冷卷准备机组过程控制系统

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇冷卷准备机组过程控制系统范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文介绍了某冷轧厂冷卷准备机组过程控制系统的软硬件结构，包括硬件平台和软件系统。基础自动化系统包括顺控，主令，跟踪，急停和HMI；着重叙述了过程控制的实现方法。

关键字：硬件，顺控，主令，跟踪，急停，HMI

中图分类号：N945文献标识码： A

系统概述

该冷卷准备机组为连续生产机组，用于取向硅钢（含SGO）和高牌号无取向硅钢冷轧后的钢卷处理,最大速度400m/min，是目前国内自动化程度较高的一条机组。整个机组自动化控制系统完成钢卷从入口运输，自动上卷及开卷，入口定位剪切，焊接，圆盘剪切边，定位剪切，卷取机卷取及卸卷，称重打捆整个过程。所有功能均可全自动或半自动完成。被控设备以入开卷机、张力辊、卷取机为核心， 辅之以入口钢卷小车、入口转向夹送辊、入口剪、纠偏辊、分切剪、出口转向夹送辊、卸卷小车、钢卷称等设备。

控制系统硬件及网络组成

控制系统的硬件分布于计算机室、操作室、电气室和现场，如图1所示。基础自动化系统的硬件设备组成：

SIMATIC S7-400可编程控制器（CPU416-2DP）：2块

高速技术模块（FM450-1）：1块

DP通讯模块（CP443-5）：1块

以太网通讯模块（CP443-1）:1块

全数字交流传动调速装置(6SE70)：多台

专用急停控制控制器（CPU315F-2DP）：1套

及远程I/O站、PDA、工程师站、服务器、操作员站等组成。

通过快速以太网、PROFIBUS网络实现各自动化单元以及与上位机的通信,构成典型三层通讯网络的三级控制系统。

通讯网络的第一层：人机接口与PLC之间及PLC彼此之间的以太网，实现全线生产参数的设定和各设备的状态、电气参数及故障，生产工艺过程在人机接口HMI的显示；

通讯网络的第二层：PLC与远程I/O站之间及PLC与传动系统之间的PROFIBUS-DP网，实现PLC对系统控制指令的传送和系统状态及参数的收集；

通讯网络的第三层：PLC彼此之间实现控制信息及数据传送的MPI网。

图1. 自动化系统配置图

控制系统软件设计

软件功能主要由以下几部分。

3.1顺续控制和跟踪

钢卷运输，换辊，液压等一类单体设备动作的控制可归为顺序控制。顺序控制一般负责单体设备如液压传动设备、恒速电机等的控制。顺序控制还包括自动步，即将一系列动作为一个运动组来处理，实现系列动作序列的自动完成，如钢卷自动运输，自动上卷等。采用图形化的顺序功能图表“SFC”编辑生成。由于所有联锁是在执行机构控制级上完成的，因此这一级完整地保留下来以组织成适当的顺序控制。在程序中所有转移条件彼此独立，不用考虑彼此的联锁关系，通过简单易懂的与/或逻辑即可进行修改。每个顺序都可单独进行手动或自动选择。

物料跟踪包括带钢跟踪（SEGA）功能和物料（数据）(MAVE)跟踪功能。SEGA是基本的跟踪功能。它将整个生产线按一定原则划分成若干个区，每个区再划分成若干个段，跟踪就是基于这些段进行的。每条带钢焊缝经过线上区间，基于区间的段 利用内部记数器计算出（利用编码器给出的焊缝行程和区段的长度）整条线上的带钢镜像，用标志位标识（每个区间段数之和＝整条线段数）。MAVE功能基于SEGA功能，MAVE用线上带钢的镜像（标志位）去跟踪带钢和整条线上的数据，MAVE能触发动作和在适当的时间和其他的自动功能就设定点/参考值进行通讯，尽管MAVE是基于线上的带钢镜像（标志位），但是动作仅仅在焊缝从一段跨越另一段时触发，可在这样的段边界中定义多个动作，动作点也可以使用来自其他系统的数据。

