PLC在軋鋼生產線的應用

王榮耀

摘 ? 要：本文主要介紹軋鋼生產線的三級控制系統和兩層通訊網絡構成，軋鋼工程采用的西門子S7-300及S7-400系列產品，以及主操作室兩個操作站的軋制表的錄入和修改，故障報警的存儲、顯示和打印，工藝參數的預設定和修改，主軋線模擬圖及軋線跟蹤畫面等，還包括軋線各參數的動態顯示，包括軋機速度、軋制負荷電流、微張力、活套高度等。

關鍵詞：PLC ?CPU ?ProfiBus ?I/O

中圖分類號：TG334.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（b）-0069-02

1 ?引言

高速線材是宣化鋼鐵集團有限責任公司的第三條軋鋼生產線。該生產線主要軋制大型卷材，年設計生產能力為60萬t。進入生產后，該生產線還成功軋制了一個大型的100t卷材。生產線自動化PLC系統主要使用西門子產品，包括S7-200，S7-300和S7-400系列產品。產品選擇比較新，穩定性好。西門子6RA70主要用于生產線的傳動設備部分，西門子6RA70直流調速器和6SE70變頻調速器。生產線自動化系統由三級控制系統和兩層通訊網絡組成，基本自動化系統使用西門子最新的PLC S7-400和PLC S7-300系列產品，西門子S7系列產品功能強大且配置靈活，自動系統的穩定性是設備運行穩定的重要保證。

2 ?三級系統的接入

2.1 主要功能

生產線的主操作室主要包括在線操作和監控功能，兩個主軋制操作站由生產線仿真圖，軋制線跟蹤屏幕等組成，實現對在線設備的操作與監視，例如對軋制工藝參數輸入和更改，設備故障報警和存儲、提示和打印，工藝參數預設和更改，該系統包括軋制線生產過程中的負載電流、過鋼速度、軋機微張力、過程參數的動態顯示、活套高度等。主電氣室操作站有兩臺計算機，主要用于故障診斷、故障恢復、系統維護等。它具有用于主驅動器和輔助驅動器的實時電流和速度數據收集，更完整的故障警報和歷史記錄曲線。 HMI自動化屏幕是監視所有現場信號以及實時軋制過程和設備故障診斷的窗口和有用的工具，使維護人員可以在主電氣室中對整個生產線進行在線維護。

2.2 基礎自動化系統

基礎自動化控制系統由五臺S7—400 PLC構成。其中四臺用于高線部分控制，另一臺用于大盤卷部分控制。基礎自動化系統由四臺 PLC 完成全部自動化控制功能：

PLC1：用于加熱爐區設備控制，采用一塊 CPU 414-2DP，控制包括爐區輥道傳動，裝鋼、出鋼，步進梁等設備的自動化運行。

PLC2：用于主軋線控制，采用一塊 CPU416-2DP，包括從 1 架前夾送輥至吐絲機的速度級聯控制、速度沖擊補償、活套控制、水冷控制、軋機的換輥控制、軋件跟蹤、故障的檢測、報警、聯鎖及相應介質系統的信號交換等等。

