丁長(zhǎng)文

（哈爾濱哈飛工業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電設(shè)備制造公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

1 控制系統(tǒng)總體方案

1.1 總體技術(shù)方案。全連續(xù)機(jī)自動(dòng)化和調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)由高性能工業(yè)微機(jī)、可編程序控制器（PLC）及全數(shù)字交直流傳動(dòng)控制裝置構(gòu)成。整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和兩層通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

1.2 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由過(guò)程控制管理級(jí)（L2）、人機(jī)界面（HMI）與基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)L1構(gòu)成，調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)可理解為L(zhǎng)0級(jí)。它們分別完成不同的控制功能。

1.3 過(guò)程控制。具有物料自動(dòng)跟蹤功能，生產(chǎn)過(guò)程管理功能（生產(chǎn)報(bào)表等）。

1.4 人機(jī)界面（HMI）。人機(jī)界面（HMI）由現(xiàn)場(chǎng)終端組成，主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的人機(jī)界面功能，包括：軋制表的輸入、存儲(chǔ)和修改，軋制參數(shù)的設(shè)定，軋制過(guò)程中各設(shè)備狀態(tài)和電氣參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示及工藝參數(shù)的人工調(diào)整，電氣設(shè)備的一般操作及顯示，故障報(bào)警與記錄、存儲(chǔ)及打印等。

1.5 基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用西門子公司PLC和遠(yuǎn)程I/O站；突出特點(diǎn)如下：（1）高速。（2）堅(jiān)固。（3）功能完善、強(qiáng)大。（4）強(qiáng)通訊能力。

所選CPU裝備了ProfiBus-DP接口，保證了對(duì)分布式I/O進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換。強(qiáng)大的通訊模板允許點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，并可用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由多臺(tái)PLC完成全部自動(dòng)化控制功能（不包括加熱爐本體控制），其控制功能分別如下：（1）PLC1：軋線換輥、軋線輔助軋區(qū)液壓站和稀油潤(rùn)滑站的控制。（2）PLC2：完成從粗軋機(jī)到吐絲機(jī)的自動(dòng)化控制?？刂频闹饕O(shè)備有：粗軋機(jī)、中軋機(jī)、預(yù)精軋機(jī)、精軋機(jī)、活套、吐絲機(jī)及夾送輥，并完成對(duì)1～3＃飛剪、碎斷剪的接口通訊。（3）PLC3：完成收集設(shè)備系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。主要控制功能包括：a.風(fēng)冷輥道、風(fēng)機(jī)的控制；b.集卷站控制。

2 通訊網(wǎng)絡(luò)

2.1 自動(dòng)化系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)

第一層：人機(jī)界面與PLC之間及PLC彼此之間連成以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)彼此的信息交換。

第二層：PLC與各自的遠(yuǎn)程I/O站之間和調(diào)速傳動(dòng)之間采用ProfiBus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)，PLC把設(shè)定參數(shù)和控制指令傳送到各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，并收集各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)和電氣參數(shù)送到人機(jī)界面的CRT上顯示。

2.2 以太網(wǎng)

本系統(tǒng)采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)、采用TCP/IP協(xié)議。它可連接各PLC、HMI工作站，使之交換信息。

其主要特點(diǎn)如下：

（1）數(shù)據(jù)傳輸率：100Mbps。（2）網(wǎng)上工作站數(shù)：最多為1024個(gè)。（3）傳輸介質(zhì)為多模光纖及五類絞線。（4）信息協(xié)議幀（或包）的大小可變。

2.3 ProfiBus－DP 網(wǎng)

ProfiBus－DP網(wǎng)是一種實(shí)時(shí)、開放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是能充分利用智能設(shè)備的能力。

