PCS7在滾切式雙邊剪控制系統(tǒng)中的運用

寶鋼集團(tuán)八鋼公司中厚板分廠 苗勁蓬

引言

早期PLC采用德國西門公司的S5控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)故障率高、故障頻繁出現(xiàn)、性能的穩(wěn)定性差、使得維護(hù)維修非常困難。而在八鋼滾切式雙邊剪自動化控制系統(tǒng)中，最核心的部分選用的了西門子過程控制系統(tǒng)：SIMATIC S7-400，其開發(fā)軟件采用了西門子的PCS7。全部控制設(shè)備通訊網(wǎng)絡(luò)化，其優(yōu)點是PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線把設(shè)備和PLC緊密集成為一個完整的控制系統(tǒng)；現(xiàn)場遠(yuǎn)程站、操作臺、控制室、傳動室均采用PROFIBUS-DP通訊接口，節(jié)省大量電氣元件和電纜；并通過快速以太網(wǎng)的連接，實現(xiàn)PLC與PLC、PLC與HIM之間的快速數(shù)據(jù)通信和交換；開放的以太網(wǎng)接口，使連接全局管理系統(tǒng)變得十分方便；能夠滿足復(fù)雜的基礎(chǔ)自動化控制，并且具有分散控制，集中管理，安全可靠，方便維護(hù)的優(yōu)點。

1.PCS7簡介

西門子公司SIMATIC PCS7過程控制系統(tǒng)是由TELEPERM、SIMATICPCS、SIMATICS5PMC等互相結(jié)合并進(jìn)一步發(fā)展而成的，保持了同上述系統(tǒng)的兼容性。PCS7是一種模塊化的基于現(xiàn)場總線的新一代過程控制系統(tǒng)，它將傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點有機(jī)的結(jié)合在一起，即具有DCS系統(tǒng)的分散控制、操作管理、通訊等特征功能；同時也保持了與SIMATICS7系列可編程控制器的通用性。系統(tǒng)所有硬件配置基于統(tǒng)一的硬件平臺；所有的軟件全部集成在SIMATIC程序管理器下，具有統(tǒng)一的軟件平臺。

2.PCS7硬件配置

2.1 SIMATIC S7-400 PLC

SIMATIC S7-400 PLC其主框架有18個槽位，裝備了整體風(fēng)扇和供電電源。CPU模塊能用于開環(huán)和閉環(huán)控制以及算術(shù)運算；程序存儲器為0.8MB；數(shù)據(jù)存儲器為0.8MB；存儲器最大為64MB；最大512個計數(shù)器和512個計時器；在整體框架中，多CPU系統(tǒng)最多可插入4個CPU；最小執(zhí)行周期為10ms；具備統(tǒng)一的時鐘；板子上的CPU帶備用電池用于緩存器；MPI和PROFIBUS-DP接口整合在CPU模塊中。通訊模塊CP443提供PROFIBUS-DP/工業(yè)以太網(wǎng)接口可與其他的CP443和SIMATIC工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行過程數(shù)據(jù)交換；過程數(shù)據(jù)和信息用WINCC顯示；同時支持TCP/IP和OSI協(xié)議。遠(yuǎn)程通訊模塊ET200M可用于現(xiàn)場控制柜、操作臺、適用于SIMATIC PLC的分布控制，通過PROFIBUS-DP接口與CPU通訊，遠(yuǎn)程I/O模塊用來采集現(xiàn)場壓力、流量、傳感器及開關(guān)量信號，此分布方式可大大減少電氣元件和電纜用量，降低成本同時方便設(shè)備維護(hù)。

2.2 工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUSDP現(xiàn)場總線

在過程控制系統(tǒng)中，SIMATIC使用工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)SIMATICNET技術(shù)。它包括工業(yè)以太網(wǎng)總線和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線兩種。前者，最多可以連接1000個站，運行波特率為10Mbps/100Mbps；支持TCP/IP和SINECH10SI 802.3協(xié)議；可以使用三軸電纜工業(yè)雙絞線和光纖。后者，最多可以連接127個站，運行的速率為9.6kbits到12Mbits；最大傳輸距離為9.6km；傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線和光纖，傳送形式為串行位傳送，方式為令牌主從式。

3.SIMATIC PCS7的軟件組成

西門子過程控制系統(tǒng)PCS7的組態(tài)開發(fā)軟件的核心是基于STEP7的工程師工具集。它包括以下內(nèi)容：

圖1

圖2

（1）CFC—Continuous Function Chart（連接功能框圖編輯器）用于連續(xù)過程控制的組態(tài)。它是一種圖形組態(tài)，方便、直觀、操作簡便等特點。PCS7將許多邏輯和運算功能形成了功能塊，并將各種數(shù)據(jù)傳送直O(jiān)S與AS，與運行在OS與AS畫面中的標(biāo)準(zhǔn)操作面板連接。操作員只需在OS或AS上進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)定，即可對現(xiàn)場裝置進(jìn)行操作。在進(jìn)行過程組態(tài)時，可以直接調(diào)用西門子邏輯和運算功能塊，用戶也可以自定義特殊功能塊，存放在功能塊數(shù)據(jù)庫中，隨時可以調(diào)用，方便、快捷。CFC程序以循環(huán)中斷方式執(zhí)行，程序編制順序并不影響程序的執(zhí)行順序，程序執(zhí)行順序可以根據(jù)需要確定。在加熱爐自動化系統(tǒng)程序中，這個特性可以保證需要快速響應(yīng)的生產(chǎn)過程得到及時的處理。（如圖1所示雙邊剪CFC程序）

