天津拓普酸洗機(jī)組自動控制系統(tǒng)
| 概述 該酸洗生產(chǎn)線自動化控制采用上位設(shè)置監(jiān)控計算機(jī)，下位控制站采用SIEMENS公司S7-400系列可編程控制器，并以高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸連接的集中監(jiān)視、分散控制自動化系統(tǒng)，電氣傳動裝置采用SIEMENS公司6SE70系列交流變頻調(diào)速器，交流電機(jī)控制中心MCC采用GGD型固定式開關(guān)柜。 本文就以下幾個方面對該酸洗機(jī)組自動化系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試加以闡述。 1．機(jī)組基本情況 酸洗機(jī)組是由預(yù)開卷，開卷機(jī)、九輥矯直機(jī)、1#夾送輥、1～14#擠干輥、烘干風(fēng)機(jī)、2#夾送輥、活套、3#夾送輥、拉剪、廢邊卷取機(jī)、1～3#張力輥、卷取機(jī)組成。 主操作臺設(shè)為頭尾各一臺，現(xiàn)場操作箱（柜）設(shè)為預(yù)開卷一個、頭尾液壓系統(tǒng)各一個，廢邊卷取一個，酸/水循環(huán)一個。 整個自動化系統(tǒng)由交流傳動及分布式I/O從站、PLC可編程系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)（工控機(jī)）組成。整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為交流傳動裝置和遠(yuǎn)程I/O從站與PLC之間采用Profibus-DP網(wǎng)通訊， PLC控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間采用以太網(wǎng)通訊。 2．自動化系統(tǒng)的配置及功能 PLC控制系統(tǒng)采用SIEMENS公司S7-400系列，遠(yuǎn)程控制站采用ET200M系列I/O站，由中央處理單元、存儲單元、電源模板、通訊模板、輸入輸出模板等組成。PLC與分布式I/O從站及傳動系統(tǒng)通訊采用Profibus-DP網(wǎng)。如下圖-1所示。  PLC控制系統(tǒng)主要完成酸洗各工藝功能的控制，PLC控制器可根據(jù)需要完成速度設(shè)定、張力設(shè)定、活套設(shè)定、邏輯控制、監(jiān)測和報警等控制功能。另外，在開卷操作臺、卷取操作臺、開卷液壓站、卷取液壓站、酸循環(huán)柜和MCC控制柜分別設(shè)有模塊化的I/O從站，以便縮短大量開關(guān)量信號線的傳輸長度，由通訊電纜匯總到PLC系統(tǒng)，提高系統(tǒng)控制可靠性，PLC與各自的遠(yuǎn)程I/O站之間和調(diào)速傳動裝置之間采用獨(dú)立通訊網(wǎng)絡(luò)，PLC把設(shè)定參數(shù)和控制指令傳送到終端和各調(diào)速傳動系統(tǒng)，并收集各調(diào)速傳動系統(tǒng)的狀態(tài)和電氣參數(shù)送到人機(jī)接口的顯示器顯示。 A.與上位機(jī)進(jìn)行通訊 B.控制傳動裝置運(yùn)行 C.完成邏輯控制 D.檢測報警及存儲功能 E.活套運(yùn)算及控制功能 F.張力運(yùn)算及控制 3、電氣傳動系統(tǒng)組成及功能描述 電氣傳動系統(tǒng)由主傳動變頻調(diào)速系統(tǒng)組成，如下圖-2所示:  3.1 交流變頻流調(diào)速系統(tǒng)組成及功能描述 3.1.1 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)組成 根據(jù)要求,本生產(chǎn)線的主傳動設(shè)備采用SIEMENS公司生產(chǎn)的6SE70系列交流變頻調(diào)速器組成傳動控制系統(tǒng)。6SE70系列交流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用矢量控制電壓源型變頻器, 每套裝置均配置輸入電抗器、熔斷器、繼電操作及電壓、電流顯示和運(yùn)行、故障指示等。 3.1.2 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)功能描述 SIEMENS公司生產(chǎn)的6SE70系列交流變頻器調(diào)速系統(tǒng)的功能是控制全線所有主電機(jī)的運(yùn)行,按工藝要求及PLC系統(tǒng)的設(shè)定值工作在速度控制狀態(tài)或張力控制狀態(tài),系統(tǒng)采用矢量閉環(huán)控制,穩(wěn)速精度高,通過對裝置的加速度控制可以使鋼帶平穩(wěn)升降速,平穩(wěn)運(yùn)行。 