西門子S7400 PLC控制系統在軋鋼項目中的應用

黃 春

(成都金自天正智能控制有限公司，四川成都 610041)

1 引言

目前，鋼鐵已被廣泛應用于機械、航空航天、國防等各個領域，它是每個國家國民經濟的基礎原料，在國民經濟中占有相當重要的地位。鋼鐵企業的自動化集成度也越來越高，PLC控制系統因其強大的穩定性和抗干擾能力在鋼鐵生產線上應用較為廣泛，本文介紹西門子S7400 PLC控制系統在某中型棒材生產線的冷床收集區的應用。

2 系統配置概述

本項目基礎自動化系統配置的總體原則是:先進、可靠、開放、經濟、合理。

因此，基礎自動化系統采用SIEMENS S7400 PLC系列的處理器 CPU 414-2 DP。PLC系統之間、PLC與人機界面HMI之間采用以太網通訊;PLC與電氣傳動控制系統、PLC系統遠程站ET200之間采用Profibus-DP網通訊。PLC的程序采用西門子STEP-7 V5．5進行編制，畫面采用西門子WINCC 6.0進行編制。

冷床收集區PLC3系統網絡結構圖如圖1，自動化系統的網絡設備采用具有極高可靠性的工業以太網產品。具體而言，系統采用高速交換機，交換機之間用光纖連接，各個PLC系統、人機界面HMI及工程師站連接到各自對應的交換機上，通過以太網實現通信和數據交換。

圖1 冷床收集區PLC3系統網絡結構圖

PLC3同其它設備的數據交換主要通過以下網絡實現:

以太網:和軋線上其它PLC間的信號交換(非快速信號);同操作站HMI和工程師站的通訊，完成過程數據的設定和顯示，通過工業以太網CP443-1連接。

PROFIBUS-DP1網:CP1-4(冷床操作臺)、CP1-5(2#冷鋸操作臺)、CP1-6(收集操作臺)、RT31遠程站，掛在CPU之DP口上。

PROFIBUS-DP2、DP3網:用于冷床及收集區輥道變頻傳動裝置。傳動的控制信號和狀態信號都通過該網絡傳送。變頻器掛在兩塊Profibus-DPCP443-5網卡上。由于傳動變頻器較多共45臺，所以分別掛在2塊網卡上。

3 控制過程

整個中棒項目包括加熱爐系統、主軋線系統、軋線輔助系統和冷床收集系統共4個系統，本文介紹的是冷床收集系統 PLC3。PLC3負責從冷床輸入輥道至成捆材收集臺架區域內設備的自動化控制。PLC3由主控制柜、操作臺、若干ET200遠程站及若干就地操作箱組成。

3．1 PLC 控制方法

PLC3主控制柜放置在2#電氣室，RT31遠程站放置在收集區現場;操作臺CP1-4設置在操作室CP1-4內，用于3#飛剪后輥道、冷床輸入輥道到1#冷鋸的操作;操作臺CP1-5設置在操作室CP1-5內，用于2#冷鋸入口輥道、2#冷鋸、1#檢查臺架入口輥道、2#檢查臺架入口輥道的操作;操作臺CP1-6設置在操作室CP1-6內，用于收集區域的操作。

現場檢測元件信號:接近開關、光電開關、鋼材溫度等現場傳感器信號都是接入RT31遠程站，通過DP網讀入PLC，經過PLC邏輯運算程序處理后把輸出信號通過DP網傳給RT31遠程站，經過輸出中間繼電器控制現場閥臺等執行元件動作。操作臺的開關、按鈕信號也是通過DP網讀入PLC中，在PLC中經過邏輯運算后，把輸出信號通過DP網輸出到操作臺點亮指示燈或蜂鳴器。現場電機的控制用的變頻器調速控制，PLC首先通過DP網讀入變頻器、電機的狀態，經過PLC邏輯運算后，把輸出信號通過DP網輸出給變頻器，通過控制變頻器實現對電機的啟動、停止、正轉、反轉和速度的控制。

3．2 PLC 控制功能

冷床收集區自動控制系統主要控制功能如下:

冷床輸入輥道連鎖及速度控制;裙板聯鎖控制;冷床速度控制及邏輯聯鎖控制;卸鋼小車及聚集鏈速度控制和邏輯聯鎖控制;對齊輥道速度控制;冷床輸出輥道、冷剪輸入及輸出輥道的速度控制和邏輯聯鎖控制;冷剪機及定尺機的控制;1#、2#冷鋸機的控制;收集區域輥道、鏈條速度控制及邏輯聯鎖控制。

除了上述主要對電機的控制外，現場還有氣缸閥臺、液壓閥臺的控制，包括升降擋板、升降小車、打包機夾緊裝置、升降鏈條等。

3．3 畫面監控與參數設定

現場設備的大部分操作可以在操作臺和操作箱完成，其他參數設置需要在畫面上輸入，傳動狀態可以在畫面上監控。冷床收集區PLC3畫面監控和參數設定如圖2。

圖2 冷床收集區PLC3畫面監控和參數設定

冷床收集區畫面監控和參數設置內容包括:

可以顯示軋線主操作臺操作站的全部畫面，但不能進行參數修改和操作(只讀權限);冷床區各電氣設備的狀態(合/分閘、就緒/故障、運行/停止等);冷床區各電氣設備的故障信息，包括故障內容、產生時間、解除時間等;冷床區各控制設備的參數設定，包括速度，時間等;查看各通訊網絡的工作狀態和故障診斷等。

冷床區的一些參數在畫面上“冷床參數設定”標簽下由操作人員設置。包括冷床輸入輥道超前率、裙板下位等待時間、中位等時間，冷床延時啟動時間，輥道、鏈條的速度等。

“冷床區狀態顯示”標簽下可以查看現場信號的狀態，如:接近開關的高位、低位、前位、后位等。

“傳動狀態顯示”標簽下可以查看每個變頻器的傳動就緒、運行、正轉、反轉、故障等狀態。

操作臺CP1-4、CP1-5、CP1-6的急停信號也可以在畫面上顯示，也可以對各個操作臺進行復位。在畫面中可以直觀地監控各個設備的狀態，可以及時地修改相應參數，調整現場設備運行速度等參數。

4 結論

本控制系統采用了西門子PLC控制系統、WINCC畫面監控系統、變頻調速系統，具

有較高的可靠性、穩定性、可擴展性、抗干擾能力強和維護方便等特點，在畫面上可以監控設備運行狀態、工作情況，而且可以直接在畫面設定速度、時間等參數，操作方便、直觀。實現了對冷床收集區設備的實時自動化控制，并且大大節約了經濟成本和設備檢修維護成本。

［1］ 陳在平，趙相賓．可編程控制器技術與應用系統設計［M］．北京:機械工業出版社，2012．

［2］ 廖常初．S7-300/400 PLC應用技術［M］．北京:機械工業出版社，2005．

［3］ 邊春元，任雙艷，等．S7-300/400 PLC實用開發指南［M］．北京:機械工業出版社，2007．