西門子S7-1500在高線集卷系統的應用

魏建宏，張智應，王保勤，王朝輝，郝虎光，周銀龍

（山西中陽鋼鐵有限公司技術中心，山西 呂梁 033400）

集卷收集系統布置在高速線材生產線散冷輥道末端，用于將散狀線圈收集成均勻、整齊的盤卷，并使之掛在PF運輸線的C型鉤上，是高線的關鍵設備，其運行效率及穩定性直接決定著整個生產線的生產節奏，為提高集卷系統效率及運行穩定性，中陽鋼鐵有限公司對二高線集卷系統進行了改造，將原雙芯棒式集卷站改為立式卷芯架集卷系統，采用西門子S7-1500控制系統。

1 工藝設備簡介

中陽鋼鐵有限公司二高線集卷系統采用的是森德斯立式卷芯架集卷系統，主要設備包括帶有布料器的集卷筒、集卷站、立式輸送系統、傾翻和轉運站等，下圖1為立式卷芯架集卷系統結構示意圖。

圖1 立式卷芯架集卷系統結構圖

1.1 帶有布料器的集卷筒

該部分主要包括集卷筒、中心錐頭、分離指、布料器及電氣驅動裝置，散冷輥道上的線卷在下落的過程中受到布料器的控制，帶有拖板的布料器讓卷沿圓周分布均勻，將線卷的圈與圈規則疊落，能夠很好地改善卷形并降低卷的高度。

1.2 集卷站

集卷站包括收集托臂、液壓對中裝置及電液控制系統。盤卷收集托臂隨著卷的繼續收集緩慢下降，但保持卷的頂面一直在集卷筒內。整個卷收集完成后，盤卷收集托臂降下來將卷放到立式盤卷托盤上，這時分離指閉合。托盤對中裝置松開，放好卷的托盤駛出集卷位置，下一個空的托盤駛入集卷位置。

1.3 立式輸送系統

立式輸送系統包括支撐機構、輸送機、旋轉臺、盤卷托盤及電控系統，輪式輸送機用來定位和驅動放在它上面的立式盤卷托盤。

1.4 傾翻

傾翻裝置將裝有線卷的立式盤卷托盤翻轉為水平方向，也就是轉運小車接卷的位置，翻轉和鎖定及托盤活動臂的動作都是由液壓驅動。

1.5 轉運站

通過轉運小車將立式盤卷托盤上的線卷掛到PF線的鉤子上。

2 控制系統架構及功能

此套系統的控制器采用西門子S7-1500 PLC作為主控制器，傳動部分采用西門子G120變頻器，使用TIA V15.1編程軟件，HMI TP1500操作面板。S7-1500 PLC通過PROFINET總線與散冷輥道系統、PF輸送線系統通信，完成系統整體控制，實現對系統運行狀態的實時監控及操作。控制系統架構如下頁圖2所示。

圖2 系統硬件配置

集卷收集系統主要以順控為主，實現了自動運行、集中手動運行、機旁手動運行等運行模式，在生產中通常用自動運行模式，該模式下需保證光電開關信號穩定，程序中對開關信號進行了濾波處理。圖3為集卷站HMI畫面。

圖3 集卷站HMI畫面

2.1 集卷站收集臂動作順序

收集臂動作順序：（0）等待開始—（1）收集臂高速上升—（2）收集臂低速上升—（3）等待分離指接卷—（4）分離指打開—（5）收集臂接卷速度下降—（6）收集臂高速下降—（7）收集臂低速下降—（8）收集臂打開。

2.2 集卷站升降輥道動作順序

升降輥道動作順序：（0）等待開始—（1）對中夾緊關閉—（2）升降輥道上升—（3）接卷—（4）升降輥道下降—（5）對中打開—（6）芯棒出站—（7）準備接下一個空芯棒。

2.3 傾翻動作順序

傾翻動作順位：（0）等待開始—（1）對中夾緊—（2）等待卸卷小車就位—（3）傾翻高速下降—（4）傾翻低速下降—（5）等待小車卸卷—（6）傾翻高速上升—（7）傾翻低速上升—（8）對中夾緊打開—（9）芯棒離開—（10）準備下一動作周期。圖4為運輸小車組態畫面。

圖4 運輸小車組態畫面

3 使用S 7-1500 CPU控制器的體會

本次項目采用S7-1500 PLC CPU有如下的體會：

1）CPU處理速度快，循環時間短，極大縮短了系統響應時間.

2）統一的工程組態TIA博圖軟件平臺，可以對S7-1500PLC、上位機面板和SCADA系統以及G120等SINAMICS驅動程序進行編程、組態及調試，實現了統一數據庫，數據的統一存儲，變量共享共用。

3）CPU上配置有LED顯示屏，直觀的顯示CPU狀態和故障信息等。

4）變量直接導入導出至EXCEL中，修改更加方面，同時編程和數據管理更加簡單便捷。

5）集卷控制系統中光電開關信號的準確性及穩定性對系統穩定運行至關重要，S7-1500配備IBA-PDA數據采集，極大便于維護人員查找故障原因，多年來存在的芯棒偶爾空過的問題得到了解決。

總的來說，在高線集卷收集系統中采用S7-1500系列PLC控制器，便于程序開發，縮短了調試周期，改進了設備調試方法和效率。

4 結論

本系統投用以來，控制可靠，運行穩定，極大地減輕了工人勞動強度，獲得了理想的卷形及包裝質量，實現了線卷的高效收集與運輸，取得了良好的運行效果。