調(diào)速系統(tǒng)的功能: 與PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊 按工藝要求控制電機(jī)運(yùn)行 給電機(jī)再啟動時進(jìn)行自診斷 速度、電流環(huán)自調(diào)節(jié) 各類保護(hù)(如：過電壓、欠電壓、過電流、超速、內(nèi)存故障等) 電流調(diào)節(jié)器 速度調(diào)節(jié)器 輔助功能 調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù): 速度控制精度0.1% 速度響應(yīng)時間＜200ms 張力開環(huán)控制精度5% 張力閉環(huán)控制精度2% 3.2 操作系統(tǒng)組成及功能描述 3.2.1 操作控制系統(tǒng)組成 操作控制系統(tǒng)由開卷操作臺、卷取操作臺和酸循環(huán)柜組成。操作臺采用琴式操作臺，操作臺配置I/O從站與PLC進(jìn)行通訊控制，臺內(nèi)配置操作電源、自動空氣開關(guān)、各種操作按鈕及旋鈕、電壓和電流、線速度、張力值顯示、運(yùn)行指示、故障指示等。就地操作柜采用標(biāo)準(zhǔn)柜體，配置各種操作按鈕及旋鈕、運(yùn)行指示、故障指示等。 3.2.2 操作控制系統(tǒng)功能描述 受PLC控制 完成各種工藝操作(穿帶、上卷、卸卷等) 按工藝要求控制電機(jī)的起、停及運(yùn)行 速度給定及速度級聯(lián)控制 分段速度控制 各段張力控制 活套控制 帶頭跟蹤控制 按工藝要求控制各設(shè)備的動作 4．主要控制技術(shù) ㈠ 交流變頻裝置的速度控制要點(diǎn) 對于直流調(diào)速系統(tǒng)，通常采用控制調(diào)速裝置的“系統(tǒng)使能信號”，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的起/?？刂疲⒕哂辛己玫乃俣软憫?yīng)特性。但對于交流調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)向各個交流變頻裝置發(fā)出系統(tǒng)使能指令時，才開始建立交流電機(jī)的勵磁電流，由于電機(jī)功率不同，故磁場建立的時間差別較大，而磁場電流建立完成前，變頻器本身封鎖其速度設(shè)定使能指令，必會出現(xiàn)變頻器發(fā)出速度設(shè)定使能指令的時間差，造成各電機(jī)啟動速度不一致現(xiàn)象，而導(dǎo)致堆鋼或拉鋼問題。實(shí)踐證明，所有電機(jī)磁場電流建立完畢需要約1s，即PLC發(fā)出系統(tǒng)使能指令1s后，再發(fā)出速度設(shè)定使能指令，才可得到理想的速度響應(yīng)效果。 ㈡ PLC與交流變頻裝置速度/張力控制 全線電控設(shè)備根據(jù)不同的操作狀態(tài)分別工作于速度系統(tǒng)或張力系統(tǒng)，由PLC控制實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。當(dāng)全線處于點(diǎn)動或聯(lián)動時，相應(yīng)的傳動裝置以速度方式運(yùn)行，完成上帶，穿帶，鋼帶張緊等局部功能。系統(tǒng)的主速度基準(zhǔn)分為活套前和活套后兩部分。在未起套前，全線以九輥矯直機(jī)為速度基準(zhǔn)，在起套后，活套前裝置以九輥矯直機(jī)為速度基準(zhǔn)，活套后裝置以S張力輥為速度基準(zhǔn)。開卷機(jī)和卷取機(jī)建張后傳動裝置工作于張力系統(tǒng)，其余傳動裝置均工作于速度系統(tǒng)。 酸洗線的開卷、卷取需要恒張力控制，此功能通過PLC的PID閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)。以卷取機(jī)為例說明:運(yùn)行過程中PLC接收到測速輥反饋的線速度V，與電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n進(jìn)行運(yùn)算，V=PiDni，算出當(dāng)時的卷經(jīng)D值，并給出與D相對應(yīng)的力矩值，卷取過程中，鋼卷連續(xù)增大，卷經(jīng)D的值也連續(xù)增大，因此，電機(jī)的輸出力矩也就連續(xù)增大，保證了自始至終鋼帶所承受的張力為恒定。此外PLC還可根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，dv/dt的變化，以及鋼帶的寬度W等，給出相應(yīng)的動態(tài)補(bǔ)償和摩擦力矩補(bǔ)償，用以保證加減速過程中鋼帶的張力恒定。 ㈢ 穿帶堆鋼保護(hù) 酸洗機(jī)組由于其酸槽是封閉的，操作工無法看到帶鋼在其內(nèi)部的運(yùn)行情況，如果穿帶時帶鋼在槽內(nèi)某一處卡住而系統(tǒng)不能自動停車，將造成堆鋼現(xiàn)象，嚴(yán)重時將酸洗槽蓋頂起，甚至酸液濺出，影響設(shè)備及人身安全，能否解決好這個問題關(guān)系到酸洗線能否正常生產(chǎn)。