摘要：包裝是鋼鐵冷軋精整的重要工序之一。本文從先進(jìn)的機(jī)組自動(dòng)控制入手，對(duì)系統(tǒng)過(guò)程數(shù)據(jù)處理和傳動(dòng)高精度閉環(huán)控制進(jìn)行深入分析和研究，提出了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)速度控制以及先進(jìn)傳動(dòng)高精度控制方案，使之在滿足生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上提高工作效率。
      關(guān)鍵詞：速度控制  閉環(huán)控制  數(shù)據(jù)處理

      Abtract: Packaging is a important processes of cold-rolled. This article start from the automatic control. On the thorough analysis and the research to the system process data processing and high-precision drive closed-loop control, propose the international standard network, advanced speed control and advanced high-precision drive control scheme. On the base of the satisfaction of production request, system enhance the working efficiency.
      Keyword: Speed control  Closed-loop control  Data process

      1 概述
      寶鋼股份2030冷軋廠新增連退包裝機(jī)組，整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)S7-400PLC控制，上位機(jī)設(shè)計(jì)一臺(tái)服務(wù)器、2臺(tái)客戶機(jī)，PLC與HMI之間用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，PLC與傳動(dòng)裝置、遠(yuǎn)程I/O站以及編碼器之間采用Profobus-DP控制網(wǎng)絡(luò)。機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處于國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際先進(jìn)水平，在寶鋼已順利驗(yàn)收并成功投產(chǎn)。系統(tǒng)的控制部分都設(shè)置有安全報(bào)警，各個(gè)操作臺(tái)上都安裝信號(hào)指示燈，以及急停按鈕，上位機(jī)監(jiān)控采用的是西門(mén)子Win CC,界面設(shè)置有參數(shù)設(shè)置、報(bào)警等，鋼卷信息是包裝自動(dòng)控制的關(guān)鍵。
系統(tǒng)為了提高控制精度和安全可靠性，設(shè)計(jì)應(yīng)用了光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和高精度閉環(huán)控制傳動(dòng)裝置的長(zhǎng)度等控制方案，獲得了高精度高質(zhì)量的諧調(diào)控制效果，提高了工作效率。

      2 生產(chǎn)流程
      2.1生產(chǎn)流程圖
      本系統(tǒng)首先用輸送車將鋼卷從連退出口鞍座搬到1#工位，然后在2#工位用1#送紙輥送紙第一次包裝，接著在接下的工位上用1#提升小車將鋼卷提起，用2#送紙輥送紙反方向包裝一次，然后用2#提升小車將鋼卷提起進(jìn)行包邊，用3#提升小車將鋼卷提起完成最后的包裝，最后用徑向打捆機(jī)將包裝好的鋼卷進(jìn)行打捆。生產(chǎn)流程圖的Win CC界面如圖1所示。