3.2 主令控制

主令程序负责全线带钢传输控制，也是整个基础自动化的中心，可以分为两部分，主速度发生器和线速度协调控制器，两者是主从关系，线速度控制器起主要作用。

线速度协调控制器负责整个生产线运行，协调带钢的处理过程，传输、启动相应的设定、定位、控制、剪切等程序。线速度协调控制器的功能包括操作模式的处理（运行/爬行，停止，保持，穿带/甩尾，快停，快停，紧急停车，联合点动，单独点动等）断带检测，

主速度发生器完成线速度协调控制器的控制值送到传动系统，包括传输带钢运行所需要的各种功能，启动、加减速，带钢定位控制，张力控制，开卷机控制，卷取机控制，速度设定值。

带钢定位控制是闭环，利用装在张力辊或夹送辊上的编码器对带钢定点定位控制，包括带钢头部定位，带钢尾部定位，自动减速功能。

张力控制。张力控制策略为：当机组启动时，张力值平滑上升到正常运行张力值。在机组临时停车时，张力值保持运行张力值不变；超过临时停车时间，张力切换到停机张力。如果机组停车时间过长，机组张力自动切断。

在运行中，某个区域的实际张力突然快速下降，这个信号将反应在张力控制的传动装置的实际转矩上，或某个张力计的实际检测值，断带检测程序发出断带信号，并对相应区域发出快停指令。

3.3 急停系统

急停系统负责全线的紧急停车。全线分为4个区域，线上区域1个，即从开卷机到卷取机的整个区域。线外有3个区，液压站，入口钢卷运输区，出口钢卷运输区。

急停控制的电气设备类型主要包括，MCC恒速电机，变频调速电机，液压驱动设备等。主要控制过程为：操作台上急停按钮触发急停，急停PLC收到信号，计算处理后发急停信号至急停继电器，后者将急停信号分发至MCC柜、变频传动柜，远程I/O站等。实现停车。急停事故回复后，必须在HMI上进行急停确认。

3.4 HMI系统

HMI （Human-Machine Interface） 人机界面系统是通过WINCC软件实现的。WINCC软件包括，组态界面，操作界面，报警系统，归档系统，报表系统，数据管理系统。在本项目中HMI系统，主要包括八个部分。

工艺过程跟踪：包括全线机组总览，重要设备的数据显示，修改；

液压和系统：包括液压站，开卷机和卷取机的站，全线的CPC和EPC的液压站。包含电机的启停控制和状态监视画面。

诊断画面：包括全线传感器的状态画面和DP网络通讯状态画面。

传动分合闸：控制全线传动设备控制装置的分断和合闸。

趋势：全线重要数据的趋势图。

自动步：用于监视所有的自动步及动作条件。

画面中符号解释画面：包括颜色说明，设备符号说明和介质系统符号说明。

HMI系统包括2台HMI服务器，2台HMI客户机。其中HMI的服务器放置在电气室，两台服务器之间为冗余系统配置。

HMI系统服务器之间以及HMI服务器和客户机之间均采用TCP/IP协议进行通信。服务器会保存过程值和配方数据；客户机只访问服务器，显示服务器提供的过程画面和过程值，并可接受操作员的输入 传给服务器，本身并不保存数据。

总结

冷卷准备机组过程控制系统的配置先进，控制精度高，其自动化程度降低了操作者的劳动强度，实现全机组4人生产，大大提高了生产效率；自投运以来，机组设备和整个生产线均运行良好，受到了用户的好评。

参考文献：

[1]刘华等.梅山热连轧计算机自动控制系统[J].电气传动.2004（2）

[2]梁越永.马钢冷轧薄板厂连续镀锌线自动化控制系统[J].冶金动力,2003（6）