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PLC在轧钢生产线的应用

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  摘   要:本文主要介绍轧钢生产线的三级控制系统和两层通讯网络构成,轧钢工程采用的西门子S7-300及S7-400系列产品,以及主操作室两个操作站的轧制表的录入和修改,故障报警的存储、显示和打印,工艺参数的预设定和修改,主轧线模拟图及轧线跟踪画面等,还包括轧线各参数的动态显示,包括轧机速度、轧制负荷电流、微张力、活套高度等。
  关键词:PLC  CPU  ProfiBus  I/O
  中图分类号:TG334.9                              文献标识码:A                       文章编号:1674-098X(2020)02(b)-0069-02
  1  引言
  高速线材是宣化钢铁集团有限责任公司的第三条轧钢生产线。该生产线主要轧制大型卷材,年设计生产能力为60万t。进入生产后,该生产线还成功轧制了一个大型的100t卷材。生产线自动化PLC系统主要使用西门子产品,包括S7-200,S7-300和S7-400系列产品。产品选择比较新,稳定性好。西门子6RA70主要用于生产线的传动设备部分,西门子6RA70直流调速器和6SE70变频调速器。生产线自动化系统由三级控制系统和两层通讯网络组成,基本自动化系统使用西门子最新的PLC S7-400和PLC S7-300系列产品,西门子S7系列产品功能强大且配置灵活,自动系统的稳定性是设备运行稳定的重要保证。
  2  三级系统的接入
  2.1 主要功能
  生产线的主操作室主要包括在线操作和监控功能,两个主轧制操作站由生产线仿真图,轧制线跟踪屏幕等组成,实现对在线设备的操作与监视,例如对轧制工艺参数输入和更改,设备故障报警和存储、提示和打印,工艺参数预设和更改,该系统包括轧制线生产过程中的负载电流、过钢速度、轧机微张力、过程参数的动态显示、活套高度等。主电气室操作站有两台计算机,主要用于故障诊断、故障恢复、系统维护等。它具有用于主驱动器和辅助驱动器的实时电流和速度数据收集,更完整的故障警报和历史记录曲线。 HMI自動化屏幕是监视所有现场信号以及实时轧制过程和设备故障诊断的窗口和有用的工具,使维护人员可以在主电气室中对整个生产线进行在线维护。
  2.2 基础自动化系统
  基础自动化控制系统由五台S7—400 PLC构成。其中四台用于高线部分控制,另一台用于大盘卷部分控制。基础自动化系统由四台 PLC 完成全部自动化控制功能:
  PLC1:用于加热炉区设备控制,采用一块 CPU 414-2DP,控制包括炉区辊道传动,装钢、出钢,步进梁等设备的自动化运行。
  PLC2:用于主轧线控制,采用一块 CPU416-2DP,包括从 1 架前夹送辊至吐丝机的速度级联控制、速度冲击补偿、活套控制、水冷控制、轧机的换辊控制、轧件跟踪、故障的检测、报警、联锁及相应介质系统的信号交换等等。
  PLC3:用于集卷收集区的设备控制,采用一块 CPU 414-2DP,包括散卷风冷辊道、风冷电机、集卷站的传动、自动化连锁控制等。
  PLC4:采用一块 CPU414-2DP,用于手动、自动换辊控制。大盘卷 PLC:采用双 CPU 结构,都为 CPU 414-2DP,用于控制大盘卷区域设备,一块 CPU 主要控制飞剪等设备的运转,另一块 CPU 主要控制卷曲区、步进梁区、倾翻区设备等。每套 PLC 均配置一定数量的远程 I/O 站,由于现场的检测信号分布零散,点多面广,所以在合理的位置上设置相对集中的远程 I/O 站,这样现场的检测信号、操作台和操作箱上的操作和显示信号,均连接到就近的远程 I/O 站上。