 
圖1 總流程圖

      2.2系統(tǒng)功能
      3個(gè)提升小車的控制原理是一樣，就以其中一個(gè)作為介紹，提升小車操作箱設(shè)有手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、提升/下降、前進(jìn)/后退、工位完成等按鈕，當(dāng)自動(dòng)的時(shí)候只需要按自動(dòng)提升/自動(dòng)下降按鈕，就可完成整個(gè)工藝工程。送紙輥有遠(yuǎn)程和就地控制，由正/反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)操作，用哪邊的紙則將該邊壓輥壓上。
      運(yùn)輸鏈控制精度要求高，安全可靠性要求嚴(yán)格，采用西門(mén)子6SE70變頻器控制，在主操作臺(tái)上有手動(dòng)/周期啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，在手動(dòng)的時(shí)候可以通過(guò)前進(jìn)/后退按鈕操作，周期啟動(dòng)模式下，只需要按一下周期啟動(dòng)按鈕，運(yùn)輸鏈就可以自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)周期，即一個(gè)工位。在主操上有每一個(gè)設(shè)備工位完成信號(hào)指示燈，操作簡(jiǎn)單。
      CPU將來(lái)自外圍的邏輯信號(hào)進(jìn)行判斷處理以控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。另外，將控制系統(tǒng)送來(lái)的鋼卷信息值進(jìn)行運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果送入現(xiàn)場(chǎng)各執(zhí)行器使之以工藝要求方式運(yùn)行。
      2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
      控制系統(tǒng)采用服務(wù)器、客戶機(jī)模式，HMI與PLC之間采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)通訊，在服務(wù)器、客戶機(jī)任何一臺(tái)機(jī)子都可以激活或取消激活項(xiàng)目，只要有一個(gè)取消激活了其他所有機(jī)子都取消激活。服務(wù)器、客戶機(jī)之間是采用光纖網(wǎng)絡(luò)，通訊速度非?？?，服務(wù)器光纖1#口與入口HMI光纖1#口連接，入口HMI光纖2#口與出口HMI1#口連接，出口HMI2#口與服務(wù)器2#口連接，這樣形成環(huán)網(wǎng)。
      現(xiàn)場(chǎng)總線通訊分為Profibus(1)與Profibus(2)，分別由CPU的DP口和  CP443-5模塊連接，見(jiàn)圖2系統(tǒng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)配置圖，首先介紹Profibus(1)，在電氣室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)子站全部設(shè)計(jì)該網(wǎng)絡(luò)上，有運(yùn)輸鏈、1#送紙輥、2#送紙輥、送紙擺桿、徑向打捆機(jī)、鋼卷搬運(yùn)小車提升變頻器以及行走變頻器，見(jiàn)圖3網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖。
      遠(yuǎn)程I/O站以及現(xiàn)場(chǎng)編碼器設(shè)計(jì)在Profibus(2)上，采用DP線從CP443-5模塊首先到DP/光纖轉(zhuǎn)換模塊，然后采用光纖連接至主操作臺(tái)的轉(zhuǎn)換模塊，再用DP線連接至各個(gè)網(wǎng)絡(luò)子站。在該網(wǎng)絡(luò)上的子站有主操臺(tái)ET站、徑向打捆機(jī)ET站及觸摸屏、液壓站ET站、閥臺(tái)ET站、3#提升小車升降編碼器、2#提升小車升降編碼器、1#提升小車升降編碼器及平移編碼器、鋼卷搬運(yùn)操作臺(tái)ET站及其起升編碼器與行走編碼器。

 
圖2 系統(tǒng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)配置圖
 
圖3 PLC網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖

      3自動(dòng)化控制部分
      3.1 控制系統(tǒng)
      本系統(tǒng)自動(dòng)化控制主要是速度控制，包括有提升小車的升降、平移速度控制，運(yùn)輸鏈、送紙輥的速度控制，傳動(dòng)裝置的速度控制在后面分析，這一小節(jié)主要介紹提升小車的速度控制。小車的速度首先是CPU接到操作邏輯信號(hào)并經(jīng)過(guò)運(yùn)算，然后給定速度選擇器，接著經(jīng)過(guò)斜坡函數(shù)發(fā)生器計(jì)算，最后給模擬量輸出控制塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成邊準(zhǔn)的格式，將數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程站的模擬量輸出模塊，控制伺服放大器驅(qū)動(dòng)液壓閥，最后設(shè)備按工藝要求動(dòng)作。
      3.2 PLC控制
      控制部分PLC由18槽中央機(jī)架、控制網(wǎng)絡(luò)組成。機(jī)架包括：處理器CPU 416-2DP，2個(gè)DI模塊、2個(gè)DO模塊、1個(gè)CP 443-5通訊模塊、1個(gè)CP 443-1通訊模塊、1個(gè)CP 441-2通訊模塊。PLC控制是集中進(jìn)行控制。西門(mén)子S7-400PLC的編程軟件為STEP 7。
      在系統(tǒng)中采用S7GRAPH順控， S7GRAPH必須安裝SIMATIC_S7_GRAPH_V53_SP5，安裝之后再打開(kāi)就可以編寫(xiě)順控語(yǔ)句了，標(biāo)準(zhǔn)的順控編程是一步一步的結(jié)構(gòu)圖。在順控塊中只有標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言命令及變量，其命令語(yǔ)言及變量很少。S7GRAPH只能在FB當(dāng)中編程，不能在FC中編程。

