摘要：包裝是鋼鐵冷軋精整的重要工序之一。本文從先進的機組自動控制入手，對系統過程數據處理和傳動高精度閉環控制進行深入分析和研究，提出了國際標準網絡、先進速度控制以及先進傳動高精度控制方案，使之在滿足生產要求的基礎上提高工作效率。
      關鍵詞：速度控制  閉環控制  數據處理

      Abtract: Packaging is a important processes of cold-rolled. This article start from the automatic control. On the thorough analysis and the research to the system process data processing and high-precision drive closed-loop control, propose the international standard network, advanced speed control and advanced high-precision drive control scheme. On the base of the satisfaction of production request, system enhance the working efficiency.
      Keyword: Speed control  Closed-loop control  Data process

      1 概述
      寶鋼股份2030冷軋廠新增連退包裝機組，整個系統由一臺S7-400PLC控制，上位機設計一臺服務器、2臺客戶機，PLC與HMI之間用以太網網絡連接，PLC與傳動裝置、遠程I/O站以及編碼器之間采用Profobus-DP控制網絡。機組自動控制系統的設計處于國內乃至國際先進水平，在寶鋼已順利驗收并成功投產。系統的控制部分都設置有安全報警，各個操作臺上都安裝信號指示燈，以及急停按鈕，上位機監控采用的是西門子Win CC,界面設置有參數設置、報警等，鋼卷信息是包裝自動控制的關鍵。
系統為了提高控制精度和安全可靠性，設計應用了光纖網絡傳輸數據和高精度閉環控制傳動裝置的長度等控制方案，獲得了高精度高質量的諧調控制效果，提高了工作效率。

      2 生產流程
      2.1生產流程圖
      本系統首先用輸送車將鋼卷從連退出口鞍座搬到1#工位，然后在2#工位用1#送紙輥送紙第一次包裝，接著在接下的工位上用1#提升小車將鋼卷提起，用2#送紙輥送紙反方向包裝一次，然后用2#提升小車將鋼卷提起進行包邊，用3#提升小車將鋼卷提起完成最后的包裝，最后用徑向打捆機將包裝好的鋼卷進行打捆。生產流程圖的Win CC界面如圖1所示。

 
圖1 總流程圖

      2.2系統功能
      3個提升小車的控制原理是一樣，就以其中一個作為介紹，提升小車操作箱設有手動自動轉換開關、提升/下降、前進/后退、工位完成等按鈕，當自動的時候只需要按自動提升/自動下降按鈕，就可完成整個工藝工程。送紙輥有遠程和就地控制，由正/反轉開關操作，用哪邊的紙則將該邊壓輥壓上。
      運輸鏈控制精度要求高，安全可靠性要求嚴格，采用西門子6SE70變頻器控制，在主操作臺上有手動/周期啟動開關，在手動的時候可以通過前進/后退按鈕操作，周期啟動模式下，只需要按一下周期啟動按鈕，運輸鏈就可以自動運行一個周期，即一個工位。在主操上有每一個設備工位完成信號指示燈，操作簡單。
      CPU將來自外圍的邏輯信號進行判斷處理以控制系統的工作狀態。另外，將控制系統送來的鋼卷信息值進行運算，然后將運算結果送入現場各執行器使之以工藝要求方式運行。
      2.3系統網絡構成
      控制系統采用服務器、客戶機模式，HMI與PLC之間采用以太網環網通訊，在服務器、客戶機任何一臺機子都可以激活或取消激活項目，只要有一個取消激活了其他所有機子都取消激活。服務器、客戶機之間是采用光纖網絡，通訊速度非常快，服務器光纖1#口與入口HMI光纖1#口連接，入口HMI光纖2#口與出口HMI1#口連接，出口HMI2#口與服務器2#口連接，這樣形成環網。
      現場總線通訊分為Profibus(1)與Profibus(2)，分別由CPU的DP口和  CP443-5模塊連接，見圖2系統自動化網絡配置圖，首先介紹Profibus(1)，在電氣室內的網絡子站全部設計該網絡上，有運輸鏈、1#送紙輥、2#送紙輥、送紙擺桿、徑向打捆機、鋼卷搬運小車提升變頻器以及行走變頻器，見圖3網絡組態圖。
      遠程I/O站以及現場編碼器設計在Profibus(2)上，采用DP線從CP443-5模塊首先到DP/光纖轉換模塊，然后采用光纖連接至主操作臺的轉換模塊，再用DP線連接至各個網絡子站。在該網絡上的子站有主操臺ET站、徑向打捆機ET站及觸摸屏、液壓站ET站、閥臺ET站、3#提升小車升降編碼器、2#提升小車升降編碼器、1#提升小車升降編碼器及平移編碼器、鋼卷搬運操作臺ET站及其起升編碼器與行走編碼器。

