基于SIEMENS产品的双边剪控制系统

基于SIEMENS产品的双边剪控制系统
    摘  要：本文主要介绍济钢中厚板厂双边剪自动化控制系统的软硬件结构与控制原理，并对该系统主要功能的实现进行了详细的描述。
    关键词：双边剪  APC  主从控制  FMS  Profibus-DP

1 引言
    为了改善中厚板厂精整线钢板的剪切质量，提高剪切效率和成材率，济钢集团总公司于2001年投资兴建了三轴传动滚切式双边剪控制系统。
    双边剪(简称DSS)属于大型精密机械，其联锁多、控制精度高、节奏快。整个系统从控制角度可分为主剪系统、夹送辊和辊道控制系统、横移系统、间隙调整系统、激光划线系统、钢板对正系统等几个子系统。
    该系统基础自动化部分采用SIEMENS公司的S7-400 PLC和6RA70系列全数字直流调速装置来控制，利用STEP7编程、Wincc画面监控。总控制点数约3000点。
2 工艺概述
    轧制好的钢板经横剪后，送至剪前辊道，通过激光划线装置对钢板切边的位置进行光学定位，人工操纵钢板对正装置将钢板对正，然后，由夹送辊将钢板夹紧并自动按设定步长送板并进行剪切；与此同时，碎边剪也开始动作将板边切断后，由碎边运输机把板边运走；钢板在剪切过程中由八只夹送辊防止钢板的跑偏，自动完成钢板的连续剪切，剪切完的钢板由剪后辊道送入下一个工作区，而双边剪开始剪切下一钢板。
3 硬件配置
    系统硬件配置如图1所示；

    整个控制系统主要有两套S7-400组成：工艺PLC与传动PLC。
    工艺PLC在主控室设有2个扩展机架，在操作室配备4个ET200M站；传动PLC则在主控室设置12个ET200M站，以对每套6RA70装置进行准确控制。每个ET200M通过Profibus-DP与各自的CPU交换数据，来实现对现场数据的采集，以及对现场设备的控制。而两套PLC之间利用CP443-5通讯模块，采用FDL协议进行通讯，以实现数据的传递与共享。
        S7-400上面设有Ethernet网来实现生产系统的调度、管理和维护。??
4 系统软件控制
    整个主控程序采用模块化设计。对于每一个子系统，有一个专门的功能块与之对应；一旦系统发出请求，程序调度中心马上调用该功能块进行应答处理。处理完毕后再发送相应的反馈信息至主控程序。而且单个系统的升级及维护并不影响主控程序的运行。软件结构见图2。

5 双边剪APC控制
    双边剪APC由主剪APC和步长APC组成。控制原理图如图3。?