      4 傳動(dòng)部分
      4.1 系統(tǒng)傳動(dòng)控制
      變頻器運(yùn)行首先在HMI上進(jìn)行合閘，然后在現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上操作即給定變頻器運(yùn)行頻率，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，在傳動(dòng)界面上，首先選擇設(shè)備，然后點(diǎn)擊合閘、分閘，可以同時(shí)選擇多臺(tái)變頻一起合分閘。
      變頻器風(fēng)機(jī)啟停用變頻器啟動(dòng)命令，停止的時(shí)候延時(shí)5M停止，采用西門(mén)子變頻器定時(shí)器嵌套技術(shù)，不能用裝置狀態(tài)字的反饋信號(hào)，因?yàn)檫@是個(gè)輸出電壓，電機(jī)停了其電壓有時(shí)候還存在，所以會(huì)造成風(fēng)機(jī)一直在運(yùn)行。電機(jī)的抱閘在合閘分閘的時(shí)候不動(dòng)作，只有當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候才得電。抱閘是當(dāng)變頻器一有頻率輸出馬上得電，當(dāng)電機(jī)停止命令來(lái)了，抱閘并不是馬上失電抱死，而是當(dāng)變頻器頻率減為0了才馬上失電抱死。

 
圖4 HMI傳動(dòng)控制

      4.2傳動(dòng)高精度閉環(huán)控制
      運(yùn)輸鏈控制要求安全可靠，周期運(yùn)行長(zhǎng)度控制要求精確高，所以整個(gè)傳動(dòng)控制要求高。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在主操臺(tái)ET采用FM350計(jì)數(shù)模塊，通過(guò)編碼器和技術(shù)模塊，完成高精度閉環(huán)控制的硬件條件，控制系統(tǒng)得到閉環(huán)的速度反饋信號(hào)。
      程序計(jì)算得到的長(zhǎng)度值，當(dāng)改值大于等于設(shè)定長(zhǎng)度加修正值，以及小于等于修正值加上0.05，就是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際的長(zhǎng)度，精度達(dá)到0.025%。高精度閉環(huán)控制程序見(jiàn)下。

      5 總結(jié)
      在冷軋精整生產(chǎn)過(guò)程中，包裝為最后的生產(chǎn)亮點(diǎn)，其自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制效果直接影響產(chǎn)品的檔次，是技術(shù)的關(guān)鍵。我們?cè)诓捎米钕冗M(jìn)的控制技術(shù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和高精度閉環(huán)控制傳動(dòng)裝置的長(zhǎng)度等控制方案，獲得了高精度高質(zhì)量的諧調(diào)控制效果，提高了工作效率。
      本文創(chuàng)新點(diǎn)：1）結(jié)合了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，光纖網(wǎng)絡(luò)在傳動(dòng)控制中的先進(jìn)性，多臺(tái)HMI與PLC之間的數(shù)據(jù)交換采用以太網(wǎng)優(yōu)化策略。
2）變頻器速度控制采用高精度閉環(huán)控制，在寶鋼冷軋廠包裝機(jī)組的運(yùn)行中，長(zhǎng)度的給定達(dá)到最優(yōu)，既滿足長(zhǎng)度要求也不超過(guò)。該方案在鋼鐵生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用前景。
      參考文獻(xiàn)：
      [1]  崔堅(jiān)，西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南（上、下冊(cè)），北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004。
      [2]  陳水紅等，關(guān)于一種變參數(shù)PID控制器的分析與研究[J]微計(jì)算機(jī)信息,2005.10,47-48。
      [3]  施光林，可編程序控制器通訊與網(wǎng)絡(luò)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006。
      [4]  廖常初，S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005。
      [5]  天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所 編著.  電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.1992
      作者簡(jiǎn)介：唐建方（1984~），男，湖北新洲人，工學(xué)碩士，工程師，主要從事電氣傳動(dòng)、自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)及實(shí)踐工作。E- mail:11113@wisdri.com
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