為此，我們采用了3項保護(hù)手段: 1) 光電管檢測保護(hù)。通過檢測帶鋼運(yùn)行速度，用已知的從酸洗槽前的光電管到清洗槽后的光電管的距離計算出穿帶所需的時間，由PLC進(jìn)行監(jiān)視，如果超過了預(yù)計的時間帶頭仍未到達(dá)酸洗槽后光電管，則說明以出現(xiàn)堆鋼現(xiàn)象，PLC立即發(fā)出停車指令。 由于酸洗槽和清洗槽的距離較長，所計算出的時間也較長，所以，如果僅采用此檢測方法，一旦在酸洗槽入口側(cè)出現(xiàn)堆鋼現(xiàn)象，則不能及時停車。 2）擠干輥電流檢測保護(hù)。穿帶時，PLC計算出帶頭到達(dá)某擠干輥時，發(fā)出該擠干輥壓下指令，若鋼帶已通過此擠干輥，其電機(jī)力矩電流將發(fā)生變化，因此若PLC判斷力矩電流低于預(yù)計值，則說明出現(xiàn)了堆鋼現(xiàn)象，停止穿帶。 3）變頻器堵轉(zhuǎn)信號保護(hù)。當(dāng)變頻器速度給定值與速度實(shí)際值出現(xiàn)差值時，經(jīng)延時后，變頻器發(fā)出堵轉(zhuǎn)報警信號。如果帶鋼在酸洗槽內(nèi)某處被堵，擠干輥會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因而PLC通過判斷變頻器堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，立刻執(zhí)行停車指令，并在操作站畫面上顯示出帶鋼發(fā)生堵轉(zhuǎn)的位置。 實(shí)踐證明，結(jié)合以上3種方法檢測穿帶故障，時間短、停車快、準(zhǔn)確率高。 ㈣ 活套控制 在正常的生產(chǎn)過程中帶鋼應(yīng)該是處于活套坑內(nèi)4/8至6/8之間，但由于種種原因，常常不能做到出口段與中央段速度完全一致，而造成帶鋼在活套內(nèi)上下跑動。當(dāng)活套到達(dá)4/8時，使出口段減速，而入口段速度保持不變，因而使套量不斷增加，帶鋼到達(dá)活套坑內(nèi)5/8時出口段恢復(fù)原速度，與入口/中央段速度一致，以保持活套內(nèi)帶鋼套量不變。 5. 人機(jī)界面—自動化控制系統(tǒng)操作站 畫面操作站采用西門子Wincc操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)軟件在Windows2000環(huán)境下運(yùn)行，具有很強(qiáng)的操作、監(jiān)視、報警和打印功能，可滿足各種生產(chǎn)過程監(jiān)控、管理需要。 主要功能及特點(diǎn)： 可與S7-400通過光纜實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊。 基于窗口的過程監(jiān)視和操作（以菜單的格式進(jìn)行畫面調(diào)用和切換，在主菜單下設(shè)有分菜單，可對指令部分作更進(jìn)一步的監(jiān)視和操作）; 不同形式的時間信息顯示功能; 故障信息及用戶報表打印系統(tǒng); 對一些重要參數(shù)有曲線圖及趨勢圖進(jìn)行監(jiān)視。 酸洗機(jī)組分別在入口和出口配置了Wincc操作站，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)監(jiān)視和操作的高度集中。不僅可集中顯示生產(chǎn)過程的全部信息，完全取代模擬顯示儀表及模擬屏，而且通過鍵盤操作可實(shí)現(xiàn)變更系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)，診斷系統(tǒng)故障，并可隨時打印故障及生產(chǎn)報表，使管理人員方便的掌握生產(chǎn)情況。 7. 運(yùn)行情況及效果 酸洗機(jī)組自動化系統(tǒng)于2006年10月投入使用后運(yùn)行正常,在入、出口操作臺通過生產(chǎn)人員操作，系統(tǒng)能實(shí)時運(yùn)行應(yīng)用軟件，并且操作人員能方便的查看信息，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。經(jīng)過一段時間運(yùn)行后程序運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便，安全性強(qiáng)。通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)將PLC、遠(yuǎn)程I/O站、傳動系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)了自動化的集中控制。由于其自動化配置合理，極大地縮短了試車時間和減少生產(chǎn)事故，提高了生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量，并達(dá)到了以最小投入獲得******利潤。 |