優(yōu)點(diǎn)完全歸功于以下幾個(gè)方面：（1）一個(gè)優(yōu)化的ProfiBus－DP信息服務(wù)于子集的構(gòu)造和提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。（2）高度的容錯(cuò)性。（3）數(shù)據(jù)的完整性。（4）標(biāo)準(zhǔn)信息幀結(jié)構(gòu)。（5）在操作中可自由地訪問(wèn)每個(gè)站。

2.4 人機(jī)界面（HMI）

人機(jī)界面配置4臺(tái)高性能工業(yè)微機(jī)操作站。其中2臺(tái)放置于軋線主操作室，集卷操作臺(tái)1臺(tái)，另外，1#主電室設(shè)置一個(gè)工程師站（MS）。采用的WinCC（WindowsControlCenter-窗口控制中心）系統(tǒng)軟件包是HMI的核心軟件，它具有數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制自動(dòng)化過(guò)程的強(qiáng)大功能，是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作監(jiān)視系統(tǒng)。

其軋區(qū)主操作臺(tái)操作站主要功能和畫面有：（1）軋制表的存貯、修改和打印。（2）故障報(bào)警信息的顯示與打印。（3）工藝參數(shù)的預(yù)設(shè)定及修改，包括：a.級(jí)聯(lián)速度設(shè)定。b.沖擊速降補(bǔ)償設(shè)定。c.輥徑設(shè)定。d.活套高度設(shè)定。e.微張力控制張力系數(shù)設(shè)定。f.切頭、切尾長(zhǎng)度設(shè)定。（4）軋制過(guò)程狀態(tài)顯示包括：a.主傳動(dòng)電流和速度的直方圖和趨勢(shì)圖。b.活套高度基準(zhǔn)值和實(shí)際值的直方圖。c.各電氣設(shè)備的就緒、運(yùn)行、停止和故障畫面。d.故障報(bào)警畫面。e.顯示畫面的主菜單和子菜單。f.幫助畫面等。（5）電氣設(shè)備的一般操作，主要為軋制開始前的操作，主要包括：a.各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的合/分閘、啟動(dòng)/停止操作。b.自動(dòng)/手動(dòng)方式選擇操作。c.介質(zhì)系統(tǒng)的方式選擇及設(shè)備啟動(dòng)、停止操作等。d.非軋制狀態(tài)的模擬操作等。（6）爐區(qū)操作室操作站（加熱爐供貨商設(shè)計(jì)、制造范圍）。

3 系統(tǒng)操作

3.1 概述。全線的操作系統(tǒng)由操作站、操作臺(tái)和機(jī)旁操作箱構(gòu)成。

（1）操作站，主要用于工藝和電氣參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行方式選擇、軋制前的一般操作；（2）操作臺(tái)，主要用于手動(dòng)操作和在自動(dòng)方式下實(shí)施人工干預(yù)；（3）機(jī)旁操作箱，主要用于機(jī)械設(shè)備的調(diào)整和檢修時(shí)的操作。

3.2 監(jiān)視保護(hù)功能

在設(shè)備啟動(dòng)/動(dòng)作和軋制之前，要檢查影響其運(yùn)行的有關(guān)條件，包括：（1）檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)。（2）檢查液壓系統(tǒng)。（3）檢查調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)重故障。（4）檢查調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行條件。a.潤(rùn)滑、液壓故障等。b.電壓聯(lián)鎖等。（5）緊急系統(tǒng)包括：快停、急停。

3.3 操作方式。操作方式分為：自動(dòng)方式、手動(dòng)方式、檢修方式三種，可通過(guò)操作站或操作臺(tái)和機(jī)旁操作箱進(jìn)行選擇和切換。

3.4 軋機(jī)區(qū)操作。軋機(jī)區(qū)的手動(dòng)操作（包括軋機(jī)調(diào)整）和檢修操作一般在機(jī)旁操作箱上進(jìn)行。各操作臺(tái)、箱操作的設(shè)備如下：

