【文章內(nèi)容簡介】 ，節(jié)省安裝費用和維護開銷?？刂破髋c現(xiàn)場設備可以實現(xiàn)雙向數(shù)字通信，克服了模擬信號精度不高、抗干擾能力差的缺點，提高了系統(tǒng)的可靠性。自動控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)正在由模擬與數(shù)字的分散型控制系統(tǒng)向全數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，現(xiàn)行的現(xiàn)場設備和儀表的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也將發(fā)生重大的改革?，F(xiàn)場總線使自控設備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡的行列，為其應用開拓了更為廣闊的領域；同時也為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動權。這里選用的是PROFIBUSDP總線，PROFIBUSDP用于分散外設與控制設備間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領域，可以取代420mA的模擬信號傳輸。PROFIBUSDP使用了ISO/OSI模型的第一層（物理層）和第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），使網(wǎng)絡獲得較高的傳輸速率。PROFIBUSDP特別適合于PLC與現(xiàn)場分布式I/O（如SIEMENS的ET200）設備之間的通信。PROFIBUSDP使用RS485傳輸技術，傳輸介質(zhì)可以采用屏蔽雙絞線和光纖等。網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)可以采用樹形、星形、多于32個可以使用中繼器，整個網(wǎng)絡最多可以組態(tài)127個站點。PROFIBUS支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種模式。主站與主站之間采用的是令牌的傳輸方式。組建系統(tǒng)時，通常需要將過程的輸入和輸出集中集成到該自動化系統(tǒng)中。如果輸入和輸出遠離可編程控制器，將需要鋪設很長的電纜，從而不易實現(xiàn)，并且可能因為電磁干擾而使得可靠性降低。軋機控制系統(tǒng)設置一個主操作臺，和四個機旁操作箱。分別為入口開卷區(qū)域ET200站控制箱、入口卷取區(qū)域ET200站控制箱、軋機區(qū)域操作臺、出口區(qū)域ET200站操作箱以及液壓、乳化區(qū)域ET200站操作控制箱。設備清單見表34。表34 操作箱設備清單序號名稱型號數(shù)量1ET200接口模塊6ES7 1531AA010XB052DI(32)6ES7 3211BL000AA023DI(16)6ES7 3211BH000AA034DO(16)6ES7 3221BH000AA045AI(8)6ES7 3317KF000AB046AO(8)6ES7 3325HF000AB047PROFIBUS連接器6ES7 9720BA410XA05第4章 六輥可逆冷軋機電氣控制系統(tǒng)軟件設計第4章 六輥可逆冷軋機電氣控制系統(tǒng)軟件設計 六輥冷軋機組PLC程序設計使用的軟件是Siemens公司的STEP7，它是用于SIMATIC S7300站創(chuàng)建可編程控制邏輯程序的標準軟件，可使用語句表、梯形邏輯、功能塊圖等編程。通過它可以對PLC系統(tǒng)的硬件和網(wǎng)絡進行組態(tài)，編輯、上傳、下載用戶程序，在線監(jiān)測、調(diào)試、修改程序，并可對程序運行調(diào)試過程中出現(xiàn)的警告信息和故障進行在線診斷。通過STEP7，可以方便地創(chuàng)建一個PLC自動化系統(tǒng)的解決方案。 PLC硬件組態(tài)硬件構(gòu)成等在STEP7中構(gòu)成，如圖41所示。圖41 系統(tǒng)構(gòu)成然后進行系統(tǒng)組態(tài)，硬件組態(tài)通過STEP7的子模塊完成，在硬件組態(tài)中主要完成以下工作：(1)組態(tài)PLC機架從硬件目錄中選取和實際硬件相符合的CPU以及數(shù)字量與模擬量模塊放入主機架相應的槽位中，設置CPU的相應屬性，如循環(huán)掃描監(jiān)視時間、啟動特性、定時中斷時間等，設置各信號模塊(AI，AO，DI，DO)以及通信模塊的I/O通道基地址。