液壓在線監控系統在步進梁液壓系統中的應用

徐萍

【摘 要】首先做了步進梁液壓在線監控系統方案的比較，接著論述了步進梁液壓監控系統方案的比較，方案的確定，實際的監控模型以及該監控系統的主要配置。

【關鍵詞】液壓；在線監控；系統方案；組成

【Abstract】This chapter first do the walking beam hydraulic scheme comparison of on-line monitoring system， then discusses the walking beam hydraulic scheme comparison of the monitoring system， the determination of scheme of actual monitoring model， and the main configuration of the monitoring system.

【Key words】Hydraulic pressure； Online monitoring； System solutions； Composition

1 步進梁液壓在線監控系統方案的比較

根據原系統存在的主要問題，本項目有三種可能的監控方案，三種監控方案中的監測部分都采用組態軟件實現，液壓系統及其控制部分的三種方案如下：

1）開式系統，錐閥控制，重新設計電控系統；

2）閉式系統，采用機一液伺服變量泵，四級調壓不變，電控系統不變；

3）閉式系統，采用電液比例變量泵，取消四級調壓，原電控系統不變，新增控制器。

方案1）：優點是結構簡單，通流量大，功能明確。缺點是系統采用開式系統，油液容易污染；原升降水平切換控制閥和升降油缸控制閥采用的插裝閥，現要求將其改為錐閥，改造的牽涉面大，特別是電控系統、PLC程序全部需要重做，改造周期長。

步進梁液壓在線監控系統方案的比較

根據原系統存在的主要問題，本項目有三種可能的監控方案，三種監控方案中的監測部分都采用組態軟件實現，液壓系統及其控制部分的三種方案如下：

1）開式系統，錐閥控制，重新設計電控系統；

2）閉式系統，采用機一液伺服變量泵，四級調壓不變，電控系統不變；

3）閉式系統，采用電液比例變量泵，取消四級調壓，原電控系統不變，新增控制器。

方案1）：優點是結構簡單，通流量大，功能明確。缺點是系統采用開式系統，油液容易污染；原升降水平切換控制閥和升降油缸控制閥采用的插裝閥，現要求將其改為錐閥，改造的牽涉面大，特別是電控系統、PLC程序全部需要重做，改造周期長。

2 步進梁液壓在線監控系統方案的確定

武鋼熱軋廠4號步進加熱爐是武鋼的關鍵設備，是熱軋廠的效益增長點，因此，廠方不可能因為液壓監控系統的改造而讓步進加熱爐長時間的停產，只能利用其正常的檢修時間來進行設備的改造和施工。因此，泵控方式和改造時間成為我們在選取方案時考慮的主要因素。對比以上可能存在的三種方案，我們決定選取方案3作為我們的最終方案。

液壓系統調速方面：取消原來的四級壓力控制，采用比例變量泵控制，比例變量泵選用力士樂公司生產的標準泵。比例變量泵的變量機構由比例閥控制，速度模擬信號通過比例放大器輸入到比例閥的電磁鐵，根據泵的輸出流量與輸入電流成正比的關系，來控制泵的輸出，從而達到調速的目的。原升降水平切換控制閥和升降油缸控制閥采用的插裝閥，現將其改為力士樂公司生產的標準閥。

電氣系統方面：在不影響原電控系統和55PCL控制程序的情況下，取消由原55PCL控制的繼電器系統，新增一臺控制器，實現比例變量泵的控制和系統的監測。

監測系統方面：增加一套操作站，操作站和新增控制器通訊。一方面監測系統中新增加的模擬量和開關量；另一方面將原5S中的各種模擬量和開關量采用通訊的方式傳到新增加的控制器中以實現對原系統各主要參數、電氣節點、步進梁的位置和具體的運行情況的監測。

項目施工方面：考慮到利用檢修時間進行施工的因素，我們不可能一次性地對該項目進行施工，而是采取了分期施工的方案：首先完成一臺泵組的施工，在該泵組運行正常的情況下進行其余三臺泵組的施工，最后完成控制器和原5S之間的通訊以實現系統的監測。

