西門子PLC在冷軋生產自動化控制中的應用

楊曉雯

（河鋼邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

隨著工業現代化的發展，自動化控制技術已在各種工業生產裝備中得到廣泛應用，以其自動化運行、高精度控制、在線運行監測等技術特點受到各類工礦企業的青睞，為企業高質量、快節奏生產提供了技術保障。自動化控制技術是以PLC（可編程邏輯控制系統）為核心的程序系統，可預先進行編程之后通過建立控制系統與電氣設備之間的通信，便可使電氣設備按照既定的程序自動運行，實現電氣設備的無人化或是少人化操作。邯鋼冷軋生產線采用了西門子公司的自動化控制技術，該技術完全采用Simatic S7可編程邏輯控制器，借此可以使用標準化應用程序模塊進行編程，從而為電氣設備的自動運行搭建了平臺。它的應用為企業生產注入了新的活力，在解放人力的同時，降低了企業生產成本，極大地提高了企業的生產效率和產品質量，是未來工業發展的方向。本文對西門子PLC在冷軋生產自動化控制中的應用進行了探討。

1 西門子PLC的介紹

PLC又稱之為可編程邏輯控制系統，是一種應用于工業環境下的數字運算系統，具有時間控制、順序控制等功能，可使電氣設備按照內置程序按照一定的時間順序自動啟停運行。PLC主要由微處理器、電源、編程器、I/O接口、輸入/輸出拓展單元等幾部分組成。PLC在運行時，通過與現場傳感器建立通信，控制輸入和輸出，按照內置程序和生產運行情況對執行機構發出相應的控制指令，從而實現對壓力、溫度等各類生產工藝參數的實時監控和在線準確調節。基于PLC的自動化控制系統具有體積小、重量輕、硬件配套齊全、使用維修方便、適用性強、運行平穩、抗干擾能力強的技術優點，以其自動控制的可靠性、準確性和及時性在電氣控制領域得到了廣泛的應用，改變了過去工業生產勞動環境惡劣，效率低下，危險性高的面貌，非常適合在冷軋生產線中使用。

2 冷軋機組控制要求和組態構建

冷軋生產線由多道生產工序組成，包括：酸洗、脫脂、罩退、卷曲等環節。要求系統具有顯示和直接操作功能，可以在監控界面實時顯示各種參數、工藝曲線，并對這些參數進行遠程調節。

2.1 硬件組態

冷軋控制系統采用目前比較先進的西門子S7-300/400PLC及其配套的數字量/模擬量及數據通信模塊，人機交互采用西門子WINCC工業級監控軟件。軋區采用Simatic-TDC進行工藝控制的網絡通信；平整區由西門子S7400PLC和一套TDC系統分別進行程序控制和主令控制。其中PLC搭載的CPU模塊中集成有DP接口和MPI接口，可用于實現PLC與現場檢測元件之間的通訊和采集監控系統數據。系統硬件包括CPU單元、通訊處理器、輸入/輸出模塊、I/O模塊、遠程子站等幾部分。硬件組態主要是完成硬件的參數設置，設定總站地址和建立通訊線路。首先使用SIMATIC STEP7軟件建立工作站，然后打開硬件組態程序將各功能模塊拖放到組態表中即可。

2.2 軟件組態

軟件組態采用WinCC軟件，主要是根據使用需求建立方便人員監控和操作的人機交互界面，并進行控制程序的編輯。WinCC具有豐富的菜單選項、設置項目和可視窗口，并且功能齊全，用戶可在其友好界面下進行軟件組態和編程。冷軋生產線的軟件組態可分為監控與遠程操作兩個部分，根據生產需要，實時監控畫面應包括各工序電機運行參數、軋制速度、張力值、軋制力、液壓系統油溫和壓力等等。控制室人員可通過監控畫面實時掌握各工序運行和工藝指標的變化情況；同時，控制室人員還可在監控畫面通過鼠標完成對各種電子閥門和液壓泵站的調節，實現對工藝的遠程操作。

2.3 通信組態

S7400PLC的CPU模塊集成有DP和MPI兩種通信接口，有工業以太網、DP與點對點等多種通信模塊，可實現CPU與分布式I/O模塊之間周期性的自動數據交換，從而實現CPU模塊對各種電氣執行機構的控制。

3 PLC在冷軋生產自動化控制中的應用

3.1 在自動故障診斷中的應用

西門子S7-300/400PLC都具有硬件故障自動檢測功能，在硬件出現故障時可發出報警信息，甚至可以自動進行相關的保護操作。如此既可以保護軋鋼設備，同時也有利于故障查找和設備檢修。

PLC主要是通過接收模擬量和數字量信號，并將信號與標準參數相比對來進行故障診斷和判斷是否發出報警。當接收信號的模擬量值處于PLC設定的報警值區間時，PLC就會啟動開關量模塊主要發出信號，報警并輸出診斷結果；緊急狀況下甚至會控制執行機構進行緊急停車。

3.2 在電氣設備控制中的應用

冷軋機組控制系統采取的是計算機系統與PLC系統聯合控制的方式，兩者之間使用PPI通信模塊，使用虛擬量開關進行邏輯控制。在對電氣設備的控制中，PLC語言在經過編碼器處理后，通過I/O接口、輸入/輸出模塊進行模數轉換和信號傳輸，從而實現對各種電子閥門及對應流量、壓力、溫度等持續變化模擬量的遠程閉環控制。

人員在操作界面設定一定的調節值，該調節值的模擬量信號就會通過搭建的通訊網絡傳輸至執行機構，控制執行機構動作完成對相應參數指標的調節。PLC與上位機以及與其它設備之間的通信都是采用CNC通信方式來進行反饋調節的，這種通信方式也保證了數據顯示的實時性和反饋調節的同步性，盡可能地保證了自動控制的及時性和準確性。