精整區電氣控制系統的設計與應用

安百光

【摘 要】棒材精整區域電氣控制系統一般采用傳統接觸器控制，控制方法單一，系統落后，而且全部是手動操作，故障率高，檢修更換時間比較長，自動化水平低，無法實現區域的自動控制以及相關操作連鎖控制，造成工人勞動強度比較高，一旦操作失誤將會產生熱停工時或設備損壞，因此，本文技術改造旨在提高后部收集自動化程度，提高收集效率和質量，節約人力資源，降低勞動強度，達到低成本、高效率、高質量生產，最大限度提高產品市場競爭力。

【關鍵詞】電氣控制 系統設計 應用

1 系統設計

此控制系統的控制核心是西門子S7-400 PLC，主處理器模塊412-2DP CPU執行網絡上與軋線系統之間的數據傳輸處理和執行主控用戶程序，根據工藝要求完成控制系統的動作過程及軋線系統的相互通訊和數據傳送，主控系統與軋線系統的通訊方式是以太網，與ET200M遠程控制站之間的通過PROFIBUS-DP網絡通信；監控畫面是采用西門子OP277操作面板，通過以太網與PLC進行通信。系統配置如下：

后部收集區電氣傳動系統采用變頻器和交流無觸點電子控制器，變頻器采用西門子6SE70變頻器，其控制裝置采用全數字控制技術，功率部分采用IGBT 的電壓源型PWM交流變頻傳動裝置。它給傳動裝置帶來快速性，更高的精度，更高的可靠性，同時效率也更高。

該系統交流無觸點電子控制器采用標準型柜架，抽屜式結構，1～5#為主控抽屜，安裝有可控硅、控制板、基板等，可控制100 kW線繞式電動機。抽屜裝有電流整定、保險、電流整定電位器、模擬復位按扭、能耗整定、電位器、電源開關，用來調整各種參數。6#為輔助抽屜，裝有電流整定、報警顯示、檢查選擇、風機控制。主柜最低層裝有冷卻風機。

監控畫面程序設計采用西門子OP277操作面板，運用組態軟件WinCC flexible 2008進行組態。WinCC flexible 2008通過提供各種組件進行組態，使用戶可以用觸摸屏上的組合文字、按鈕、圖形和數字信息等，來處理或監控不斷變化的信息；并且能夠和編程軟件STEP7集成，控制系統使用統一的通信協議、統一的數據庫和統一的編程組態工具。

2 功能實現

通過STEP7編寫程序FC120，FC121，FC122，并在OB1中調用，實現各個控制功能。系統操作方式分2種：手動方式、自動方式。通過各個操作臺的操作按鈕進行選擇，在手動方式，設備可在PLC正常、安全連鎖允許的情況下可以實現電子開關柜、控制液壓氣動閥、變頻器等設備的點動及連續運行；在自動方式下，PLC采集現場編碼器、限位開關、光電開關、冷金屬探測器等現場檢測元器件的反饋信號，通過PLC程序的編寫可以實現布料運輸鏈、輥道及鏈條、擋板、電磁分離、旋轉托鋼裝置等現場設備的自動運行。

根據點數機的工藝要求，1、2段鏈根據生產需要設置一個速度即可，3段鏈變頻器需要有兩個速度，速度的控制采用多段速度控制。6SE70系列變頻器的CUVC板共提供了9個輸入/輸出端子，其中3-6（IN1-IN4）屬于雙向開關量端子，既能做輸入用也能做輸出用；7-9（IN5-IN7）僅能做輸入端子來使用。3-9（ IN1-IN7 ）均為多功能端子，可以通過改變參數來改變它們的功能，把它們中的任意端子設置成多速端子。

選擇頻率源： P443→40（多段速給定），P554、P571/P572設為10。

速度組合：

多速1輸入：P580→B10

多速2輸入：P581→B12

P417→0、P418→0（多速輸入的第3、4位，因只有2檔速度沒必要設置，改為0），X101端子排上3、4、5、6端子即可做輸入也可做輸出，做輸入時P651、P652、P653、P654必須設為0。

速度值： P401、P402的值對應于一檔、二檔速度，設置P401→45Hz， P402→30Hz，可以根據生產需要進行修改。

WinCC flexible是西門子一種面向機器的自動化概念的HMI軟件，具有舒適而高效的設計，它綜合了直接的處理方式、透明性、靈活性等優點，可用于工廠和機械工程中機器級的操作員控制和自動化過程監測。這種工程軟件允許對基于視窗的所有SIMATIC HMI操作員面板進行集成組態——從最小型的微型面板到PC解決方案。

后部收集區包括8幅畫面，每幅畫面頂部都有相同的標題、日期時間，底部有可以進入各界面的相同按鈕。為避免重復工作，采用畫面模板將各畫面中相同的內容列出，如果需要改動，只需打開模板更改一次。

通過此HMI可以實現軋線參數的共享、及時調整3#飛剪的倍尺的長度、此區域電氣設備的分合閘操作、傳動參數的設置、各個傳感器狀態的監控等等功能，并且能夠對常出現的故障問題進行相應監控，及時準確的查找故障點、排除故障。

Wincc flexible使用通訊管理變量與連接，通訊的任務是從過程中取出請求的變量值，這個過程通過集成在Wincc flexible項目中的通訊驅動程序來完成，通訊驅動程序通過連接構成Wincc flexible與過程處理之間的接El。檢查好連接后，將項目傳送到HMI設備，這樣就可以在HMI上完成操作。Wincc flexible提供與SIMATIC S7 PLC的通訊網絡，PPI（點對點接口）、MPI（多點接口）、PROFIBUS（過程現場總線）、以太網。本系統中與PLC的通訊中采用以太網將OP277連接到系統中。

3實施效果

通過此項目的實施后，有效降低了工人的勞動強度，提高了鋼材的收集速度，縮短了因為收集速度跟不上產生的熱停工時，完善車間自動化控制系統水平，預留部分輸入輸出控制，方便實現收集區各個部分自動控制，完善的網絡控制系統，為日增加自動化控制及傳動控制提供了良好的接口技術，為實現后部收集區自動控制提供了基礎。