫鋼管生產線上的設備種類很多，根據不同種類設備的特點，采取了不同的方式接入到總線，其中一些簡單的I/O設備，通過接入西門子ET200與總線相連，這類設備數量眾多，主要分布在矯直機組區、軋輥機區、穿孔機組區以及加熱爐區；各種主傳動電機通過西門子的全數字直流調速裝置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過程監視軟件實現整個系統的組態以及對整個系統的監控，上位機軟件主要實現如下功能：

（1）對生產線的監控：在組態成功后，工控機能夠實時獲取到整個系統的運行參數，借助這些從系統中獲取的數據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的運行情況。由于需要監控的設備眾多，為了能夠更清晰了解各區生產的細節，制作了多個實時界面，例如為了監控穿孔輥的位置以及設置相關的參數，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線穿孔的生產過程，在出現問題時，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：整條無縫鋼管生產線大部分時間都能正常平穩運行，對于偶爾出現的故障，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現問題，并做出相應的處理，所有的報警都會有記錄，用戶可以借助查詢，很容易發現某個設備在某段時間出現的故障信息。

（3）歷史數據存儲以及報表功能：在生產過程中各設備發送過來的歷史數據以及操作員對系統操作的歷史數據，上位機都會分類存儲在本地硬盤，此外上位機還能根據用戶的要求自動生產報表。歷史數據對于查找問題，調整控制流程非常重要，例如軋輥的準確位置對于生產出合格的無縫鋼管非常重要，借助歷史數據，操作員可以調整軋輥位置控制算法，找出最優位置，確保生產出合格優質的無縫鋼。

參考文獻

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