西門子S7-1500在高線集卷系統(tǒng)的應(yīng)用

魏建宏，張智應(yīng)，王保勤，王朝輝，郝虎光，周銀龍

（山西中陽鋼鐵有限公司技術(shù)中心，山西 呂梁 033400）

集卷收集系統(tǒng)布置在高速線材生產(chǎn)線散冷輥道末端，用于將散狀線圈收集成均勻、整齊的盤卷，并使之掛在PF運(yùn)輸線的C型鉤上，是高線的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行效率及穩(wěn)定性直接決定著整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏，為提高集卷系統(tǒng)效率及運(yùn)行穩(wěn)定性，中陽鋼鐵有限公司對二高線集卷系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將原雙芯棒式集卷站改為立式卷芯架集卷系統(tǒng)，采用西門子S7-1500控制系統(tǒng)。

1 工藝設(shè)備簡介

中陽鋼鐵有限公司二高線集卷系統(tǒng)采用的是森德斯立式卷芯架集卷系統(tǒng)，主要設(shè)備包括帶有布料器的集卷筒、集卷站、立式輸送系統(tǒng)、傾翻和轉(zhuǎn)運(yùn)站等，下圖1為立式卷芯架集卷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 立式卷芯架集卷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 帶有布料器的集卷筒

該部分主要包括集卷筒、中心錐頭、分離指、布料器及電氣驅(qū)動裝置，散冷輥道上的線卷在下落的過程中受到布料器的控制，帶有拖板的布料器讓卷沿圓周分布均勻，將線卷的圈與圈規(guī)則疊落，能夠很好地改善卷形并降低卷的高度。

1.2 集卷站

集卷站包括收集托臂、液壓對中裝置及電液控制系統(tǒng)。盤卷收集托臂隨著卷的繼續(xù)收集緩慢下降，但保持卷的頂面一直在集卷筒內(nèi)。整個卷收集完成后，盤卷收集托臂降下來將卷放到立式盤卷托盤上，這時分離指閉合。托盤對中裝置松開，放好卷的托盤駛出集卷位置，下一個空的托盤駛?cè)爰砦恢谩?/p>

1.3 立式輸送系統(tǒng)

立式輸送系統(tǒng)包括支撐機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)、旋轉(zhuǎn)臺、盤卷托盤及電控系統(tǒng)，輪式輸送機(jī)用來定位和驅(qū)動放在它上面的立式盤卷托盤。

1.4 傾翻

傾翻裝置將裝有線卷的立式盤卷托盤翻轉(zhuǎn)為水平方向，也就是轉(zhuǎn)運(yùn)小車接卷的位置，翻轉(zhuǎn)和鎖定及托盤活動臂的動作都是由液壓驅(qū)動。

1.5 轉(zhuǎn)運(yùn)站

通過轉(zhuǎn)運(yùn)小車將立式盤卷托盤上的線卷掛到PF線的鉤子上。

2 控制系統(tǒng)架構(gòu)及功能

此套系統(tǒng)的控制器采用西門子S7-1500 PLC作為主控制器，傳動部分采用西門子G120變頻器，使用TIA V15.1編程軟件，HMI TP1500操作面板。S7-1500 PLC通過PROFINET總線與散冷輥道系統(tǒng)、PF輸送線系統(tǒng)通信，完成系統(tǒng)整體控制，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控及操作。控制系統(tǒng)架構(gòu)如下頁圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件配置

集卷收集系統(tǒng)主要以順控為主，實(shí)現(xiàn)了自動運(yùn)行、集中手動運(yùn)行、機(jī)旁手動運(yùn)行等運(yùn)行模式，在生產(chǎn)中通常用自動運(yùn)行模式，該模式下需保證光電開關(guān)信號穩(wěn)定，程序中對開關(guān)信號進(jìn)行了濾波處理。圖3為集卷站HMI畫面。

圖3 集卷站HMI畫面

2.1 集卷站收集臂動作順序

收集臂動作順序：（0）等待開始—（1）收集臂高速上升—（2）收集臂低速上升—（3）等待分離指接卷—（4）分離指打開—（5）收集臂接卷速度下降—（6）收集臂高速下降—（7）收集臂低速下降—（8）收集臂打開。

2.2 集卷站升降輥道動作順序

升降輥道動作順序：（0）等待開始—（1）對中夾緊關(guān)閉—（2）升降輥道上升—（3）接卷—（4）升降輥道下降—（5）對中打開—（6）芯棒出站—（7）準(zhǔn)備接下一個空芯棒。

2.3 傾翻動作順序

傾翻動作順位：（0）等待開始—（1）對中夾緊—（2）等待卸卷小車就位—（3）傾翻高速下降—（4）傾翻低速下降—（5）等待小車卸卷—（6）傾翻高速上升—（7）傾翻低速上升—（8）對中夾緊打開—（9）芯棒離開—（10）準(zhǔn)備下一動作周期。圖4為運(yùn)輸小車組態(tài)畫面。

圖4 運(yùn)輸小車組態(tài)畫面

3 使用S 7-1500 CPU控制器的體會

本次項(xiàng)目采用S7-1500 PLC CPU有如下的體會：

1）CPU處理速度快，循環(huán)時間短，極大縮短了系統(tǒng)響應(yīng)時間.

2）統(tǒng)一的工程組態(tài)TIA博圖軟件平臺，可以對S7-1500PLC、上位機(jī)面板和SCADA系統(tǒng)以及G120等SINAMICS驅(qū)動程序進(jìn)行編程、組態(tài)及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲，變量共享共用。

3）CPU上配置有LED顯示屏，直觀的顯示CPU狀態(tài)和故障信息等。

4）變量直接導(dǎo)入導(dǎo)出至EXCEL中，修改更加方面，同時編程和數(shù)據(jù)管理更加簡單便捷。

5）集卷控制系統(tǒng)中光電開關(guān)信號的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，S7-1500配備IBA-PDA數(shù)據(jù)采集，極大便于維護(hù)人員查找故障原因，多年來存在的芯棒偶爾空過的問題得到了解決。

總的來說，在高線集卷收集系統(tǒng)中采用S7-1500系列PLC控制器，便于程序開發(fā)，縮短了調(diào)試周期，改進(jìn)了設(shè)備調(diào)試方法和效率。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)投用以來，控制可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，極大地減輕了工人勞動強(qiáng)度，獲得了理想的卷形及包裝質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了線卷的高效收集與運(yùn)輸，取得了良好的運(yùn)行效果。