基于CP243-1模塊的軋機(jī)潤滑系統(tǒng)升級

李文文

(福建泉州閩光鋼鐵有限責(zé)任公司 福建泉州362000)

KEYWORDSCommunication Control Upgrade

1 前言

油氣潤滑設(shè)備是為了延長軋鋼機(jī)在高速、重載、高強(qiáng)度、高剛度和連軋化的工況條件下軋輥的使用壽命[1]。泉州閩光軋鋼廠棒線材生產(chǎn)線軋機(jī)油氣潤滑系統(tǒng)主體平臺采用西門子S7-200 PLC電控系統(tǒng)并配置了帶有觸摸顯示屏的操作面板，控制柜放在遠(yuǎn)離主控室的現(xiàn)場，雖系統(tǒng)本身監(jiān)控功能非常完善，不論是油箱液位、供油壓力及油量分配、壓縮空氣壓力、油氣流量等都有監(jiān)控，但因油氣潤滑系統(tǒng)為裝備制造商獨(dú)立供貨的單機(jī)控制系統(tǒng)，與全廠的其它控制系統(tǒng)不能成為一個(gè)整體，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對油氣潤滑系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對系統(tǒng)維護(hù)和故障處理造成極大的不便。選擇一種合適的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制油氣潤滑系統(tǒng)成為改變現(xiàn)狀的關(guān)鍵捷徑。西門子S7-200系列PLC的CP243-1通信模塊具有以太網(wǎng)通信接口擴(kuò)展功能，為解決200PLC單機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)升級的問題提供了便利條件。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 原系統(tǒng)構(gòu)成

油氣潤滑裝置配置了一套獨(dú)立的S7-200 PLC電控系統(tǒng)，其與主控400PLC系統(tǒng)采用硬線連接，硬線連接結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。就地操作時(shí)可以通過觸摸屏控制潤滑系統(tǒng)的啟停與設(shè)定相關(guān)參數(shù)(換向周期和換向次數(shù)等)。由于硬線數(shù)量有限，通過觸摸屏切換到遠(yuǎn)程操作時(shí)只能簡單的控制潤滑系統(tǒng)的啟停和輕故障復(fù)位。

圖1 硬線連接結(jié)構(gòu)圖

2.2 存在問題

由于油氣潤滑系統(tǒng)與主控系統(tǒng)沒有建立通信：

1)無法甩開觸摸屏實(shí)現(xiàn)油氣潤滑系統(tǒng)的遠(yuǎn)程啟停控制。

2)無法實(shí)現(xiàn)對油氣獨(dú)立系統(tǒng)的200PLC控制程序、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3)無法實(shí)現(xiàn)油氣潤滑系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)設(shè)定。

4)油氣潤滑系統(tǒng)各獨(dú)立分站的投入與否只能就地通過操作面板手動(dòng)設(shè)置，未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對各分站的獨(dú)立控制，操作上不夠靈活。

5)未實(shí)現(xiàn)油氣潤滑系統(tǒng)與軋線軋機(jī)運(yùn)行信號、軋線出鋼允許信號的控制連鎖。

2.3 升級方案

通過S7-200系列產(chǎn)品中唯一一款以太網(wǎng)通信模塊CP243-1將油氣潤滑系統(tǒng)并入現(xiàn)場在用的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，系統(tǒng)利用以太網(wǎng)通信模塊CP243-1升級后的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。首先在S7-200中配置一個(gè)客戶端進(jìn)行S7單邊數(shù)據(jù)通訊，S7-400作為遠(yuǎn)程服務(wù)器，配置完成后S7-200將主動(dòng)建立與S7-400的S7連接，S7-400將被動(dòng)響應(yīng)建立好的S7連接。由此便可充分利用以太網(wǎng)通信的靈活性，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)控制系統(tǒng)與油氣潤滑系統(tǒng)的連鎖控制，并利用WINCC與400PLC系統(tǒng)的以太網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)對油氣潤滑系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和相關(guān)參數(shù)設(shè)定。

圖2 以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)圖

3 升級實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件搭建

在油氣潤滑控制柜內(nèi)S7-200 PLC系統(tǒng)尾端新增以太網(wǎng)通信模塊CP243-1,直接利用網(wǎng)線作為傳輸介質(zhì)將S7-200PLC系統(tǒng)接入主控系統(tǒng)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

3.2.1硬件組態(tài)配置

在200PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN中使用以太網(wǎng)向?qū)镾7-200 PLC系統(tǒng)做S7單邊通訊配置，完成CP243-1通信模塊的硬件組態(tài)。

