人機(jī)界面與可編程控制器在冷帶連續(xù)加工機(jī)組中的結(jié)合應(yīng)用

人機(jī)界面與可編程控制器在冷帶連續(xù)加工機(jī)組中的結(jié)合應(yīng)用1、引言由院技術(shù)總承包、近期已順當(dāng)投產(chǎn)的張家港華達(dá)涂層有限公司年產(chǎn)15萬熱鍍鋅板工程和我院目前為濟(jì)南鋼鐵公司技術(shù)總承包的年產(chǎn)20萬噸熱鍍鋅板工程，采納新型自動(dòng)化系統(tǒng)配置模式，從根本上改進(jìn)和簡(jiǎn)化了自動(dòng)化系統(tǒng)，目前張家港項(xiàng)目運(yùn)行良好，濟(jì)鋼項(xiàng)目進(jìn)展順當(dāng)。2、系統(tǒng)配置原則和方式冷帶連續(xù)加工機(jī)組的過程掌握系統(tǒng)一般根據(jù)工藝特點(diǎn)可以進(jìn)行比較具體的分類，如焊機(jī)掌握、鋅鍋掌握、加熱爐掌握、輥涂掌握、光整機(jī)掌握等，但一般而言，冷帶連續(xù)加工機(jī)組(鍍鋅機(jī)組、彩色涂層機(jī)組還是退火機(jī)組等)其通用的過程掌握系統(tǒng)均為傳動(dòng)掌握系統(tǒng)和與它關(guān)系親密的PLC系統(tǒng)再加上上位監(jiān)控系統(tǒng)；20世紀(jì)80年月，寶鋼2030冷軋廠08鍍鋅機(jī)組(1850mm、年產(chǎn)30萬噸)的自動(dòng)化系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)時(shí)自動(dòng)化技術(shù)水平根據(jù)工藝區(qū)段方式共配置5臺(tái)西門子公司的S5-150KPLC和一臺(tái)上位工業(yè)掌握機(jī)300-R30，屬當(dāng)時(shí)國際先進(jìn)水平，目前自動(dòng)化技術(shù)與20世紀(jì)80年月相比，進(jìn)步極大，沿襲2030冷軋廠帶鋼生產(chǎn)機(jī)組工藝分段配置自動(dòng)化系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式已不適應(yīng)目前的自動(dòng)化技術(shù)水平，表1為S7-400系列PLC、S7-300系列PLC與S5-150K系列PLC的技術(shù)性能對(duì)比；以表1技術(shù)性能對(duì)比為依據(jù)，通過分析，濟(jì)南鋼鐵公司20萬噸鍍鋅機(jī)組集成的自動(dòng)化系統(tǒng)我們采納一塊S7-400主CPU：CPU416-2DP；張家港機(jī)組(年產(chǎn)15萬噸)采納一塊S7-300主CPU：S7-315-2DP，實(shí)踐證明，我們的系統(tǒng)配置模式完全滿意生產(chǎn)要求；可以有以下結(jié)論：目前國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)年產(chǎn)在20萬噸左右的冷帶連續(xù)加工機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)，只需1臺(tái)S7-400主CPU就可以滿意生產(chǎn)要求，對(duì)于年產(chǎn)在15萬噸以下的中小機(jī)組只需要一臺(tái)S7-300主CPU：CPU315-2DP就完全可以滿意生產(chǎn)要求，這無疑極大地簡(jiǎn)化了冷帶加工機(jī)組的自動(dòng)化系統(tǒng)，使廣闊用戶從中受益。采納新型方式配置冷帶連續(xù)加工機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)的好處可以歸納如下：(1)充分發(fā)揮CPU技術(shù)性能，淘汰根據(jù)工藝區(qū)段安排PLC的老模式，從根本上簡(jiǎn)化自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備投資。(2)充分采納現(xiàn)場(chǎng)通訊總線技術(shù)和遠(yuǎn)程IO單元，從而大量節(jié)約輸入輸出點(diǎn)和施工電纜，降低投資費(fèi)用。(3)充分采納現(xiàn)代HMI技術(shù)，省卻大量操作按鈕、指示燈和顯示儀表，從而提高自動(dòng)化生產(chǎn)的操作和管理水平，使操作更加人性化和簡(jiǎn)約化。3、系統(tǒng)組成及功能冷帶連續(xù)加工機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成方式為：基礎(chǔ)傳動(dòng)+PLC+上位監(jiān)控；PLC(主CPU、遠(yuǎn)程IO站)、HMI、傳動(dòng)系統(tǒng)之間通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。