西門子S7-400在2800mm冷軋計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

蒙 超

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司壓延廠，重慶 九龍坡 401326）

西門子S7-400在2800mm冷軋計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

蒙 超

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司壓延廠，重慶 九龍坡 401326）

闡述了西門子S7-400在2800mm冷軋機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，并詳細(xì)介紹西門子S7-400系統(tǒng)的硬件組態(tài)、ProfibusDP和工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用以及改造后的效果。

西門子S7-400；FM4581DP；PROFIBUS；硬件組態(tài)

0 前言

上世紀(jì)90年代中期，由日本三菱公司A系列PLC構(gòu)成2800mm冷軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行，是冷軋機(jī)列的中樞神經(jīng)。該系統(tǒng)從投產(chǎn)至今已連續(xù)運(yùn)行二十多年，近幾年多次發(fā)生電子插件板硬件損壞、數(shù)據(jù)丟失、輸入輸出通道損壞等問(wèn)題，同時(shí)該系統(tǒng)面臨淘汰，日本三菱公司已停止生產(chǎn)該型號(hào)產(chǎn)品，系統(tǒng)已無(wú)備件來(lái)源，僅存?zhèn)浼?gòu)置多年老化嚴(yán)重，一旦關(guān)鍵插件損壞和僅存?zhèn)浼倪M(jìn)一步耗用，該系統(tǒng)將陷入癱瘓狀態(tài)。加之該系統(tǒng)通信協(xié)議不標(biāo)準(zhǔn)、不開(kāi)放，無(wú)法與集團(tuán)公司信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接口，也無(wú)法對(duì)以通信方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南乱患?jí)傳動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。其上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是原中南工大基于DOS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，由于受技術(shù)限制早已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)維護(hù)的需要，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象，而且無(wú)法記錄生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)?；谝陨显?，對(duì)2800mm冷軋機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行。改造后的新系統(tǒng)將提高自動(dòng)化水平、提升系統(tǒng)控制精度和穩(wěn)定性，從而可以降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)硬件

根據(jù)2800mm冷軋機(jī)的工藝要求，新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用兩套西門子公司的SIMATIC S7-400系統(tǒng)，分別作機(jī)列自動(dòng)化PLC和厚控AGC自動(dòng)化PLC。兩套SIMATIC S7-400系統(tǒng)主CPU選用CPU414-2DP，同時(shí)選用CPU工藝模板FM458-1DP。FM458-1DP能夠完成高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制功能，它構(gòu)架于S7-400框架體系內(nèi)，作為從節(jié)點(diǎn)通過(guò)S7-400機(jī)架總線和主CPU414-2DP通訊。通過(guò)ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線掛載站點(diǎn)模塊ET200M、ET200S和全數(shù)字直流調(diào)試裝置6RA70，以及以太網(wǎng)通訊模塊CP443-1和HIM通訊。

1.1 硬件配置

機(jī)列自動(dòng)化系統(tǒng)PLC通過(guò)ProfibusDP接口掛載8個(gè)西門子ET200M從站、4個(gè)西門子ET200S從站、6個(gè)6RA70直流調(diào)速裝置及9個(gè)帶ProfibusDP接口的數(shù)碼顯示儀表。厚控AGC系統(tǒng)PLC通過(guò)ProfibusDP接口掛載2個(gè)西門子ET200M從站，8個(gè)帶ProfibusDP接口的數(shù)碼顯示儀表。機(jī)列自動(dòng)化PLC和厚控AGC系統(tǒng)PLC和3套HMI系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。兩套系統(tǒng)主要硬件配置見(jiàn)表1和表2。

1.2 硬件組態(tài)

SIMATIC S7-400系統(tǒng)的組態(tài)及編程采用西門子基于Windows操作系統(tǒng)的STEP7。而FM458-1DP需要CFC、SFC等軟件包支持。“硬件組態(tài)”指在站窗口中對(duì)機(jī)架、模塊、分布式I/O（DP）機(jī)架、以及接口子模塊等進(jìn)行排列。使用組態(tài)表表示機(jī)架，就像實(shí)際機(jī)架一樣，可以插入特定數(shù)目的模塊。在組態(tài)表中，STEP7自動(dòng)給每個(gè)模塊分配一個(gè)地址，站中的CPU可以自由尋址，可以改變站中模塊的地址而無(wú)需更改模塊插槽的實(shí)際位置。2800mm冷軋計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組態(tài)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件組態(tài)

