基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)改造可控硅控制系統

　　在自動(dòng)化系統的配置中既要保證系統的先進(jìn)、可靠、合理性，又要避免過(guò)剩功能、降低投資成本，這是系統改造時(shí)首先要考慮的。東北輕合金有限責任公司針對 1560mm拉彎矯直機列存在的電氣系統故障高，可靠性差，而產(chǎn)品質(zhì)量、尺寸精度是要求極高這一問(wèn)題，決定應用新的數字系統對原可控硅控制系統進(jìn)行改造。新的系統采用了SIEMENS可編程控制器SIEMATIC S7-300和窗口控制中心WINCC，ABB公司的全數字調速系統DCS500、變頻器ACS60O等?；赑ROFIBUS總線(xiàn)技術(shù)，實(shí)現了與ABB的DCS500、ACS60O的通信。以PLC SIEMATIC S7做主控設備，HOST計算機做生產(chǎn)管和過(guò)程顯示。改造后成功運行，可靠性大大提高，避免了生產(chǎn)過(guò)程中的突發(fā)斷帶、超速等嚴重制約生產(chǎn)的現象。

　　二、設備原控制系統情況

　　拉彎矯直機列構成如圖1所示，包括四臺直流電動(dòng)機，分別為開(kāi)卷、剪邊、矯直機和卷取機的驅動(dòng)電機。原可控硅控制系統為三相橋式電路，模擬調節器，由一臺SYSTEM V工業(yè)計算機及PLC進(jìn)行系統設定和連鎖控制。采用插件式電子線(xiàn)路板及可控硅分立元件，該設備核心部分為雙S輥及三個(gè)矯直工作輥組成的拉伸矯直裝置，入口張緊輥和出口張緊輥由一臺直流電動(dòng)機驅動(dòng)，中間采用小功率交流電動(dòng)機帶動(dòng)行星輪系調節兩個(gè)張緊輥轉速差，并由兩個(gè)光電碼盤(pán)測出每個(gè)張緊輥的轉速，計算機系統據此計算出延伸量，與設定值比較，存在誤差則通過(guò)交流電動(dòng)機調節行星輪系，從而形成閉環(huán)控制。矯直工作輥位置可任意設定，從而得到不同的矯平效果。卷取、開(kāi)卷張力可根據加工要求設定，在張力作用下，帶材被拉伸，并被三個(gè)工作輥矯直。

　　圖1 拉彎矯直機構成示意圖

　　三、應用總線(xiàn)系統的改造

　　基本保持原系統動(dòng)力分布，圓盤(pán)剪驅動(dòng)改為雙側電機交流調速。其它直流電動(dòng)機及功率不變?？刂葡到y基礎部分主要由SIEMENSPLC S7-300，遠方站ET200M，操作員工作站W(wǎng)IN CC，觸摸屏TP，DCS500全數字直流調速系統及ACS600變頻器組成。全數字直流調速系統、變頻器均以PROFIBUS-DP協(xié)議方式與PIESIIMATIC S7相連，通過(guò)HOST計算機設定加工參數和過(guò)程自動(dòng)化，由PIE系統分配給定拉彎矯直機的速度、張力電流。系統構成如圖2所示。

　　圖2 總線(xiàn)系統構成

　　主站PIEMASTER S7-300，CPU為S7315-2DP，主控系統包含程序，對系統進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和邏輯控制，完成延伸率控制、工作輥位置調節。遠方站ET200M一個(gè)作為操作信號的輸入，另一個(gè)做邏輯信號的輸入、輸出。主控系統啟動(dòng)后，首先是硬熱點(diǎn)讀取，然后調應用程序、輸出結果，遇到END返回程序起點(diǎn)，循環(huán)運行。延伸率控制、工作輥位置調節仍然延用原來(lái)的控制過(guò)程，但速度、位置測量信號直接輸入S7-300，并通過(guò)HOST計算機設定給定數據及顯示控制結果，準確性比原來(lái)有所提高，消除了失控現象。圓盤(pán)剪切機改為雙電動(dòng)機驅動(dòng)是從機械結構考慮的，雙機雙饋電關(guān)鍵是轉速相等，應用 PROFIBUS總線(xiàn)，兩個(gè)變頻器由同一節點(diǎn)接入和通信，從電動(dòng)機跟隨給定電動(dòng)機轉速實(shí)現同步。

　　HOST計算機用P4CPU，Windows NT操作系統，與總線(xiàn)連接用網(wǎng)卡CP5611。組態(tài)用西門(mén)子WIN CC監控軟件，實(shí)現圖形、畫(huà)面顯示和報警。功能主要有生產(chǎn)工藝參數設定，過(guò)程數據監控如電流、張力、卷徑、機列速度、延伸率及工作輥狀態(tài)位置等，各種曲線(xiàn)顯示和存儲，主要包括張力曲線(xiàn)、速度曲線(xiàn)、延伸率曲線(xiàn)。生產(chǎn)數據統計報表、存儲、打印。系統維護由專(zhuān)業(yè)人員使用界面進(jìn)行調整，更改系統數據。

　　四、改造后控制系統的優(yōu)點(diǎn)

　　開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)標準PROFIBUS-DP具有高效低成本、即插即用的特點(diǎn)，常用于工廠(chǎng)自動(dòng)化。PROFIBUS采用一種兩頭有終端的總線(xiàn)拓撲，確保在運行期間接入和斷開(kāi)一個(gè)或多個(gè)站而不影響其他站，物理層選擇PS 485，用于PROFIBUS-DP，采用異步NRZ傳輸編碼，波特率 12MBit／s，屏蔽雙絞電纜。

　　PROFIBUS-DP適合代替PLC／PC與I／O之間成本昂貴的電纜線(xiàn)。速度快，傳輸1KB的I／O數據所需時(shí)間＜2ms。功能強大的工具減少組態(tài)和維護費用，所有主要的PLC制造商都支持，有廣泛的產(chǎn)品可提供，允許周期性的和非周期性的數據傳輸。這次改造采用屏蔽雙絞電纜PROFIBUS-DP，設10個(gè)節點(diǎn)地址定義所連的設備，取代原配的大量電纜、導線(xiàn)，使安裝簡(jiǎn)單、容易可靠。相應地選擇與PROFIBUS-DP兼容的西門(mén)子、ABB公司的調速設備和器件，便于組態(tài)和減少編程工作量。

　　DCS500全數字直流調速系統，具有通用性，用于具體調速方案時(shí)，可視要求設定系統參數、控制方式。轉矩設定可選擇速度、張力-開(kāi)卷及張力-卷取三種方式，這次改造中，矯直機、開(kāi)卷機及卷取機驅動(dòng)分別按這三種方式設定，結構原理如圖3所示。

　　圖3 全數字直流調速系統框圖

　　由于全數字調速系統的公式化特征，參數設定由模擬系統的電容、電位器調整，轉為數字的鍵入、狀態(tài)標碼的選擇，調試效率極高，保護措施完善，安裝及運行可靠性好。

　　改造后的拉彎矯直機列控制系統故障率明顯降低，各項電氣及工藝指標都達到設計要求，充分發(fā)揮了設備的使用性能，實(shí)現了控制系統網(wǎng)絡(luò )化?？煽毓枘M調速系統改造，選擇基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的全數字控制系統，不僅是出于應用當前最新技術(shù)的考慮，關(guān)鍵還在于它具有良好的實(shí)用性和面向生產(chǎn)過(guò)程網(wǎng)絡(luò )化管理的可發(fā)展性。