魏軍林 侯反修 王慧強
摘 要:詳細(xì)闡述了2800mm中板機組加熱爐基礎(chǔ)自動化由S5-135U PLC升級為S7-300 PLC的具體設(shè)計方案和實施方法,重點是該改造完成后的產(chǎn)生的良好應(yīng)用效果及利用PLC實現(xiàn)節(jié)能改造。
關(guān)鍵詞: 加熱爐 ; PLC ; 節(jié)能
引言
2800mm四輥中板機組改造是安鋼九五計劃重點工程,自從一九九六年五月底投產(chǎn)以來,一些設(shè)備已不適合生產(chǎn)快速發(fā)展的需要,尤其是加爐區(qū)基礎(chǔ)自動化S5-135U系統(tǒng)暴露出的系列問題:1、模擬量輸出漂移過大,輸出不準(zhǔn)確、精度低,導(dǎo)致變頻器速度振蕩。 2、在生產(chǎn)過程中,對程序修改和故障進(jìn)行診斷過于煩鎖,不適應(yīng)快節(jié)驟生產(chǎn)的需求。3、由于該系統(tǒng)PLC早期產(chǎn)品,備件準(zhǔn)備困難且價格極為昂貴,不附合降本增效的要求。4:該系統(tǒng)功耗較大,發(fā)熱嚴(yán)重,機架電源風(fēng)扇多次損壞,導(dǎo)致較長停車時間,影響了設(shè)備作業(yè)率5:程序編制繁瑣,不易看懂。6:區(qū)域間通訊能力差,導(dǎo)致與3#爐、粗軋區(qū)S7400PLC無法通訊,許多聯(lián)瑣實現(xiàn)比較困難,直接影響著軋制節(jié)奏的連續(xù)性。7:與變頻器、HMI通訊困難,無法實施上位監(jiān)控。為了滿足生產(chǎn)需要我們決定將S5-135U PLC升級為S7-300 PLC.
1 S7-300 PLC簡介:SIMATIC S7-300一種通用性PLC,能適合自動化工程中的各種應(yīng)用場合,它具有模塊化及無風(fēng)扇的設(shè)計,堅固耐用,容易擴展和強大的通訊能力,分布式結(jié)構(gòu)以及友好的用戶操作等特點,使SIMATIC S7-300成為工業(yè)領(lǐng)域中一種即經(jīng)濟又切合實際的理想解決方案,其具有以下優(yōu)點:循環(huán)周期短,處理速度高;指令功能強大、可用于復(fù)雜功能的邏輯運算;產(chǎn)品設(shè)計緊湊合理、可用于空間有限的場合;可根據(jù)所需選擇不同檔次的CPU;完善的故障監(jiān)控與診斷功能;強大的系統(tǒng)功能 SFB及SFC;多種網(wǎng)絡(luò)通訊功能:主從CPU及MPI協(xié)議,PROFIBUS DP現(xiàn)場總線可掛ET200M及與傳動設(shè)備6RA70、6SE70、偉肯及ABB等變頻器通訊;標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議。
2 改造方案設(shè)計及實施:
2.1硬件配置:電源6ES7-1EA00-0AA0四塊CPU 6ES7 315-2AG10-0AA0一塊;6GK7 343-1EX30-0XE0一塊,用于同上位機通訊;6GK7 342-5DA02-0XE0一塊,同偉肯變頻器DP通訊;接口模板6ES7 153-1AA03-0XB0三塊,三個ET200M DP通訊;DP耦合器6ES7 158-0AD01-0XA0一塊,用于同其它區(qū)域PLC通訊;導(dǎo)軌6ES7 390-1AF30-0AA0四塊;數(shù)字量輸入模板6ES7 321-1BL00-0AA0八塊,接收外圍指令信號;數(shù)字量輸出模板6ES7 322-1HF01-0AA0十一塊,輸出指令;模擬量輸出模板6ES7 332-5HD01-0AB0四塊,用于控制需模擬量調(diào)速的設(shè)備。見下圖:
2.2程序設(shè)計及實施:1)S7 PLC編程語言STEP 7 是用于SIMATIC S7-300/400 站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件,可使用梯形圖、功能塊圖或語句表進(jìn)行編程,其編程方式有線性編程、結(jié)構(gòu)編程、模塊編程三種形式,為了簡化結(jié)構(gòu),我們采用了結(jié)構(gòu)+模塊編程形式,對于工藝要求相同的設(shè)備,利用形參編制功能模塊進(jìn)行條件調(diào)用,節(jié)省了程序掃描時間。2)將各設(shè)備的狀況通過CP341模板以以太網(wǎng)形式發(fā)送給上位機在HMI上實時顯示,并將速度、電流趨勢及報警歸檔,便于故障查詢及分析故障原因。3)通過CP342模板完成了對偉肯變頻器的DP通訊,減少了電纜施工量及電纜材料費用,增強了控制精度。4)通過DP耦合器完成與其他區(qū)域PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,使得生產(chǎn)工藝更加流暢。5)利用S7-300強大的編程能力實施節(jié)能改造:2800mm中板線有3座加熱爐,3座加熱爐的出爐輥道共有11組輥道,每組輥道由1臺55KW電機驅(qū)動,在2#、3#爐出鋼時為聯(lián)動狀態(tài),即2#爐出鋼時,1#爐3組輥道、運輸輥道、2#爐3組輥道共7組輥道,3#爐出鋼時共11組輥道同時動作、同時停止,轉(zhuǎn)動時間達(dá)到28S,實際每組輥道載荷時間只有2.5S,這種控制方法電機空轉(zhuǎn)時間達(dá)到25S左右,不但浪費電能,而且增加了電機及其機械設(shè)備的機械損耗,造成機械設(shè)備故障增多,備件費用較大。如何實現(xiàn)每組輥道在有鋼坯時自動轉(zhuǎn)動,無鋼坯時自動停止功能呢?實現(xiàn)這種功能的傳統(tǒng)方法是安裝熱金屬檢測器,但熱金屬檢測器價格昂貴,每組輥道增加一個熱金屬檢測器需11個,投資達(dá)到20萬元,不但增加了投資,而且增加了維護人員維護量。為了最大限度減少投資及達(dá)到節(jié)能目的,我們利用了PLC中的定時器實現(xiàn)了這個功能,方案如下:在操作臺增加一個自動/手動選擇開關(guān),在選擇自動位置時利用定時器實現(xiàn)了輥道啟動時步進(jìn)延時啟動,停止時延時步進(jìn)停止,為了能精確的實現(xiàn)自動啟動、停止停功能,我們用秒表對出鋼時間進(jìn)行了測量,排除啟動、停止時斜坡因素,使每組輥道轉(zhuǎn)動時間只有5S,只在有鋼時轉(zhuǎn)動,沒有鋼坯時停止,在3#爐出鋼時11組輥道節(jié)省空轉(zhuǎn)時間23S,2#爐出鋼時,7組輥道節(jié)省節(jié)省空轉(zhuǎn)時間13S,極大的節(jié)省了電耗,并延長了電機及輥道的機械壽命。在選擇手動位置時,電機隨主零控制器信號動作,主要用于檢修后試車或特殊需要時使用。
3 應(yīng)用效果
爐區(qū)基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)升級改造后,因HMI的實施,使得故障判斷、處理時間大大減少;PLC與變頻器DP通訊控制解決了因PLC輸出模擬量振蕩引起的設(shè)備動態(tài)特性不穩(wěn)、速度振蕩、控制精度低的問題,降低了設(shè)備事故發(fā)生;不同區(qū)域PLC通訊的實現(xiàn),使得工藝流程更加通暢,減少了操作事故的發(fā)生;先進(jìn)的無風(fēng)扇模塊化設(shè)計及出色的診斷能力,實現(xiàn)了免維護而無故障;出爐輥道節(jié)能程序的實現(xiàn),每年直接節(jié)電達(dá)到了15萬元,電機更換周期由原來的3年下線維護,延長到6年下線維護,極大的延長了電機使用壽命,輥道減速箱等機械設(shè)備的機械損耗也有顯著降低,降低了維護人員的勞動強度,減少了備件費用,為中板機組各項指標(biāo)的完成奠定了堅實的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1]西門子PLC編程手冊
[2]西門子S7 300選型手冊
作者簡介:
魏軍林(1970-)男 ,漢族, 河南省安陽市人,現(xiàn)供職于安陽鋼鐵有限責(zé)任公司第一煉軋廠,電工高級技師,擅長PLC、變頻器等電氣設(shè)備應(yīng)用及故障處理.