(2)，將各DP從站(調(diào)速器分布式I/O)掛接到總線上，為每個從站分配唯一的站地址，確定每個DP從站的PPO類型以及I/O通道所占用的字節(jié)數(shù)以及基地址。(3)編譯并下載硬件組態(tài)當所有硬件組態(tài)完畢通過編譯檢查無誤下載到PLC的CPU模塊中后，硬件組態(tài)完成。STEP7中硬件組態(tài)的畫面如圖42所示。圖42 系統(tǒng)硬件組態(tài)圖 總體程序結(jié)構(gòu)框圖PLC主流程主要包括機組部分和壓下部分，機組部分所涉及的范圍較廣，要同時考慮液壓泵、潤滑泵等。在機組單動的時候，主傳動電機與輥道電機相互獨立，兩兩均由PLC控制其動作。在機組連動時，正常啟動其他外部設備后，PLC向主電機控制單元發(fā)送運行信號，接收到該信號后，主控單元開始檢測內(nèi)部裝置，在檢測完電樞、內(nèi)部風機、水泵等各狀態(tài)正常后向PLC發(fā)出主電機正常信號，PLC接收到主電機發(fā)出的正常信號，同時檢測到輥道、液壓泵、潤滑泵等設備正常后便向主傳動電機，輥道電機發(fā)出允許運行信號。壓下部分主要指壓下電機調(diào)整壓下輥的輥縫。輥縫的大小直接影響加工的精度，它與機組部分相互獨立。其軟件總流程圖如圖43。圖43 PLC主流程圖鋼卷小車在左端裝載鋼卷，運行至右端，然后將鋼卷裝入開卷機，空載后返回左端。開卷小車在左右兩端的位置時，限位開關提供信號。鋼卷小車空載或滿載時，傳感器提供信號。操作面板上右啟動（ON）按鈕、停止(OFF)按鈕、復位（RESET)按鈕和自動/手動（AUTO/MAN)按鈕。此外，還有手動控制按鈕工作的按鈕，它們是前進、后退。手動控制按鈕在手動模式下有效。初始狀態(tài)為空載并為于左端，復位后，回到初始狀態(tài)。數(shù)字量輸入地址定義如表41所示。數(shù)字量輸出地址如表42所示。表41數(shù)字量輸入地址定義地址數(shù)據(jù)類型注釋BOOL小車啟動按鈕BOOL小車停止按鈕BOOL小車復位按鈕BOOL自動開關BOOL手動開關BOOL手動向右BOOL手動向左BOOL左限位開關BOOL右限位開關BOOL滿載傳感器BOOL空載傳感器表42 數(shù)字量輸出地址定義地址數(shù)據(jù)類型注釋BOOL運行方向，=1向右，=0向左BOOL運動或停止，=1向右，=0向左BOOL裝載BOOL卸載BOOLON指示燈BOOLOFF指示燈鋼卷小車的PLC控制程序流程圖如圖41所示。圖44 鋼卷小車PLC程序流程圖開卷機數(shù)字量輸入地址定義，如表43所示。數(shù)字量輸出地址定義，如表44所示。表43 開卷機數(shù)字量輸入地址定義地址數(shù)據(jù)類型注釋BOOL開卷機卷筒縮BOOL開卷機卷筒縮接近開關BOOL開卷機卷筒伸BOOL開卷機卷筒伸接近開關BOOL開卷壓輥抬起B(yǎng)OOL壓輥抬起接近開關BOOL開卷壓輥壓下BOOL左穿帶導板伸BOOL左穿帶導板收BOOL開卷機外支撐打開BOOL開卷機外支撐收回表44 開卷機數(shù)字量輸出地址定義地址數(shù)據(jù)類型注釋BOOL開卷機卷筒縮BOOL開卷機卷筒伸BOOL開卷機外支撐打開BOOL開卷機外支撐收回BOOL開卷機壓輥壓下BOOL開卷機壓輥抬起B(yǎng)OOL左穿帶導板伸BOOL左穿帶導板收其PLC程序流程圖，如圖45所示。圖45 開卷PLC程序流程圖 矯直機矯直機位于開卷機和左卷取機之間，夾送矯直機用于將開卷機傳送的帶鋼頭部矯直，切頭剪用于將帶鋼頭部切齊，以利于帶鋼的穿帶軋制。矯直機的數(shù)字量輸入地址定義，如表45所示。數(shù)字量輸出地址定義，如表46所示。表45 矯直機數(shù)字量輸入地址定義地址數(shù)據(jù)類型注釋BOOL夾送矯直機沖動BOOL矯直機沖動停止BOOL矯直機壓下BOOL矯直機抬起B(yǎng)OOL擺動臺抬起B(yǎng)OOL擺動臺回程BOOL擺動臺接近開關1BOOL擺動臺接近開關2BOOL切頭剪壓下BOOL切頭剪復位BOOL右導板抬BOOL右導板降BOOL左導板抬BOOL左導板降BOOL右導板伸BOOL右導板縮BOOL左導板伸BOOL左導板縮表46 矯直機數(shù)字量輸出地址定義地址類型注釋BOOL矯直機正沖BOOL矯直機壓下BOOL矯直機抬起B(yǎng)OOL擺動臺抬起B(yǎng)OOL擺動臺將BOOL右導板抬BOOL右導板降BOOL左導板抬起B(yǎng)OOL左導板降BOOL右導板伸BOOL右導板縮BOOL左導板伸BOOL左導板縮BOOL切頭剪壓下BOOL切頭剪復位開頭矯直機的PLC程序流程圖，如圖46所示。圖46 開頭矯直機程序流程圖、主軋機、右卷取機控制程序板帶材軋制的主要環(huán)節(jié)集中在左卷取機、主軋機、右卷取機之間，其中的軋制過程頗為復雜。包括機組速度主令控制、張力控制、液壓輥縫控制、串輥、彎輥控制等。