基于冷軋自動化技術的西門子控制系統

霍巖巖 謝海云

（邯鄲卓立精細板材有限公司，河北 邯鄲056700）

1 過程自動化的概念

可概述為：在生產的軋制過程中，通過采用反映軋制過程變化規律的數學模型、自動控制裝置、計算機及其控制程序等，使各種過程變量（如流量、溫度、張力和速度等）保持在所要求的給定值上，并合理地協調全部軋制過程以實現自動化操作的一種先進技術。 由于對冷軋薄板質量的要求越來越嚴，因此計算機控制系統已是冷連軋不可缺少的組成部分。

2 冷軋過程自動化部分

冷軋過程自動化的概念可概述為：在生產的軋制過程中，通過采用反映軋制過程變化規律的數學模型、自動控制裝置、計算機及其控制程序等，使各種過程變量（如流量、溫度、張力和速度等）保持在所要求的給定值上，并合理地協調全部軋制過程以實現自動化操作的一種先進技術。 由于對冷軋薄板質量的要求越來越嚴， 因此計算機控制系統已是冷連軋不可缺少的組成部分。二級計算機系統在生產中的作用：它利用材料跟蹤功能來支持生產；利用模型計算出設置值，并把這些設置值送到現場級，這樣可以減輕現場控制系統的壓力，也可以統一產品質量；利用神經網絡可以多次計算設定點來優化產品；并且可以使操作簡單化，解放了大量的勞動力，日志功能可以給工程師等人提供技術參數支持；所以二級計算機實現了現代的、先進的工業自動化。

3 基礎自動化

基礎自動化系統（L1 級）主要由PLC，遠程I/O 和HMI 組成，控制生產線的運行。 其功能主要包括生產線的各種傳動控制，工藝和儀表的開環和閉環控制，采集生產線的重要狀態信息，質量數據和消耗量數據， 并報送二級系統。 提供操作員畫面， 方便生產線的操作和維護。 其中HMI 是基于服務器和客戶機原理，相互之間以及與自動化系統之間通過快速以太網連接。 服務器負責過程通訊，數據存儲以及與客戶機通訊?？蛻魴C作為操作站，顯示服務器發來的數據，接受操作工的輸入并傳送給服務器。 同時采用SIEMENS WinCC（Windows Control Center——窗口控制中心）系統軟件包作為HMI 的核心軟件，具有實時監控、歷史趨勢圖和報表、故障信息、良好的人機界面、豐富的圖形庫、過程控制功能塊和數學函數、數據采集、監視和控制自動化過程的強大功能，是基于個人計算機的操作監視系統。

冷軋項目所用到的基礎自動化控制系統所用到的產品介紹: 冷軋項目各個生產機組的基礎自動化系統主要采用西門子的S7-400 系列PLC 和WinCC 系統，PLC 控制系統與人機接口的WinCC 均為西門子公司產品，所以控制系統在以太網及Profibus－DP 網通訊上比較簡單、易維護。

4 硬件組態

如圖1 所示， 采用西門子S7-400 系列PLC 作為AGC 系統的核心控制單元。 利用FM485 功能模板提高了AGC 系統實時性的同時，也與分散的ET2 00 通訊模塊組成FROFIBUS-DP 網絡， 進而減少了主站與測量點的接線。 人機界面采用西門子公司生產TP27-6 觸摸屏， 使用S7-400 系列的443-1CPU 完成主站與人機界面計算機的通信。 位移信號的測量采用德國生產的MTS 絕對值傳感器，左／右卷機的轉速測量選用增量編碼器， 利用FM485 功能模板上的絕對值和增量編碼器模塊讀取位移和轉速值。相對于液壓壓下伺服機構的位置內環控制(APC)而言，AGC 是鋁箔厚度的外環控制，其 輸出信號主要是用來修正位置內環的輥縫設定值，通過液壓伺服驅動，使軋輥快速動作，以達到迅速消除厚度誤差的目的。

該控制系統采用雙閉環控制方式，測厚儀、S7-400 系列PLC 和軋機構成鋁箔厚控制的外環， 該外環控制由厚度監控環的下位機完成。內環使用了兩個閉環，分別是控制伺服液壓缸的位移傳感器回路和液壓壓下伺服機的壓力傳感回路。

圖1

圖2

5 軟件組態

這個系統的軟件采用Wincc 軟件，Wincc 使用非常方便、 功能也很齊全，用戶可以進行組寒、編程和數據管理，操作畫面、控制畫面、監視畫面、實時曲線、歷史曲線等非常齊全。下面介紹一下操作畫面和控制畫面：

操作畫面：

通過系統控制液壓泵站，自動控制油溫，如果出現油溫異常、壓力異常、油液潔凈度下降、液位低等立即報警，提醒操作人員及維護人員注意，便于維護。

控制畫面：

系統實時監控開卷機、卷取機、主機的運行是否良好，里面所有的直流電機的運行狀態都可以監控——電樞電流、軋制速度、開卷，卷取卷徑值、前后張力給定值，入口/出口厚度、軋制力、彎輥力、軋制油溫度及壓力顯示，軋制液噴射狀態。

6 實踐應用

基于PLC 和AGC 的鋁箔板厚度控制系統在產品生產中獲得了令人滿意的效果。 針對厚度為0.1 mm 的鋁箔板，AGC 控制厚度在20μm 范圍內的比例為95%，遠遠高于人工軋制78%的比例，事實驗證， 本方案所采取的模糊PID 控制器完全能滿足鋁箔 板厚度控制的要求。

7 結論

在實際使用過程中，FM458 工作穩定可靠， 編程功能強大且易于修改維護，并能很好地融入到S7-400 的控制系統中。鋁箔厚度在基于S7-400PLC 的AGC 系統作用下，滿足了預期的效果。 具體生產過程驗證了在鋁軋機上安裝AGC 系統提高了軋機精度的同時，也方便了現場操作人員的人 工操作。 基于S7-400 的AGC 系統人機界面友好、維護方便、成本投入低的優點，對我國鋁箔生產產生了較大的社會效益和經濟效益。

［1］矯志杰,何純玉,牛文勇,劉相華.中厚板軋機全自動軋鋼控制功能的在線實現[J].東北大學學報：自然科學版，2005（08）.

［2］楊玉杰,周建宏.漿紗機卷取系統的PLC 智能控制[J].電氣開關，1999（06）.

［3］吳彬,陳海耿.帶鋼廠熱軋機組層流冷卻數學模型[J].黃金學報，2001（04）.