3.1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能監(jiān)控系統(tǒng)通過PROFIBUS-DP總線與PLC主CPU連接，接受和采集原料、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品有關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理人員-設(shè)備-原料-產(chǎn)品之間的信息交換，對(duì)機(jī)組的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)化管理；通過網(wǎng)絡(luò)，把工藝參數(shù)設(shè)定值和對(duì)電氣設(shè)備的操作從人-機(jī)界面接口傳送到PLC，把機(jī)組的狀態(tài)、電氣參數(shù)及故障由PLC收集送到人-機(jī)接口的CRT顯示器上；我院目前為濟(jì)南鋼鐵公司技術(shù)總承包的20萬噸熱鍍鋅板工程上位監(jiān)控系統(tǒng)采納WinCC組態(tài)技術(shù)對(duì)整個(gè)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能如下：(1)原料數(shù)據(jù)(板材寬度、厚度、鋼卷編號(hào)等)，過程數(shù)據(jù)(機(jī)組各段張力、機(jī)組速度)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)(鋼卷卷號(hào)、卷重、卷徑、焊縫位置等)的自動(dòng)生成、存儲(chǔ)和修改，將自動(dòng)生成的配方工藝參數(shù)下載到PLC。(2)全部生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)的匯總、存儲(chǔ)、打??；(3)各主要工藝設(shè)備狀態(tài)顯示；(4)在人-機(jī)界面上或者在操作臺(tái)上對(duì)上述生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工干預(yù)；(4)加熱爐的溫度顯示、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、故障報(bào)警；3.2PLC系統(tǒng)組成及功能以濟(jì)南20萬噸熱鍍鋅項(xiàng)目為例，PLC系統(tǒng)采納西門子公司S7-400系列PLC，主CPU采納S7-416-2DP，遠(yuǎn)程IO采納ET200，由CPU、存儲(chǔ)單元、電源模板、通訊模板、輸入輸出模板、高速計(jì)數(shù)模板、中繼器等組成，PLC與分布式I／O及傳動(dòng)系統(tǒng)采納Profibus-DP網(wǎng)。詳細(xì)配置見表3。PLC掌握系統(tǒng)主要完成加工線工藝功能的掌握，依據(jù)工藝需要完成區(qū)段速度設(shè)定、張力設(shè)定、活套掌握、規(guī)律掌握、監(jiān)測(cè)和報(bào)警、與上位機(jī)進(jìn)行通訊等掌握功能；在三個(gè)操作臺(tái)(入口操作臺(tái)、工藝操作臺(tái)、出口操作臺(tái))上分別設(shè)有模塊化IO單元，由通訊電纜匯總到PLC系統(tǒng)，為提高系統(tǒng)牢靠性，PLC與各自的遠(yuǎn)程IO站之間的通訊、PLC與調(diào)速傳動(dòng)裝置之間采納獨(dú)立通訊網(wǎng)絡(luò)，PLC把設(shè)定參數(shù)和掌握指令傳送到終端和各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，并收集各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)和電氣參數(shù)送到人-機(jī)接口的CRT上顯示。4、PLC軟件功能冷帶連續(xù)加工機(jī)組的PLC軟件主要是焊縫跟蹤任務(wù)，包括自動(dòng)剎車、慢速定位和緊急剎車；焊縫跟蹤任務(wù)是靠現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程IO站信號(hào)通過ProfiBUS-DP與S7-400主CPU通訊，依據(jù)編制好的過程掌握軟件完成，它的任務(wù)主要包括：(1)依據(jù)帶鋼焊縫在機(jī)組的位置實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)剎車a)開卷機(jī)的自動(dòng)甩尾剎車。b)入口活套出口活套的自動(dòng)剎車。c)卷取機(jī)的自動(dòng)剎車。d)拉矯機(jī)的輥道自動(dòng)開閉。(2)依據(jù)焊縫位置實(shí)現(xiàn)機(jī)組的慢速定位a)入口上下通道帶頭在焊機(jī)處的慢速定位。