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

2.1 ProfibusDP網(wǎng)絡(luò)

主站PLC通過(guò)ProfibusDP網(wǎng)絡(luò)與ET200從站、全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA70之間實(shí)現(xiàn)通訊。將現(xiàn)場(chǎng)分布復(fù)雜且繁多的數(shù)字量、模擬量信號(hào)先采集到現(xiàn)場(chǎng)的ET200從站，然后通過(guò)ProfibusDP總線傳送至主站并接受主站的控制信號(hào)。這樣可以減小現(xiàn)場(chǎng)施工難度，同時(shí)節(jié)約大量電纜，可以節(jié)約至少20%的改造費(fèi)用。

2.2 工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)

兩套S7-400系統(tǒng)PLC通過(guò)CP443-1通訊模板接入到工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和其它3套上位機(jī)PC（基于WINCC人機(jī)界面）通過(guò)TCP/IP協(xié)議連接來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中遠(yuǎn)程上位機(jī)PC和AGC-PLC利用光纖切換模塊（OSM）接入工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，可以有效避免遠(yuǎn)距離通訊的干擾問(wèn)題。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 2800mm冷軋計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總網(wǎng)絡(luò)圖

3 實(shí)施效果

系統(tǒng)改造后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間實(shí)際運(yùn)行效果顯著。主要表現(xiàn)有以下幾方面：

（1）提高了2800mm冷軋機(jī)的自動(dòng)化程度。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軋輥壓力和位置控制、自動(dòng)對(duì)輥控制、板材軋制厚度控制、卷徑計(jì)算、軋機(jī)全線速度同步控制、主機(jī)傳動(dòng)速度控制、左右卷取機(jī)和開(kāi)卷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)速度張力控制、壓下系統(tǒng)控制、液壓彎輥系統(tǒng)邏輯控制。實(shí)現(xiàn)通過(guò)軋制表參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)輥縫位置、目標(biāo)厚度設(shè)定、張力設(shè)定、速度設(shè)定等，提高了系統(tǒng)自動(dòng)化程度，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軋制過(guò)程監(jiān)視、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)記錄和修改功能。新系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)PC畫面可以監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，了解實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況。上位機(jī)監(jiān)控畫面由軋機(jī)生產(chǎn)主畫面和AGC監(jiān)控主畫面組成。軋機(jī)生產(chǎn)主畫面包含系統(tǒng)狀態(tài)子畫面、液壓系統(tǒng)子畫面、報(bào)警系統(tǒng)子畫面等，AGC監(jiān)控主畫面包含對(duì)輥?zhàn)赢嬅妗④堉票砉芾碜赢嬅娴?。生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)記錄功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)主要的過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線顯示和歷史趨勢(shì)曲線記錄。為故障進(jìn)行分析和優(yōu)化工藝參數(shù)的設(shè)定計(jì)算提供了實(shí)際數(shù)據(jù)。

（3）提高了產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。由于新系統(tǒng)穩(wěn)定可靠并采用了全新的控制技術(shù)和算法，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了帶材卷徑計(jì)算、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、摩擦補(bǔ)償、速度張力控制、斷帶和超速保護(hù)功能。有效提高了板材質(zhì)量和成品率。

4 結(jié)束語(yǔ)

S7-400系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)生產(chǎn)穩(wěn)定、效果良好。通過(guò)生產(chǎn)人員反映和實(shí)際使用情況表明新系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，有效提高了2800mm冷軋機(jī)的生產(chǎn)水平和自動(dòng)化程度，也使生產(chǎn)的操作更加簡(jiǎn)便，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和維護(hù)的強(qiáng)度，完全達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（編輯：楊毅）

Application of Siemens S7-400 in Computer System of 2800mm Cold Rolling Mill

MENG Chao
(Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

Application of Siemens S7-400 in computer system of 2800mm cold rolling mill is expounded in the paper. Hardware configuration of Siemens S7-400 system, ProfibusDP and industrial Ethernet and the effectiveness after transformation are introduced in details.

S7-400; FM4581DP; PROFIBUS; hardware configuration

TG334.9+1

B

1005-4898(2014)04-0041-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.10

蒙超（1983-），男，四川南部縣人，大學(xué)本科。

2014-06-10