彩涂生產線自動化系統

李海山

(天津泰達電力有限公司 天津300456)

彩涂生產線自動化系統

李海山

(天津泰達電力有限公司 天津300456)

彩涂鋼板自動化控制系統設計較為復雜，介紹了其構成，制定了交流控制系統方案，提出了自動控制系統設計流程，為需求方提供系統組成及所需控制系統的硬件運用與軟件開發。

上位控制級 PLC基礎自動化級 全數字逆變器 速度環

1 彩涂生產線電氣自動化控制系統的構成

彩涂生產線電氣自動化控制系統包含上位控制級、S7-400,PLC過程控制級、采用公共直流母線供電的交流變頻調速控制級。

三級控制系統間全部由網絡聯接，其中上位控制計算機和 PLC間采用以太網通訊；PLC和現場操作臺的 ET200遠程站、變頻調速裝置間采用 PROFIBUS網絡通訊。控制系統在設計思想上充分考慮系統的穩定運行、操作簡便、維護便捷、故障診斷等功能，使系統具有科學性、合理化、經濟實用等特點。

交流控制系統主供電電源為三相 380,V，50,Hz。交流控制系統控制操作供電電源為三相四線380,V/220,V，50,Hz。所有供電由用戶低配提供。采用網絡化和全數字化控制系統，要求控制柜良好的接地作保證，在接地設計上要求傳動和自動化分別接地且接地電阻小于4,Ω。

2 交流控制系統方案

交流調速裝置全部采用可逆的原裝 SIMENS 6SE70系列矢量交流變頻調速裝置，傳動裝置配置有CBP2網絡通訊板并帶有工藝控制軟件。傳動系統采用公共直流母線集中供電方式，逆變器輸出側配有輸出電抗器，用于保護電機和逆變器。從控制類型上劃分為以下幾種控制方式：

2.1 開卷機、卷取機控制

其工藝部分采用間接張力閉環控制，如：動補償、卷徑計算、間接張力閉環、斷帶保護等由裝置工藝功能塊完成。

2.2 活套為恒張力控制

活套速度環為其前后處理段速度差。活套具有套位同步、減速、急停保護功能。

2.3 速度基準S輥采用速度閉環控制

通過PEER-TO-PEER實現負荷平衡控制。

2.4 張力基準S輥采用速度控制加飽和力矩控制

主從輥間亦采用負荷平衡控制。用于懸垂控制 S輥外環為位置環，控制帶鋼在爐內的垂度，保證動態和靜態特性。

2.5 夾送輥、輥涂機等輔傳動電機采用速度閉環控制

其運行線速度跟隨各自處理段速度基準運行。根據帶材處理線的工藝特點入口、工藝、出口段各設一組 S輥作速度基準。生產線上其他 S輥負責建立各段張力，入口和出口段張力由開卷機和卷取機保證。所有交流調速系統要求電機帶 1,000脈沖 HTL碼盤。

2.6 交流變頻調速系統配置

6SE70全數字逆變器；CBP通訊板；進線快熔；輸出電抗器；DC 24V 電源(6 A)；低壓電器；整流回饋電源全線設備 1臺，供電范圍從 1#開卷機至卷取機，整流回饋電源容量400,kW。

2.7 整流回饋電源配置

400,kW整流電源；進線ME開關；進線電抗器；DC 24V電源；100,kW制動單元和電阻。

3 自動化控制系統

自動化系統按控制級分上位控制級和 PLC基礎自動化級，全線設工程師站 1套，裝于主操作室。全線設1套西門子S7-400PLC完成全線調速電機和生產線上不調速電機的控制。為便于操作和工藝參數設定，全線設(入口和出口)觸摸屏 2臺，操作臺設現場遠程I/O站3臺。現場操作信號就近接到各自遠程I/O站。PLC和上位機間采用工業以太網連接，PLC和傳動間采用 PROFIBUS網連接。PLC采用 412-2DP CPU，PLC配通訊網板和I/O模板，PLC控制的現場信號全部進入到設于操作臺的遠程 I/O，生產線上需顯示的數據由PLC采集后在上位機顯示。

3.1 PLC控制功能

全線速度、張力及開卷設定；傳動電機合分閘控制；活套定位和套量控制(需安裝檢測碼盤)；單機點動、聯動啟停控制；壓輥、抱閘自動控制；全線聯鎖和故障處理；傳動系統狀態采集；開卷、卷取、換卷控制；變頻風機控制。

3.2 PC操作站功能

工藝過程顯示；電機電流、轉速顯示；各段張力顯示；活套儲量顯示；故障、報警顯示；工藝數據錄入；工藝控制數據設定。

3.3 主令速度控制

全線速度控制以工藝運行速度為基準，入口和出口段根據各自活套儲量進行充套和放套控制。速度控制上分為：正常起停、快停和急停。

3.4 控制軟件

3.4.1 編程軟件

SIMATIC S7-400,PLC用于二進制順序和監督控制。根據應用情況，可采用配套的 STEP7編程軟件，即使是較大的模塊也能用標準程序模塊簡易程序組織，易于修改、試驗、調試(系統軟件要求選用西門子提供的當前最新版本)。

3.4.2 組態軟件

上位機系統組態軟件選用西門子公司的WINCC軟件，具有如下特點：集成擁護管理，分配和控制組態和運行時的訪問權限；通過圖形系統，完成可視化操作和監控圖形；借助報警和消息，完成信息存儲和歸檔管理；報表和記錄系統；簡單、逼真、靈巧的控制面板，方便實現動畫監控；豐富的圖形庫，多語言應用組態；使用交叉引用表，實現數據分析；可離線檢查，在線組態；操作系統為Microsoft Windows 2000；控制接點為Max 64,K；通訊方式為工業以態網。

3.5 人機接口(HMI)

人機接口通過以太網相互連接，并以與基礎自動化相聯的服務器和客戶機為基礎。圖形以圖形標準接口為基礎。

3.5.1 HMI方案的優點

服務器和客戶采用標準操作系統(WINDOWS NT/WINDOWS 2000)；基礎自動化和過程計算機系統采用統一的操作和直觀顯示；口令保護功能，便于安全的機組操作；直觀顯示與基礎自動化之間采用優化后的接口，從而降低了總線負荷；面向對象的數據處理；事件采集、緩存、存檔、顯示和分析用的消息系統，包括自動化系統的時標；用于消息輸出的報表系統；測量值的存檔，包括對曲線顯示和操作功能的選擇。

3.5.2 HMI的基本操作原則

①操作主要用鼠標/控制桿，只在需要時使用鍵盤。為了安全，與工藝相關的每個操作都必須由操作員確認，輸入先經校驗之后才被自動化系統使用。②提供支持維修人員的大量診斷功能。③所有圖形顯示都為標準化。各種顯示的具體內容取決于機組的要求，將在設計階段確定。④顏色標準。

4 結 論

按照上述設備及所需軟件組成的彩涂生產線自動化系統可完全實現 2～3,mm冷扎鋼板彩涂自動化生產，產品質量可靠，為典型彩涂生產線自動化系統的實例。

An Automation System for Colour Coated Steel Plate Production Lines

LI Haishan
(TEDA Power Supply Company，Tianjin)

System design for automatic process control of colour coated steel plate is very complicated. This paper described the system composition，made up a scheme of AC control system，proposed a design process for automatic control system and provided system composition，hardware application and software designing required by potential users for the control system.

upper control computer；PLC basic auto control；all digital inverter；velocity loop

TP29

A

1006-8945(2014)07-0035-02

2014-06-07