 
圖2 系統自動化網絡配置圖
 
圖3 PLC網絡組態圖

      3自動化控制部分
      3.1 控制系統
      本系統自動化控制主要是速度控制，包括有提升小車的升降、平移速度控制，運輸鏈、送紙輥的速度控制，傳動裝置的速度控制在后面分析，這一小節主要介紹提升小車的速度控制。小車的速度首先是CPU接到操作邏輯信號并經過運算，然后給定速度選擇器，接著經過斜坡函數發生器計算，最后給模擬量輸出控制塊將數據轉化成邊準的格式，將數據給遠程站的模擬量輸出模塊，控制伺服放大器驅動液壓閥，最后設備按工藝要求動作。
      3.2 PLC控制
      控制部分PLC由18槽中央機架、控制網絡組成。機架包括：處理器CPU 416-2DP，2個DI模塊、2個DO模塊、1個CP 443-5通訊模塊、1個CP 443-1通訊模塊、1個CP 441-2通訊模塊。PLC控制是集中進行控制。西門子S7-400PLC的編程軟件為STEP 7。
      在系統中采用S7GRAPH順控， S7GRAPH必須安裝SIMATIC_S7_GRAPH_V53_SP5，安裝之后再打開就可以編寫順控語句了，標準的順控編程是一步一步的結構圖。在順控塊中只有標準的語言命令及變量，其命令語言及變量很少。S7GRAPH只能在FB當中編程，不能在FC中編程。

      4 傳動部分
      4.1 系統傳動控制
      變頻器運行首先在HMI上進行合閘，然后在現場操作臺上操作即給定變頻器運行頻率，電機開始運行，在傳動界面上，首先選擇設備，然后點擊合閘、分閘，可以同時選擇多臺變頻一起合分閘。
      變頻器風機啟停用變頻器啟動命令，停止的時候延時5M停止，采用西門子變頻器定時器嵌套技術，不能用裝置狀態字的反饋信號，因為這是個輸出電壓，電機停了其電壓有時候還存在，所以會造成風機一直在運行。電機的抱閘在合閘分閘的時候不動作，只有當電機轉動的時候才得電。抱閘是當變頻器一有頻率輸出馬上得電，當電機停止命令來了，抱閘并不是馬上失電抱死，而是當變頻器頻率減為0了才馬上失電抱死。

 
圖4 HMI傳動控制

      4.2傳動高精度閉環控制
      運輸鏈控制要求安全可靠，周期運行長度控制要求精確高，所以整個傳動控制要求高。系統設計在主操臺ET采用FM350計數模塊，通過編碼器和技術模塊，完成高精度閉環控制的硬件條件，控制系統得到閉環的速度反饋信號。
      程序計算得到的長度值，當改值大于等于設定長度加修正值，以及小于等于修正值加上0.05，就是電機運轉的實際的長度，精度達到0.025%。高精度閉環控制程序見下。

      5 總結
      在冷軋精整生產過程中，包裝為最后的生產亮點，其自動控制系統的控制效果直接影響產品的檔次，是技術的關鍵。我們在采用最先進的控制技術設計中，應用了光纖網絡傳輸數據和高精度閉環控制傳動裝置的長度等控制方案，獲得了高精度高質量的諧調控制效果，提高了工作效率。
      本文創新點：1）結合了國際標準網絡對數據進行處理，光纖網絡在傳動控制中的先進性，多臺HMI與PLC之間的數據交換采用以太網優化策略。
2）變頻器速度控制采用高精度閉環控制，在寶鋼冷軋廠包裝機組的運行中，長度的給定達到最優，既滿足長度要求也不超過。該方案在鋼鐵生產中具有良好的應用前景。
      參考文獻：
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      [5]  天津電氣傳動設計研究所 編著.  電氣傳動自動化技術手冊.機械工業出版社.1992
      作者簡介：唐建方（1984~），男，湖北新洲人，工學碩士，工程師，主要從事電氣傳動、自動化控制設計及實踐工作。E- mail:11113@wisdri.com
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