5.1 主剪APC?
    主剪系统的主要功能为自动剪切钢板。
    主剪系统由固定剪和移动剪组成，有四台300KW的直流电动机提供动力，其中固定侧和移动侧各两台，每一侧的电机采用电枢串联，串联后由一台6RA70装置供电控制。固定侧和移动侧之间采用机械硬轴连接来实现速度的同步。主剪的滚动剪切主要是通过编码器对偏心轴进行相位控制来完成。偏心轴转动0～360℃，主剪相应地也滚动一圈。
    主剪控制分为自动、半自动与手动模式。
5.1.1 在自动模式下，由安装于入口端移动侧上夹送辊的编码器完成对钢板的自动测厚，然后根据板厚，主剪自动选择剪切速度进行剪切。
    当钢板第一个设定步长送到位后，主剪从零位启动，开始不停地滚动剪切。当光电检测开关检测到最后一个步长后，主剪剪切最后一刀。当偏心轴角度到达249℃时，主剪调用APC，减速回到零位，至此，整个自动剪切过程完毕。
5.1.2 在半自动模式下，人工选择剪切速度，其它与自动模式一样。
5.1.3 手动模式只有在检修和系统故障时才使用。
    主剪动作时与其它装置有以下联锁：?
        (a)液压和润滑系统正常?
        (b)碎边运输链工作?
        (c)出口侧上夹送辊在上位?
        (d)机架横移夹紧?
        (e)换刀台在原位?
        (f)碎边支架抬起?
        (g)主碎刀间隙调整结束?
    上述条件满足后，自动剪切启动有效。?
5.2 步长APC控制
    步长由夹送辊和辊道系统控制。?
    夹送辊采用八台45KW的进口直流电动机驱动；入口端和出口端两个下夹送辊之间分别采用机械硬轴连接，各有两台直流电动机驱动，而相应的上夹送辊各自两台单独驱动，在运送钢板时由钢板作为媒介同步。
    为了正确协调好各个夹送辊之间的速度与力矩关系，此系统的传动装置设置了“主从”方式以进行控制。
5.2.1 当钢板未进入DSS时，系统设置为“一主一从”方式。移动侧下夹送辊的速度值作为主令速度值，固定侧下夹送辊作为从动速度跟随。
5.2.2 当钢板由DSS入口端咬入时，入口端设置切换为“一主三从”方式。入口端移动侧下夹送辊的速度值作为主令速度值，入口端其余三个夹送辊作为从动速度跟随。出口端仍设置为“一主一从”方式。
5.2.3 当钢板到达出口端时，系统设置为“一主七从”方式。出口端移动侧下夹送辊的速度值作为主令速度值，其余夹送辊作为从动速度跟随。
5.2.4 当板尾离开入口端时，出口端切换为“一主三从”方式，出口端移动侧下夹送辊的速度值作为主令速度值；而入口端为“一主一从”方式。?
5.2.5 当板尾离开出口端时，系统均切换回“一主一从”方式。
    同理，夹送辊和辊道系统的控制也有自动与手动两种模式。
    自动时，首先人工选择一种送板步长：1100mm、1200mm或1300mm，然后利用光电检测开关PH1～PH5与偏心轴角度来控制送板动作。当偏心轴角度大于249℃时，夹送辊和辊道转动开始自动按选定步长送板，并且同时调用APC；当剪切完最后一刀后，夹送辊和辊道按50％速度将钢板送出双边剪，以便进入下一个工作区。
    自动送板启动的联锁条件有：?
        (a)PH1遮光(off)?
        (b)入口侧上夹送辊压下?
        (c)偏心轴在停车位?
    入口夹送辊向出口夹送辊切换的联锁条件有：?
        (a)出口侧上夹送辊压下?
        (b)送选定步长Lp完毕?
        (c)PH1、PH5遮光?
6 故障诊断与处理
    考虑到系统的完整性和安全性，必须对生产过程中可能出现的异常情况及时地诊断与处理。
    系统在正常运行情况下，故障报警功能块循环扫描并采集各种需要监控的数据，包括主剪相位与APC数据、步长APC数据、6RA70装置参数、通讯块数据、参数整定、液压过压过热信号、油温与润滑信号等。当设备出现故障或工艺参数异常时，立即对故障报警信号进行分类，并将之发送至程序调度，由调度中心根据预先设定好的程序控制策略，调用各类自定义报警处理块FB或FC，并且向操作人员发出级别不同的报警信息，以催促操作人员尽快排除故障．当设备正常后，报警信号自动解除。
7 结束语
        DSS系统在2001年投产以来，DSS系统已自动剪切各种规格的钢板数百万吨，钢板剪切质量良好。S7-400PLC以及6RA70装置运行稳定可靠，故障率低。夹送辊和辊道运送钢板时，步长控制精度高，跑偏及打滑现象很少；主剪在12次、18次与24次(每分钟剪切次数)动作时均平稳，归零时定位准确。剪切后的钢板板边齐整，无毛边毛刺现象，大大改善了钢板的剪切质量，提高了生产效率，经济效益显著。