3.2.2通信數(shù)據(jù)區(qū)規(guī)劃

規(guī)劃原S7-200項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)交換V內(nèi)存儲區(qū)，定義S7-200和S7-400的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)如圖3所示。寫數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程服務(wù)器時(shí)，將S7-200 PLC 中V存儲區(qū)的30字節(jié)的數(shù)據(jù)(VB732-VB763)寫入到S7-400PLC定義的數(shù)據(jù)塊(DB100.DBB32-DB100.DBB63)中,從遠(yuǎn)程服務(wù)器中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將從S7-400PLC的數(shù)據(jù)塊(DB100.DBB0-DB100.DBB30)中讀取的30字節(jié)數(shù)據(jù)存儲在S7-200 PLC的V存儲區(qū)(VB700-VB730)。

圖3 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收緩沖區(qū)

3.2.3S7-200系統(tǒng)通信程序設(shè)計(jì)

配置完以太網(wǎng)通信模塊CP243-1的硬件組態(tài)之后，功能塊ETHx_CTRL和XTHx_XFR將被自動(dòng)創(chuàng)建，功能塊ETHx_CTRL用于初始化和監(jiān)控CP243-1，為建立通信奠定基礎(chǔ)，通信功能塊如圖4所示，功能塊ETHx_XFR用于讀寫數(shù)據(jù)，其可以引導(dǎo)CP243-1將數(shù)據(jù)傳送到另一個(gè)S7系統(tǒng)，或從S7系統(tǒng)中請求數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀寫功能塊如圖5所示，且必須在STEP 7-Micro/WIN的主循環(huán)塊(“MAIN(OB1)”)中調(diào)用這些功能塊,ETHx_XFR通過S7-200客戶端連續(xù)調(diào)用兩次分別用于從S7-400 PLC中讀取數(shù)據(jù)及寫入數(shù)據(jù)到S7-400 PLC中。

圖4 通信功能塊

圖5 讀寫數(shù)據(jù)功能塊

3.2.4S7-400系統(tǒng)通信程序設(shè)計(jì)

S7-400 PLC作為服務(wù)器建立與S7-200 PLC系統(tǒng)(客戶端)的S7連接時(shí)，無需在S7-400的Netpro中組態(tài)S7連接，也不需要在S7-400的程序中調(diào)用任何的通訊功能塊。只需定義一個(gè)有足夠長度的數(shù)據(jù)塊DB100，長度大于或等于S7-200PLC系統(tǒng)定義的通信V存儲區(qū)，S7-200作為客戶端時(shí)將從這個(gè)DB塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，該DB塊將分別作為發(fā)送和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

3.2.5WINCC畫面設(shè)計(jì)

利用原有的400PLC控制系統(tǒng)與WINCC的通信基礎(chǔ)，在WINCC項(xiàng)目中新增油氣潤滑控制系統(tǒng)的HMI操作界面,其操作界面直觀、可操作性強(qiáng)，且新增HMI操作界面完全參照觸摸屏現(xiàn)有功能而設(shè)計(jì)，通信建立后完全可以代替觸摸屏對油氣潤滑系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立控制，從而實(shí)現(xiàn)了觸摸屏與主控系統(tǒng)對油氣潤滑的雙向控制[2]。

4 升級效果

1)實(shí)現(xiàn)了油氣與主軋線的控制連鎖，正常開機(jī)時(shí)以油氣運(yùn)行為前提條件，且正常軋制過程中若油氣跳閘，則觸發(fā)軋線禁止出鋼信號，并要求軋機(jī)延時(shí)停機(jī)，從而大大減少了軋機(jī)因油氣問題造成的燒軸承故障率。

2)實(shí)現(xiàn)了油氣與主控系統(tǒng)的以太網(wǎng)通信，可以方便的對油氣潤滑獨(dú)立系統(tǒng)的控制程序遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控與在線修改，為系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化提供了便利條件。

3)可以隨機(jī)靈活的對油氣潤滑系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停與參數(shù)在線修改，從而實(shí)現(xiàn)了完全脫離觸摸屏后依然不影響油氣潤滑系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4)實(shí)現(xiàn)了油氣系統(tǒng)中6個(gè)分站的獨(dú)立啟停控制，停機(jī)檢修或甩機(jī)架時(shí)可關(guān)閉不需要開啟的油氣分站，節(jié)約了油耗[3]。

5)靈活的以太網(wǎng)通信使得故障報(bào)警信息和對過程值的組態(tài)歸檔更加完善，大大縮短了油氣潤滑系統(tǒng)的故障排查時(shí)間。

5 結(jié)束語

本次升級投入了極少的硬件成本，充分利用西門子S7系列PLC以太網(wǎng)通信技術(shù)，通過將獨(dú)立的油氣潤滑系統(tǒng)并入軋線現(xiàn)有的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，使得對獨(dú)立的油氣潤滑系統(tǒng)與主控系統(tǒng)集中控制得以實(shí)現(xiàn)，自投入使用以來，系統(tǒng)一直安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少了軋輥因油氣潤滑系統(tǒng)故障造成的燒軸承故障率，且油氣系統(tǒng)各分站的獨(dú)立控制大大節(jié)約了油耗。