b)入口上下通道在助卷器和夾送輥兩種方式下的穿帶。c)入口出口側(cè)剪刀處的帶鋼定位。d)焊縫的自動(dòng)打孔。e)依據(jù)焊縫位置計(jì)算帶長(zhǎng)。(3)機(jī)組的緊急剎車a)傳動(dòng)設(shè)備故障的機(jī)組緊急剎車。b)斷帶故障的緊急剎車。(4)4個(gè)程序模塊上述全部工藝要求的掌握功能其軟件核心為4個(gè)程序模塊，依據(jù)需要分別在自動(dòng)剎車、慢速定位和緊急剎車過程中調(diào)用，它們是：a)狀態(tài)掌握模塊MDCT01。b)張力調(diào)整模塊TEAD01。c)定位模塊POSI01。d)自動(dòng)剎車模塊AUBK01。定位模塊POSI01、自動(dòng)剎車模塊AUBK01的功能主要是接受來自現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)掌握點(diǎn)的狀態(tài)，并且依據(jù)狀態(tài)掌握點(diǎn)狀態(tài)去觸發(fā)或者調(diào)用狀態(tài)掌握模塊MDCT01和張力調(diào)整模塊TEAD01的不同設(shè)定值程序,它們附屬于張力調(diào)整模塊和狀態(tài)掌握模塊，主要是開關(guān)挨次連鎖和通／斷關(guān)系；狀態(tài)掌握模塊MDCT01和張力調(diào)整模TEAD01的主要功能是速度-張力的設(shè)定。狀態(tài)掌握模塊MDCT01和張力調(diào)整模塊TEAD01根據(jù)機(jī)組工作狀態(tài)的不同可以分為目標(biāo)速度非“0”狀態(tài)的生產(chǎn)懇求和目標(biāo)速度為“0”生產(chǎn)懇求兩種基本狀況；(5)目標(biāo)速度非“0”狀態(tài)的生產(chǎn)懇求，可以分為兩種狀況：a)初始速度為“0”，既生產(chǎn)線為停止?fàn)顟B(tài)，這種狀況下，首先要進(jìn)入張力預(yù)備階段，依據(jù)工藝要求進(jìn)行張力預(yù)選，接通張力，建立靜態(tài)張力，其次是張力調(diào)整階段，建立該運(yùn)行區(qū)全部設(shè)備的工作張力，并且對(duì)張力的建立和調(diào)整進(jìn)行確認(rèn)和檢查，在確認(rèn)和檢查無誤的狀況下，進(jìn)入速度調(diào)整階段，經(jīng)過肯定時(shí)間Δt(如出口段為4秒、工藝段為3秒、出口段為6秒)檢查速度不為“0”，說明懇求實(shí)現(xiàn)。b)初始速度不為“0”，既生產(chǎn)線為正常生產(chǎn)狀態(tài)，這種狀況下，全部張力均已存在，各段張力均為正常生產(chǎn)值，此時(shí)，可以直接進(jìn)行速度調(diào)整。目標(biāo)速度為“0”，這種懇求是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)速度為“0”的狀態(tài)。可以知道，當(dāng)速度為“0”后大約0.7秒，取消工作張力，建立靜態(tài)張力，若沒有外部中斷懇求，那么在大約900s之后，系統(tǒng)自動(dòng)取消靜態(tài)張力，張力值“0”。鍍鋅機(jī)組入口段軟件功能框圖，整個(gè)框圖基本包括狀態(tài)掌握模塊MDCT01、張力調(diào)整模塊TEAD01、定位模塊POSI01和自動(dòng)剎車模塊AUBK01。冷帶連續(xù)加工機(jī)組的PLC掌握程序編制，應(yīng)當(dāng)留意以下狀況：a)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件的牢靠性直接關(guān)系到自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，傳動(dòng)電機(jī)、抱閘和限位開關(guān)、光電檢測(cè)在自動(dòng)化系統(tǒng)中具有同樣的重要性，機(jī)組的連續(xù)性生產(chǎn)和限位開關(guān)這樣小的元件親密相關(guān)。b)冷帶連續(xù)加工線自動(dòng)化系統(tǒng)掌握的主要設(shè)備是輥系設(shè)備，主要參數(shù)是張力-加速度-速度-位置這樣四個(gè)力學(xué)參數(shù)，其掌握過程屬于剛性物料輸送過程，其前后聯(lián)系特別緊密，單體設(shè)備之間相關(guān)性極大，在掌握精度上有肯定要求，否則會(huì)消失斷帶、拉帶、堆帶或者機(jī)組振蕩故障現(xiàn)象。c)冷帶連續(xù)加工線自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)合理采納遠(yuǎn)程IO和總線通訊方式，軟件結(jié)構(gòu)上應(yīng)當(dāng)根據(jù)程序模塊把全部開關(guān)量信號(hào)與張力-加速度-速度-位置參數(shù)有機(jī)地整