3 步進梁液壓在線監控系統的組成

根據廠方的改造要求，現場信號的監測不采用設備總線的形式，而采用電纜和PCL直接相連，監控系統不設廠級監視診斷層，只設設備層和車間監控診斷層。

監控的主要內容有：電機狀態，截止閥狀態，電磁鐵狀態，泵出口壓力狀態，液位狀態，油溫狀態，加熱器狀態，主泵各主要參數，步進梁工作狀態，步進梁位置以及通過監控制程序產生的系統故障報警等。

由于選用的監控方案不影響原電氣系統，所以，系統中大部分的監控內容由原5S完成，7S除負責新增部分的監控內容外，還要負責由5S通過PROF工BUS-FDL網絡傳送過來的系統狀態。監控系統的實際組成框圖如圖1所示。

4 步進梁液壓在線監控系統的配置

系統主要由控制和監測兩部分組成，主要配置有：上位機、控制器、比例放大器、傳感器、智能儀表、通訊網卡和通訊電纜等。

控制器由于原來的系統采用的是西門子的s5控制器，為了和原來的系統更好的兼容，我們在選擇新增加的控制器時，選擇了西門子公司的7S-300可編程控制器。它能滿足中等性能要求的應用，應用領域相當廣泛。其模塊化、無排風結構、易于實現分布、易于被用戶掌握等特點使得7S-300成為各種從小規模到中等性能要求控制任務的方便又經濟的方案。57-300具有多種性能遞增的cPu和豐富的且帶有許多方便功能的1/0擴展模塊，使用戶可以完全根據實際的應用選擇合適的模塊。當任務規模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用附加的模塊對PLC進行擴展。西門子57-300所具備的高電磁兼容性和強抗振動， 抗沖擊性，更使其具有最高的工業環境適應性。7S-300具有高效的工程軟件，全集成自動化帶來的集成性和應用程序的可重用性可以帶來更低的市場響應時間。此外，57-300系列還具有模塊點數密度高，結構緊湊，性價比高，性能優越，裝卸方便等優點。

在確定PLC所需要的模塊之前，我們對控制對象和控制任務進行了分析和統計，本系統需要以下不同的1/0點：

數字量輸入點（Dl）：犯點。其中24點接原系統55PLC控制器的繼電器的輸出，步進梁的動作由此24個繼電器控制。由于s5和s7的通訊放在第三階段實行，因此，在第一施工階段、第二施工階段，此24點輸入是必須的。另外8點分別用來設置四個比例放大器的狀態：一個放大器需兩個旋鈕，一個控制放大器的停止和工作，一個控制放大器的自動和調試。

數字量輸出點（DO）：5點。其中4點是用來控制放大器使能繼電器的；另外1點用來控制故障燈。

模擬量輸入點（Al）：24點。其中4臺泵的手動給定4點4臺泵的傾角傳感器4點；4臺泵的零點調整4點；4臺泵的比例電磁鐵8點。

模擬量輸出點（AO）：16點。其中4臺泵的放大器給定4點；4臺泵的放大器給定百分比顯示儀表4點；4臺泵的比例電磁鐵兩邊電流之差百分比顯示儀表4點；4臺泵的流量百分比顯示儀表4點。系統所需要的信號模塊如表1所示。

由以上分析可知，系統的信號模塊較多，一個機架安裝不下，因此，在系統中還需要相應的接口模塊以擴展機架。另外，由5S和7S通訊的需要，還需要在系統中設置通訊模塊。各模塊的功能如下：

電源模塊PS307-10A：將市電電壓（130V/230V）轉換為24V直流工作電壓，為57-300CPU提供工作電源。

CPU模塊CPU315-ZDP：執行用戶程序；為7S-300背板總線提供SV電源；其上的MIP口或者PROIFBUS口用來和上位機中的iWnCC進行通訊，與上位機中的iWnCC進行通訊時，要在上位機上安裝CP5611或者C5P613的網卡，本項目中上位機安裝的是CP56n網卡。

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[責任編輯：湯靜]