PLC3：用于集卷收集區的設備控制，采用一塊 CPU 414-2DP，包括散卷風冷輥道、風冷電機、集卷站的傳動、自動化連鎖控制等。

PLC4：采用一塊 CPU414-2DP，用于手動、自動換輥控制。大盤卷 PLC：采用雙 CPU 結構，都為 CPU 414-2DP，用于控制大盤卷區域設備，一塊 CPU 主要控制飛剪等設備的運轉，另一塊 CPU 主要控制卷曲區、步進梁區、傾翻區設備等。每套 PLC 均配置一定數量的遠程 I/O 站，由于現場的檢測信號分布零散，點多面廣，所以在合理的位置上設置相對集中的遠程 I/O 站，這樣現場的檢測信號、操作臺和操作箱上的操作和顯示信號，均連接到就近的遠程 I/O 站上。PLC2 控制主軋線， 由于在高速軋制過程中， 系統的快速響應會直接影響到控制精度和產品質量，所以將遠程 I/O 站的通訊網絡和傳動調速系統的通訊網絡分開，采用兩個獨立的 ProfiBus-DP 網，以保證系統控制的快速性。同樣，PLC3 也采用相同網絡控制模式，遠程站和轉動各用一條ProfiBus-DP 網連接。PLC1 因其所控制設備的動態快速性要求相對不是很高，而且通訊連接設備較少，將其控制的遠程站和傳動系統聯接到同一條 ProfiBus-DP 網上，即可滿足要求。為了保證 PLC 控制系統的各種 I/O 模板的一致性和安全性，數字量輸入/輸出一般采用 24 VDC模板，對于其它電壓類型的信號均經過繼電器轉換。本系統所選 CPU 裝備了 ProfiBus-DP 接口，保證了對分布式 I/O 進行快速數據交換的能力。強大的通訊模板允許點對點通訊，并可支持工業以太網進行通訊。

3 ?自動化系統通訊網絡分層

（1）第一層：人機接口與 PLC 之間及 PLC 彼此之間聯成以太網，實現彼此的信息交換。通過以太網，把軋制工藝參數設定值和對電氣設備的操作從人機接口傳送到各 PLC，把各設備的狀態和工藝、電氣參數及故障由 PLC 收集送到人機接口的 CRT 顯示。PLC 彼此之間也通過以太網實現控制信息及數據的傳送。

（2）第二層：PLC 與各自的遠程 I/O 站之間和調速傳動之間采用 ProfiBus-DP 通訊網絡， PLC 把設定參數和控制指令傳送到各調速傳動系統，并收集各調速傳動系統的狀態和電氣參數送到人機接口的 CRT 上顯示。

（3）各 PLC 之間能夠連接為 MPI 網：可實現 PLC 之間少量快速的數據交換，MPI 網的另一個優點是連接到該網的編程器可以方便地對網上的任何一臺 PLC 進行編程。

4 ?控制程序

軋鋼生產線預精軋 18 架軋機后還有大盤卷的生產線部分。大盤卷在 18 架軋機前共用高線的 PLC 控制系統和程序，其單獨的生產線自動化系統也同樣采用西門子 S7 系列，控制包括夾送輥、碎斷剪、加勒特線，步進梁與輔助設備以及液壓單元和潤滑單元。系統采用分布式控制，每一個主要設備和過程區域都有自己專用的 PLC 系統，從而不但可以將故障導致的停機時間降到最少，而且使不同系統之間的數據交換減小到最少，更加使系統容易維護。和高線部分的控制特點相同，大盤卷 PLC 控制系統同樣廣泛采用遠程 I/O 的控制方式，只要是適用的地方都采用遠程 I/O，特別在控制臺與本地控制站中得到了最典型的應用。自動化系統包括一個 PLC 系統用于夾送輥、飛剪、加勒特卷取機、步進梁與輔助設備的控制。一個HMI人機界面用于設置、控制和監視設備運行狀態，該設備一般位于主控制臺上，帶有單獨的人機界面，用于設置線路設備，作為控制室操作員，過程/設備界面主要執行重要功能，例如可視化關鍵過程變量，手動更改設定值，手動指示設備移動和緊急命令。PLC編程單元位于主電氣室中，用于更換和維護設備控制PLC。另外，由現場操作箱、手持設備或其他設備組成的現場操作站是車間操作員與過程/設備之間的接口，該過程/設備還執行諸如手動命令操作和緊急命令之類的功能，整個自動化系統的網絡通訊設置與軋鋼線的網絡通訊設置完全相同，這不僅保證了獨立系統的穩定運行，而且使實現整體通信流程變得容易。

5 ?結語

宣鋼線材生產線PLC系統自動化水平高，系統數據量較大，人機接口和遠程控制站分布范圍廣、數量多，這樣就對自動系統可靠性的要求極高，這幾年通過不斷的改進完善效果良好，完全能滿足工藝和生產的需要。

參考文獻

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