PLC2 控制主轧线, 由于在高速轧制过程中, 系统的快速响应会直接影响到控制精度和产品质量,所以将远程 I/O 站的通讯网络和传动调速系统的通讯网络分开,采用两个独立的 ProfiBus-DP 网,以保证系统控制的快速性。同样,PLC3 也采用相同网络控制模式,远程站和转动各用一条ProfiBus-DP 网连接。PLC1 因其所控制设备的动态快速性要求相对不是很高,而且通讯连接设备较少,将其控制的远程站和传动系统联接到同一条 ProfiBus-DP 网上,即可满足要求。为了保证 PLC 控制系统的各种 I/O 模板的一致性和安全性,数字量输入/输出一般采用 24 VDC模板,对于其它电压类型的信号均经过继电器转换。本系统所选 CPU 装备了 ProfiBus-DP 接口,保证了对分布式 I/O 进行快速数据交换的能力。强大的通讯模板允许点对点通讯,并可支持工业以太网进行通讯。
  3  自动化系统通讯网络分层
  (1)第一层:人机接口与 PLC 之间及 PLC 彼此之间联成以太网,实现彼此的信息交换。通过以太网,把轧制工艺参数设定值和对电气设备的操作从人机接口传送到各 PLC,把各设备的状态和工艺、电气参数及故障由 PLC 收集送到人机接口的 CRT 显示。PLC 彼此之间也通过以太网实现控制信息及数据的传送。
  (2)第二层:PLC 与各自的远程 I/O 站之间和调速传动之间采用 ProfiBus-DP 通讯网络, PLC 把设定参数和控制指令传送到各调速传动系统,并收集各调速传动系统的状态和电气参数送到人机接口的 CRT 上显示。
  (3)各 PLC 之间能够连接为 MPI 网:可实现 PLC 之间少量快速的数据交换,MPI 网的另一个优点是连接到该网的编程器可以方便地对网上的任何一台 PLC 进行编程。
  4  控制程序
  轧钢生产线预精轧 18 架轧机后还有大盘卷的生产线部分。大盘卷在 18 架轧机前共用高线的 PLC 控制系统和程序,其单独的生产线自动化系统也同样采用西门子 S7 系列,控制包括夹送辊、碎断剪、加勒特线,步进梁与辅助设备以及液压单元和润滑单元。系统采用分布式控制,每一个主要设备和过程区域都有自己专用的 PLC 系统,从而不但可以将故障导致的停机时间降到最少,而且使不同系统之间的数据交换减小到最少,更加使系统容易维护。和高线部分的控制特点相同,大盘卷 PLC 控制系统同样广泛采用远程 I/O 的控制方式,只要是适用的地方都采用远程 I/O,特别在控制台与本地控制站中得到了最典型的应用。自动化系统包括一个 PLC 系统用于夹送辊、飞剪、加勒特卷取机、步进梁与辅助设备的控制。一个HMI人机界面用于设置、控制和监视设备运行状态,该设备一般位于主控制台上,带有单独的人机界面,用于设置线路设备,作为控制室操作员,过程/设备界面主要执行重要功能,例如可视化关键过程变量,手动更改设定值,手动指示设备移动和紧急命令。PLC编程单元位于主电气室中,用于更换和维护设备控制PLC。另外,由现场操作箱、手持设备或其他设备组成的现场操作站是车间操作员与过程/设备之间的接口,该过程/设备还执行诸如手动命令操作和紧急命令之类的功能,整个自动化系统的网络通讯设置与轧钢线的网络通讯设置完全相同,这不仅保证了独立系统的稳定运行,而且使实现整体通信流程变得容易。
  5  结语
  宣钢线材生产线PLC系统自动化水平高,系统数据量较大,人机接口和远程控制站分布范围广、数量多,这样就对自动系统可靠性的要求极高,这几年通过不断的改进完善效果良好,完全能满足工艺和生产的需要。
  参考文献
  [1] 杨梅.西门子PLC在轧钢生产线设计中的应用[J].机电信息,2013(12):52-53.
  [2] 赵洁.西门子PLC在冷轧钢带中的应用[J].科技创新与应用,2014(27):109.
  [3] 常庆山.实践与探究PLC在轧钢过程中的应用[J].民营科技,2018(2):28.
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