本節(jié)重點還是定義這幾個設備的輸入、輸出量，并且介著軋機的速度以及張力控制原理。 軋機速度控制速度設定,是按照工藝要求，從上位機進行設定,通過以太網(wǎng)傳遞給PLC，PLC再分別傳送到各個傳動系統(tǒng)。速度設定是以主機架為線速度基準速度，通過設定工作輥的直徑與減速箱的減速比,分別給出上下輥的轉(zhuǎn)速給定值。根據(jù)控制功能，速度設定有正反向點動設定，用于故障處理；穿帶速度設定,用于生產(chǎn)前軋機穿帶；重卷速度設定，用于軋制后分卷；軋線速度設定，用于正常軋制情況。機組的速度可從軋制表中獲取，也可由操作人員根據(jù)實際情況及經(jīng)驗進行調(diào)整。速度通過脈沖編碼器測量。主操作臺上設有：“升速（Speed Up）”、“降速(Speed Down)”、“保持(Hold)”、“快速停止(Quick Stop)”、“緊急停止(Emergency Stop)”等按鍵，其功能如圖47。圖47 機組速度控制圖 軋機張力控制在生產(chǎn)過程中，如果帶鋼張力不穩(wěn)定，將影響帶鋼厚度控制的精度，同時還容易造成斷帶、折疊、跑偏等故障。系統(tǒng)采用間接張力控制，通過對卷取機電流的檢測來間接計算帶鋼張力。PLC根據(jù)設定的張力值和機械設備的參數(shù)換算為電動機轉(zhuǎn)矩值，并將此轉(zhuǎn)矩設定值下達給全數(shù)字直流調(diào)速裝置，由傳動裝置自動完成電動機轉(zhuǎn)矩的死循環(huán)控制。卷取機系統(tǒng),若忽略電動機的空載損耗,則有如下關系: (41)式中為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩；為電動機磁通；I為電動機額定電流。為機電時間常數(shù)；F為卷取機張力；D為卷徑；i為機械減速比。由式(41)可知卷取機張力控制可近似看為卷取機的轉(zhuǎn)矩控制，為保證張力控制的精度和穩(wěn)定性，控制系統(tǒng)要獲得線速度和卷徑兩個重要的變量。線速度測量,是通過PLC系統(tǒng)讀取卷取機前的偏導輥上脈沖編碼器進行計算而獲得的。是卷徑計算需要的一個重要變量。設偏導輥直徑為D,每轉(zhuǎn)一周發(fā)出L個脈沖，速度采樣周期為T(ms),在一個采樣周期共計得X個脈沖，則實際線速度為：m/s (42)轉(zhuǎn)速測量精度與脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)及采樣時間有關,在轉(zhuǎn)速恒定的情況下，脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)越多，采樣時間越長,測量精度越高。卷徑計算是通過卷筒線速度和電機實際轉(zhuǎn)速計算得出的，對于卷取機有： （43）式（43）中v為卷筒線速度；D為卷徑；n為電機轉(zhuǎn)速；i為機械減速比。在間接張力控制中,為保證張力控制的準確性,要充分考慮卷取機在加減速過程中轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中設計了加減速和摩擦轉(zhuǎn)矩補償環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)矩補償量即為轉(zhuǎn)矩預控值與轉(zhuǎn)矩設定值疊加,作為卷取機系統(tǒng)的合力矩,對卷取機進行張力控制。開卷張力一般為880kN，卷取張力一般設為18350kN。 數(shù)字量輸入、輸出地址定義卷取機與主軋機的軋制工藝過程比較復雜，所以其數(shù)字量的輸入、輸出點也很多。其數(shù)字量輸入地址定義，如表47；數(shù)字量輸出地址定義，如表48。表47 卷取機、主軋機數(shù)字量輸入地址定義地址類型注釋BOOL左卷取機卷筒縮BOOL左卷取機卷筒張BOOL左壓帶輥升BOOL左壓帶輥降BOOL左液壓剪切下BOOL左液壓剪復位BOOL左鉗口加緊BOOL左鉗口松開BOOL左卷取建張BOOL左張力增BOOL左張力減BOOL左乳化液開BOOL左乳化液關BOOL左卸荷BOOL右卷取機卷筒縮BOOL右卷取機卷筒張BOOL右壓帶輥升BOOL右壓帶輥降BOOL右液壓剪切下BOOL右液壓剪復位BOOL右鉗口加緊BOOL右鉗口松開BOOL右卷取建張BOOL右張力增BOOL右張力減BOOL右乳化液開BOOL右乳化液關BOOL右卸荷BOOL輥縫壓下BOOL輥縫抬起B(yǎng)OOL主機向右軋制BOOL主機向左軋制BOOL主機速度增BOOL主機速度減BOOL主機速度保持BOOL快停BOOL急停BOOL排風投入BOOL監(jiān)控投入BOOL高壓站啟動BOOL高壓站停止BOOL低壓站啟動BOOL低壓站停止BOOL潤滑泵啟動BOOL潤滑泵停止BOOL測厚儀開BOOL測厚儀關BOOL工作輥換