摘要：包裝是鋼鐵冷軋精整的重要工序之一。本文從先進的機組自動控制入手，對系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)處理和傳動高精度閉環(huán)控制進行深入分析和研究，提出了國際標準網(wǎng)絡、先進速度控制以及先進傳動高精度控制方案，使之在滿足生產(chǎn)要求的基礎上提高工作效率。
      關鍵詞：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組，整個系統(tǒng)由一臺S7-400PLC控制，上位機設計一臺服務器、2臺客戶機，PLC與HMI之間用以太網(wǎng)網(wǎng)絡連接，PLC與傳動裝置、遠程I/O站以及編碼器之間采用Profobus-DP控制網(wǎng)絡。機組自動控制系統(tǒng)的設計處于國內(nèi)乃至國際先進水平，在寶鋼已順利驗收并成功投產(chǎn)。系統(tǒng)的控制部分都設置有安全報警，各個操作臺上都安裝信號指示燈，以及急停按鈕，上位機監(jiān)控采用的是西門子Win CC,界面設置有參數(shù)設置、報警等，鋼卷信息是包裝自動控制的關鍵。
系統(tǒng)為了提高控制精度和安全可靠性，設計應用了光纖網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)和高精度閉環(huán)控制傳動裝置的長度等控制方案，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，最后用徑向打捆機將包裝好的鋼卷進行打捆。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個提升小車的控制原理是一樣，就以其中一個作為介紹，提升小車操作箱設有手動自動轉(zhuǎn)換開關、提升/下降、前進/后退、工位完成等按鈕，當自動的時候只需要按自動提升/自動下降按鈕，就可完成整個工藝工程。送紙輥有遠程和就地控制，由正/反轉(zhuǎn)開關操作，用哪邊的紙則將該邊壓輥壓上。
      運輸鏈控制精度要求高，安全可靠性要求嚴格，采用西門子6SE70變頻器控制，在主操作臺上有手動/周期啟動開關，在手動的時候可以通過前進/后退按鈕操作，周期啟動模式下，只需要按一下周期啟動按鈕，運輸鏈就可以自動運行一個周期，即一個工位。在主操上有每一個設備工位完成信號指示燈，操作簡單。
      CPU將來自外圍的邏輯信號進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)送來的鋼卷信息值進行運算，然后將運算結(jié)果送入現(xiàn)場各執(zhí)行器使之以工藝要求方式運行。
      2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)成
      控制系統(tǒng)采用服務器、客戶機模式，HMI與PLC之間采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)通訊，在服務器、客戶機任何一臺機子都可以激活或取消激活項目，只要有一個取消激活了其他所有機子都取消激活。服務器、客戶機之間是采用光纖網(wǎng)絡，通訊速度非?？?，服務器光纖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#口與服務器2#口連接，這樣形成環(huán)網(wǎng)。
      現(xiàn)場總線通訊分為Profibus(1)與Profibus(2)，分別由CPU的DP口和  CP443-5模塊連接，見圖2系統(tǒng)自動化網(wǎng)絡配置圖，首先介紹Profibus(1)，在電氣室內(nèi)的網(wǎng)絡子站全部設計該網(wǎng)絡上，有運輸鏈、1#送紙輥、2#送紙輥、送紙擺桿、徑向打捆機、鋼卷搬運小車提升變頻器以及行走變頻器，見圖3網(wǎng)絡組態(tài)圖。
      遠程I/O站以及現(xiàn)場編碼器設計在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的轉(zhuǎn)換模塊，再用DP線連接至各個網(wǎng)絡子站。在該網(wǎng)絡上的子站有主操臺ET站、徑向打捆機ET站及觸摸屏、液壓站ET站、閥臺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、鋼卷搬運操作臺ET站及其起升編碼器與行走編碼器。