（1）軋線主操作臺(tái)。a.粗軋機(jī)組啟?？刂?；b.1#飛剪控制；c.中軋機(jī)組啟?？刂疲籨.2#飛剪控制；e.3#飛剪控制；碎斷剪控制；f.預(yù)精軋機(jī)組啟?？刂?；g.精軋機(jī)組啟?？刂?；h.軋線活套；i.吐絲機(jī)、夾送輥控制；（2）機(jī)旁操作箱若干。完成軋機(jī)換輥及正反點(diǎn)動(dòng)或設(shè)備機(jī)旁調(diào)整等。（3）集卷區(qū)操作。集卷區(qū)操作的操作由操作臺(tái)和機(jī)旁操作箱完成。（4）基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要功能?；A(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由4臺(tái)S7－400構(gòu)成，PLC1完成軋線輔助控制；主軋線PLC2主要用于軋制過(guò)程中的快速性控制（如速度級(jí)聯(lián)、微張、活套、飛剪控制等）；PLC3負(fù)責(zé)風(fēng)冷線及集卷站控制系統(tǒng)；PLC4負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和故障診斷。（5）基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)配置?；A(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置原則：a.采用SIEMENS最新型CPU，其運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)容量大、網(wǎng)絡(luò)速度強(qiáng)大；b.系統(tǒng)配置考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性；c.每套PLC均配置一定數(shù)量的遠(yuǎn)程I/O站，現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)、操作臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)操作箱上的操作和顯示信號(hào)，均連接到就近的遠(yuǎn)程I/O站；d.為了提高PLC2控制主軋線控制精度、可靠穩(wěn)定運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，將遠(yuǎn)程I/O和調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)考慮連接至兩個(gè)獨(dú)立的ProfiBus-DP網(wǎng)，以保證系統(tǒng)控制的快速性；e.軟件設(shè)計(jì)上將盡量編制規(guī)范的程序塊，并合理地安排程序塊的調(diào)用和執(zhí)行，最大限度地減少程序周期，提高系統(tǒng)的控制速度。（6）PLC基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要控制功能。a.速度級(jí)聯(lián)控制。b.軋線速度設(shè)定自適應(yīng)。c.微張力控制。d.活套控制。e.精軋機(jī)控制。f.軋件跟蹤控制。g.飛剪的剪切控制。h.控制冷卻。i.吐絲機(jī)前夾送輥控制。j.吐絲機(jī)控制。k.斯太爾摩運(yùn)輸線控制：速度控制；風(fēng)機(jī)控制。l.集卷站控制。m.速度級(jí)聯(lián)控制。（7）模擬軋制。通過(guò)模擬軋件的軋制來(lái)確定電氣、機(jī)械的動(dòng)作是否正常，它通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)編制模擬軋制控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。軋件跟蹤及報(bào)表生成系統(tǒng)（L2）。軋件跟蹤及報(bào)表生成系統(tǒng)（L2）由1臺(tái)L2服務(wù)器與3臺(tái)微機(jī)組成，主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表的生成與打印。由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成。（8）軋線檢測(cè)儀表。檢測(cè)元件能夠產(chǎn)生正確的檢測(cè)信號(hào)并送給控制系統(tǒng)，是保證生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的前提。（9）熱金屬檢測(cè)器。用于熱坯或軋線上軋件頭尾檢測(cè)，產(chǎn)生軋件跟蹤信號(hào)。（10）活套掃描器。用于軋件活套高度檢測(cè)，產(chǎn)生活套控制及軋件跟蹤信號(hào)。（11）高溫計(jì)。用于軋件溫度檢測(cè)，產(chǎn)生軋件跟蹤信號(hào)及溫度檢測(cè)、溫度閉環(huán)控制。（12）溫度巡檢儀。用于軋線馬達(dá)或機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵位置的溫度檢測(cè)。溫度檢測(cè)信號(hào)通過(guò)DP轉(zhuǎn)換模塊送至PLC。

[1]許劼.高速線材介質(zhì)分布控制系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)，2005.