西門子S7400 PLC控制系統(tǒng)在軋鋼項(xiàng)目中的應(yīng)用

黃 春

(成都金自天正智能控制有限公司，四川成都 610041)

1 引言

目前，鋼鐵已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空航天、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，它是每個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有相當(dāng)重要的地位。鋼鐵企業(yè)的自動(dòng)化集成度也越來(lái)越高，PLC控制系統(tǒng)因其強(qiáng)大的穩(wěn)定性和抗干擾能力在鋼鐵生產(chǎn)線上應(yīng)用較為廣泛，本文介紹西門子S7400 PLC控制系統(tǒng)在某中型棒材生產(chǎn)線的冷床收集區(qū)的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)配置概述

本項(xiàng)目基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)配置的總體原則是:先進(jìn)、可靠、開放、經(jīng)濟(jì)、合理。

因此，基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用SIEMENS S7400 PLC系列的處理器 CPU 414-2 DP。PLC系統(tǒng)之間、PLC與人機(jī)界面HMI之間采用以太網(wǎng)通訊;PLC與電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)遠(yuǎn)程站ET200之間采用Profibus-DP網(wǎng)通訊。PLC的程序采用西門子STEP-7 V5．5進(jìn)行編制，畫面采用西門子WINCC 6.0進(jìn)行編制。

冷床收集區(qū)PLC3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1，自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用具有極高可靠性的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品。具體而言，系統(tǒng)采用高速交換機(jī)，交換機(jī)之間用光纖連接，各個(gè)PLC系統(tǒng)、人機(jī)界面HMI及工程師站連接到各自對(duì)應(yīng)的交換機(jī)上，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)交換。

圖1 冷床收集區(qū)PLC3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

PLC3同其它設(shè)備的數(shù)據(jù)交換主要通過(guò)以下網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn):

以太網(wǎng):和軋線上其它PLC間的信號(hào)交換(非快速信號(hào));同操作站HMI和工程師站的通訊，完成過(guò)程數(shù)據(jù)的設(shè)定和顯示，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)CP443-1連接。

PROFIBUS-DP1網(wǎng):CP1-4(冷床操作臺(tái))、CP1-5(2#冷鋸操作臺(tái))、CP1-6(收集操作臺(tái))、RT31遠(yuǎn)程站，掛在CPU之DP口上。

PROFIBUS-DP2、DP3網(wǎng):用于冷床及收集區(qū)輥道變頻傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)的控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)都通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)傳送。變頻器掛在兩塊Profibus-DPCP443-5網(wǎng)卡上。由于傳動(dòng)變頻器較多共45臺(tái)，所以分別掛在2塊網(wǎng)卡上。

3 控制過(guò)程

整個(gè)中棒項(xiàng)目包括加熱爐系統(tǒng)、主軋線系統(tǒng)、軋線輔助系統(tǒng)和冷床收集系統(tǒng)共4個(gè)系統(tǒng)，本文介紹的是冷床收集系統(tǒng) PLC3。PLC3負(fù)責(zé)從冷床輸入輥道至成捆材收集臺(tái)架區(qū)域內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)化控制。PLC3由主控制柜、操作臺(tái)、若干ET200遠(yuǎn)程站及若干就地操作箱組成。

3．1 PLC 控制方法

PLC3主控制柜放置在2#電氣室，RT31遠(yuǎn)程站放置在收集區(qū)現(xiàn)場(chǎng);操作臺(tái)CP1-4設(shè)置在操作室CP1-4內(nèi)，用于3#飛剪后輥道、冷床輸入輥道到1#冷鋸的操作;操作臺(tái)CP1-5設(shè)置在操作室CP1-5內(nèi)，用于2#冷鋸入口輥道、2#冷鋸、1#檢查臺(tái)架入口輥道、2#檢查臺(tái)架入口輥道的操作;操作臺(tái)CP1-6設(shè)置在操作室CP1-6內(nèi)，用于收集區(qū)域的操作。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件信號(hào):接近開關(guān)、光電開關(guān)、鋼材溫度等現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)都是接入RT31遠(yuǎn)程站，通過(guò)DP網(wǎng)讀入PLC，經(jīng)過(guò)PLC邏輯運(yùn)算程序處理后把輸出信號(hào)通過(guò)DP網(wǎng)傳給RT31遠(yuǎn)程站，經(jīng)過(guò)輸出中間繼電器控制現(xiàn)場(chǎng)閥臺(tái)等執(zhí)行元件動(dòng)作。操作臺(tái)的開關(guān)、按鈕信號(hào)也是通過(guò)DP網(wǎng)讀入PLC中，在PLC中經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后，把輸出信號(hào)通過(guò)DP網(wǎng)輸出到操作臺(tái)點(diǎn)亮指示燈或蜂鳴器?，F(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的控制用的變頻器調(diào)速控制，PLC首先通過(guò)DP網(wǎng)讀入變頻器、電機(jī)的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)PLC邏輯運(yùn)算后，把輸出信號(hào)通過(guò)DP網(wǎng)輸出給變頻器，通過(guò)控制變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和速度的控制。