 
圖2 系統(tǒng)自動化網(wǎng)絡配置圖
 
圖3 PLC網(wǎng)絡組態(tài)圖

      3自動化控制部分
      3.1 控制系統(tǒng)
      本系統(tǒng)自動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，運輸鏈、送紙輥的速度控制，傳動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接到操作邏輯信號并經(jīng)過運算，然后給定速度選擇器，接著經(jīng)過斜坡函數(shù)發(fā)生器計算，最后給模擬量輸出控制塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成邊準的格式，將數(shù)據(jù)給遠程站的模擬量輸出模塊，控制伺服放大器驅(qū)動液壓閥，最后設備按工藝要求動作。
      3.2 PLC控制
      控制部分PLC由18槽中央機架、控制網(wǎng)絡組成。機架包括：處理器CPU 416-2DP，2個DI模塊、2個DO模塊、1個CP 443-5通訊模塊、1個CP 443-1通訊模塊、1個CP 441-2通訊模塊。PLC控制是集中進行控制。西門子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，安裝之后再打開就可以編寫順控語句了，標準的順控編程是一步一步的結(jié)構(gòu)圖。在順控塊中只有標準的語言命令及變量，其命令語言及變量很少。S7GRAPH只能在FB當中編程，不能在FC中編程。

      4 傳動部分
      4.1 系統(tǒng)傳動控制
      變頻器運行首先在HMI上進行合閘，然后在現(xiàn)場操作臺上操作即給定變頻器運行頻率，電機開始運行，在傳動界面上，首先選擇設備，然后點擊合閘、分閘，可以同時選擇多臺變頻一起合分閘。
      變頻器風機啟停用變頻器啟動命令，停止的時候延時5M停止，采用西門子變頻器定時器嵌套技術，不能用裝置狀態(tài)字的反饋信號，因為這是個輸出電壓，電機停了其電壓有時候還存在，所以會造成風機一直在運行。電機的抱閘在合閘分閘的時候不動作，只有當電機轉(zhuǎn)動的時候才得電。抱閘是當變頻器一有頻率輸出馬上得電，當電機停止命令來了，抱閘并不是馬上失電抱死，而是當變頻器頻率減為0了才馬上失電抱死。

 
圖4 HMI傳動控制

      4.2傳動高精度閉環(huán)控制
      運輸鏈控制要求安全可靠，周期運行長度控制要求精確高，所以整個傳動控制要求高。系統(tǒng)設計在主操臺ET采用FM350計數(shù)模塊，通過編碼器和技術模塊，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。
      程序計算得到的長度值，當改值大于等于設定長度加修正值，以及小于等于修正值加上0.05，就是電機運轉(zhuǎn)的實際的長度，精度達到0.025%。高精度閉環(huán)控制程序見下。

      5 總結(jié)
      在冷軋精整生產(chǎn)過程中，包裝為最后的生產(chǎn)亮點，其自動控制系統(tǒng)的控制效果直接影響產(chǎn)品的檔次，是技術的關鍵。我們在采用最先進的控制技術設計中，應用了光纖網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)和高精度閉環(huán)控制傳動裝置的長度等控制方案，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：1）結(jié)合了國際標準網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)進行處理，光纖網(wǎng)絡在傳動控制中的先進性，多臺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組的運行中，長度的給定達到最優(yōu)，既滿足長度要求也不超過。該方案在鋼鐵生產(chǎn)中具有良好的應用前景。
      參考文獻：
      [1]  崔堅，西門子工業(yè)網(wǎng)絡通訊指南（上、下冊），北京：機械工業(yè)出版社，2004。
      [2]  陳水紅等，關于一種變參數(shù)PID控制器的分析與研究[J]微計算機信息,2005.10,47-48。
      [3]  施光林，可編程序控制器通訊與網(wǎng)絡，北京：機械工業(yè)出版社,2006。
      [4]  廖常初，S7-300/400PLC應用技術，北京：機械工業(yè)出版社,2005。
      [5]  天津電氣傳動設計研究所 編著.  電氣傳動自動化技術手冊.機械工業(yè)出版社.1992
      作者簡介：唐建方（1984~），男，湖北新洲人，工學碩士，工程師，主要從事電氣傳動、自動化控制設計及實踐工作。E- mail:11113@wisdri.com
      通訊地址：上海市寶山區(qū)盤古路1000號四樓，唐建方收，電話15221907691，021-36213909-835