一、概 述

在自動(dòng)化系統(tǒng)的配置中既要保證系統(tǒng)的先進(jìn)、可靠、合理性，又要避免過剩功能、降低投資成本，這是系統(tǒng)改造時(shí)首先要考慮的。東北輕合金有限責(zé)任公司針對(duì) 1560mm拉彎矯直機(jī)列存在的電氣系統(tǒng)故障高，可靠性差，而產(chǎn)品質(zhì)量、尺寸精度是要求極高這一問題，決定應(yīng)用新的數(shù)字系統(tǒng)對(duì)原可控硅控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。新的系統(tǒng)采用了SIEMENS可編程控制器SIEMATIC S7-300和窗口控制中心WINCC，ABB公司的全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)DCS500、變頻器ACS60O等。基于PROFIBUS總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了與ABB的DCS500、ACS60O的通信。以PLC SIEMATIC S7做主控設(shè)備，HOST計(jì)算機(jī)做生產(chǎn)管和過程顯示。改造后成功運(yùn)行，可靠性大大提高，避免了生產(chǎn)過程中的突發(fā)斷帶、超速等嚴(yán)重制約生產(chǎn)的現(xiàn)象。

二、設(shè)備原控制系統(tǒng)情況

拉彎矯直機(jī)列構(gòu)成如圖1所示，包括四臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，分別為開卷、剪邊、矯直機(jī)和卷取機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。原可控硅控制系統(tǒng)為三相橋式電路，模擬調(diào)節(jié)器，由一臺(tái)SYSTEM V工業(yè)計(jì)算機(jī)及PLC進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定和連鎖控制。采用插件式電子線路板及可控硅分立元件，該設(shè)備核心部分為雙S輥及三個(gè)矯直工作輥組成的拉伸矯直裝置，入口張緊輥和出口張緊輥由一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，中間采用小功率交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)行星輪系調(diào)節(jié)兩個(gè)張緊輥轉(zhuǎn)速差，并由兩個(gè)光電碼盤測(cè)出每個(gè)張緊輥的轉(zhuǎn)速，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)據(jù)此計(jì)算出延伸量，與設(shè)定值比較，存在誤差則通過交流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)行星輪系，從而形成閉環(huán)控制。矯直工作輥位置可任意設(shè)定，從而得到不同的矯平效果。卷取、開卷張力可根據(jù)加工要求設(shè)定，在張力作用下，帶材被拉伸，并被三個(gè)工作輥矯直。

圖1 拉彎矯直機(jī)構(gòu)成示意圖

三、應(yīng)用總線系統(tǒng)的改造

基本保持原系統(tǒng)動(dòng)力分布，圓盤剪驅(qū)動(dòng)改為雙側(cè)電機(jī)交流調(diào)速。其它直流電動(dòng)機(jī)及功率不變。控制系統(tǒng)基礎(chǔ)部分主要由SIEMENSPLC S7-300，遠(yuǎn)方站ET200M，操作員工作站W(wǎng)IN CC，觸摸屏TP，DCS500全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)及ACS600變頻器組成。全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)、變頻器均以PROFIBUS-DP協(xié)議方式與PIESIIMATIC S7相連，通過HOST計(jì)算機(jī)設(shè)定加工參數(shù)和過程自動(dòng)化，由PIE系統(tǒng)分配給定拉彎矯直機(jī)的速度、張力電流。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 總線系統(tǒng)構(gòu)成