3．2 PLC 控制功能

冷床收集區(qū)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要控制功能如下:

冷床輸入輥道連鎖及速度控制;裙板聯(lián)鎖控制;冷床速度控制及邏輯聯(lián)鎖控制;卸鋼小車及聚集鏈速度控制和邏輯聯(lián)鎖控制;對(duì)齊輥道速度控制;冷床輸出輥道、冷剪輸入及輸出輥道的速度控制和邏輯聯(lián)鎖控制;冷剪機(jī)及定尺機(jī)的控制;1#、2#冷鋸機(jī)的控制;收集區(qū)域輥道、鏈條速度控制及邏輯聯(lián)鎖控制。

除了上述主要對(duì)電機(jī)的控制外，現(xiàn)場(chǎng)還有氣缸閥臺(tái)、液壓閥臺(tái)的控制，包括升降擋板、升降小車、打包機(jī)夾緊裝置、升降鏈條等。

3．3 畫面監(jiān)控與參數(shù)設(shè)定

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的大部分操作可以在操作臺(tái)和操作箱完成，其他參數(shù)設(shè)置需要在畫面上輸入，傳動(dòng)狀態(tài)可以在畫面上監(jiān)控。冷床收集區(qū)PLC3畫面監(jiān)控和參數(shù)設(shè)定如圖2。

圖2 冷床收集區(qū)PLC3畫面監(jiān)控和參數(shù)設(shè)定

冷床收集區(qū)畫面監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置內(nèi)容包括:

可以顯示軋線主操作臺(tái)操作站的全部畫面，但不能進(jìn)行參數(shù)修改和操作(只讀權(quán)限);冷床區(qū)各電氣設(shè)備的狀態(tài)(合/分閘、就緒/故障、運(yùn)行/停止等);冷床區(qū)各電氣設(shè)備的故障信息，包括故障內(nèi)容、產(chǎn)生時(shí)間、解除時(shí)間等;冷床區(qū)各控制設(shè)備的參數(shù)設(shè)定，包括速度，時(shí)間等;查看各通訊網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)和故障診斷等。

冷床區(qū)的一些參數(shù)在畫面上“冷床參數(shù)設(shè)定”標(biāo)簽下由操作人員設(shè)置。包括冷床輸入輥道超前率、裙板下位等待時(shí)間、中位等時(shí)間，冷床延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間，輥道、鏈條的速度等。

“冷床區(qū)狀態(tài)顯示”標(biāo)簽下可以查看現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)，如:接近開關(guān)的高位、低位、前位、后位等。

“傳動(dòng)狀態(tài)顯示”標(biāo)簽下可以查看每個(gè)變頻器的傳動(dòng)就緒、運(yùn)行、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、故障等狀態(tài)。

操作臺(tái)CP1-4、CP1-5、CP1-6的急停信號(hào)也可以在畫面上顯示，也可以對(duì)各個(gè)操作臺(tái)進(jìn)行復(fù)位。在畫面中可以直觀地監(jiān)控各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，可以及時(shí)地修改相應(yīng)參數(shù)，調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行速度等參數(shù)。

4 結(jié)論

本控制系統(tǒng)采用了西門子PLC控制系統(tǒng)、WINCC畫面監(jiān)控系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)，具

有較高的可靠性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、抗干擾能力強(qiáng)和維護(hù)方便等特點(diǎn)，在畫面上可以監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工作情況，而且可以直接在畫面設(shè)定速度、時(shí)間等參數(shù)，操作方便、直觀。實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷床收集區(qū)設(shè)備的實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制，并且大大節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本和設(shè)備檢修維護(hù)成本。

［1］ 陳在平，趙相賓．可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012．

［2］ 廖常初．S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

［3］ 邊春元，任雙艷，等．S7-300/400 PLC實(shí)用開發(fā)指南［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007．