（2）SFC——Sequence Func-tion Chart（順序功能框圖編輯器）按照工藝上的順序控制要求，生成流程圖式結(jié)構(gòu)，對于每一個步驟都有條件進(jìn)行判斷控制。（如圖2所示）

（3）SLC——Structured Control Language（結(jié)構(gòu)化控制語言）這是個編輯器，它可以根據(jù)工藝生產(chǎn)上的要求，自行編輯滿足自己需要的功能塊。

（4）Libraries用于存放技術(shù)功能塊庫、驅(qū)動功能塊庫、通信功能塊庫和現(xiàn)場裝置塊庫

對于上述可選擇的過程控制組件，它們提供PCS7項目一個具有過程自動功能、操作監(jiān)控功能和組件之間通訊功能的大環(huán)境。由于不同種類的SIMATIC組件是在一個面向系統(tǒng)測量面向點的結(jié)構(gòu)中執(zhí)行的，因此它的組態(tài)、運行、和維護(hù)都非常快捷、簡便、高效。

4.滾切式雙邊剪自動控制功能的實現(xiàn)

4.1 控制功能編程思路

新雙邊剪設(shè)備是三軸三偏心滾切式雙邊剪。由一臺固定剪和一臺移動剪組成。這兩臺剪機(jī)相對地安裝在同一底座上。每臺剪都有切邊的縱向剪刀和切廢邊的碎邊剪刀。它們各自由二臺主電機(jī)經(jīng)過齒輪傳動裝置及三根平行的軸帶動。兩臺機(jī)架上的下剪刃和碎邊剪刃是固定的，而每個上剪刀則通過偏心軸和連桿升降。上剪刃由4臺485kw變頻電機(jī)傳動，每側(cè)各由2臺交流電機(jī)驅(qū)動，通過一個共用齒輪箱連接。

新雙邊剪自動控制按照工藝設(shè)備總體要求，對四臺主電機(jī)傳動設(shè)備兩兩同步性、8臺加送輥電機(jī)的同步性要求相當(dāng)精確、同時對于液壓潤滑設(shè)備、以及現(xiàn)場檢測元件、傳感器等附屬設(shè)備作為控制部分。新雙邊剪控制程序在每段開始，對此程序整個過程及控制思路都有描述，極大了增加了程序的可讀性，同時對程序框架有整體的概念，通過它的引導(dǎo)能快速閱讀到各設(shè)備的功能控制，便于設(shè)備發(fā)生故障時快速查找，同時運用了SFC功能生成了工藝動作流程圖，對于每一個生產(chǎn)設(shè)備動作步驟都有條件判斷，極大方便了設(shè)備維護(hù)人員及其生產(chǎn)工藝人員判斷故障問題所在。

4.2 控制功能編程語言

新雙邊剪自動化控制系統(tǒng)的程序編程語言采用PCS7中的CFC和SFC編寫。CFC將許多邏輯和運算功能形成了功能塊，現(xiàn)場控制設(shè)備通過遠(yuǎn)程I/O將信號采集送至相對應(yīng)的斷口處，其中信號包括了溫度、液位、壓力、冷金屬檢測器、線位開關(guān)、編碼器、位移傳感器等檢測元件，通過PLC與ET200、ET200與ET200之間的通訊進(jìn)行發(fā)送和接受。功能塊相互連接時，連接線自動生成，連線的位置不影響連接的功能，通過連接線更加方便查找故障，降低故障處理時間。SFC通過編輯順序功能圖，將設(shè)備動作步驟一一分解并且把每個步驟所需要的條件也相應(yīng)的展示給HMI畫面，通過順序功能圖可以更好的幫助設(shè)備維護(hù)人員查找問題原因，以便更高效的處理故障。

結(jié)束語

通過現(xiàn)場跟蹤研究、反復(fù)編譯、測試，編寫了相關(guān)控制功能模塊，滿足了新雙邊剪工藝控制的現(xiàn)場要求。該系統(tǒng)的應(yīng)用方便設(shè)備維護(hù)、降低故障處理時間。PCS7過程控制系統(tǒng)相關(guān)控制模塊功能可以更好應(yīng)用到軋機(jī)、剪刀機(jī)、飛剪等工藝設(shè)備中。

[1]西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán)編WINCC.V6[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004:21.

[2]西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán)編.西門子深入淺出[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004:21.