主站PIEMASTER S7-300，CPU為S7315-2DP，主控系統(tǒng)包含程序，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和邏輯控制，完成延伸率控制、工作輥位置調(diào)節(jié)。遠(yuǎn)方站ET200M一個(gè)作為操作信號(hào)的輸入，另一個(gè)做邏輯信號(hào)的輸入、輸出。主控系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先是硬熱點(diǎn)讀取，然后調(diào)應(yīng)用程序、輸出結(jié)果，遇到END返回程序起點(diǎn)，循環(huán)運(yùn)行。延伸率控制、工作輥位置調(diào)節(jié)仍然延用原來的控制過程，但速度、位置測(cè)量信號(hào)直接輸入S7-300，并通過HOST計(jì)算機(jī)設(shè)定給定數(shù)據(jù)及顯示控制結(jié)果，準(zhǔn)確性比原來有所提高，消除了失控現(xiàn)象。圓盤剪切機(jī)改為雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是從機(jī)械結(jié)構(gòu)考慮的，雙機(jī)雙饋電關(guān)鍵是轉(zhuǎn)速相等，應(yīng)用 PROFIBUS總線，兩個(gè)變頻器由同一節(jié)點(diǎn)接入和通信，從電動(dòng)機(jī)跟隨給定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)同步。

HOST計(jì)算機(jī)用P4CPU，Windows NT操作系統(tǒng)，與總線連接用網(wǎng)卡CP5611。組態(tài)用西門子WIN CC監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)圖形、畫面顯示和報(bào)警。功能主要有生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)定，過程數(shù)據(jù)監(jiān)控如電流、張力、卷徑、機(jī)列速度、延伸率及工作輥狀態(tài)位置等，各種曲線顯示和存儲(chǔ)，主要包括張力曲線、速度曲線、延伸率曲線。生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、存儲(chǔ)、打印。系統(tǒng)維護(hù)由專業(yè)人員使用界面進(jìn)行調(diào)整，更改系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

四、改造后控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

開放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS-DP具有高效低成本、即插即用的特點(diǎn)，常用于工廠自動(dòng)化。PROFIBUS采用一種兩頭有終端的總線拓?fù)洌_保在運(yùn)行期間接入和斷開一個(gè)或多個(gè)站而不影響其他站，物理層選擇PS 485，用于PROFIBUS-DP，采用異步NRZ傳輸編碼，波特率 12MBit／s，屏蔽雙絞電纜。

PROFIBUS-DP適合代替PLC／PC與I／O之間成本昂貴的電纜線。速度快，傳輸1KB的I／O數(shù)據(jù)所需時(shí)間＜2ms。功能強(qiáng)大的工具減少組態(tài)和維護(hù)費(fèi)用，所有主要的PLC制造商都支持，有廣泛的產(chǎn)品可提供，允許周期性的和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸。這次改造采用屏蔽雙絞電纜PROFIBUS-DP，設(shè)10個(gè)節(jié)點(diǎn)地址定義所連的設(shè)備，取代原配的大量電纜、導(dǎo)線，使安裝簡(jiǎn)單、容易可靠。相應(yīng)地選擇與PROFIBUS-DP兼容的西門子、ABB公司的調(diào)速設(shè)備和器件，便于組態(tài)和減少編程工作量。

DCS500全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，具有通用性，用于具體調(diào)速方案時(shí)，可視要求設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)、控制方式。轉(zhuǎn)矩設(shè)定可選擇速度、張力-開卷及張力-卷取三種方式，這次改造中，矯直機(jī)、開卷機(jī)及卷取機(jī)驅(qū)動(dòng)分別按這三種方式設(shè)定，結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

圖3 全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖

由于全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的公式化特征，參數(shù)設(shè)定由模擬系統(tǒng)的電容、電位器調(diào)整，轉(zhuǎn)為數(shù)字的鍵入、狀態(tài)標(biāo)碼的選擇，調(diào)試效率極高，保護(hù)措施完善，安裝及運(yùn)行可靠性好。

改造后的拉彎矯直機(jī)列控制系統(tǒng)故障率明顯降低，各項(xiàng)電氣及工藝指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，充分發(fā)揮了設(shè)備的使用性能，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。可控硅模擬調(diào)速系統(tǒng)改造，選擇基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的全數(shù)字控制系統(tǒng)，不僅是出于應(yīng)用當(dāng)前最新技術(shù)的考慮，關(guān)鍵還在于它具有良好的實(shí)用性和面向生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)化管理的可發(fā)展性。