西門子PLC在軋鋼生產(chǎn)線設(shè)計中的應(yīng)用

楊 梅

1 PLC概念和結(jié)構(gòu)

PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編輯的存儲器在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、算術(shù)運算、步進控制、數(shù)據(jù)處理、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換、通信及聯(lián)網(wǎng)等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，具有通信性和靈活性強、應(yīng)用廣泛、可靠性高、抗干擾能力強、功能完備、性能優(yōu)良、編制程序簡單、設(shè)計安裝調(diào)試周期短、擴充容易、體積小、重量輕、維護方便等優(yōu)點。PLC主要由主機、輸入／輸出I／O接口、電源、編程、輸入／輸出擴展單元等組成，如圖1所示。

圖1 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 PLC系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線故障診斷中的應(yīng)用

西門子PLC300具有硬件故障自檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。PLC已廣泛應(yīng)用到位置控制、溫度控制等各種工業(yè)控制中。隨著PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得越來越容易。PLC可為軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的故障診斷提供強有力的技術(shù)支持。在進行故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計時，根據(jù)診斷系統(tǒng)的功能要求選用適當?shù)腜LC，可豐富和完善診斷系統(tǒng)的功能。PLC采用不同的方法對有數(shù)字量和模擬量這2種信號對應(yīng)的故障進行診斷。通過PLC的圖形功能塊編程，還可將故障診斷融入過程控制，達到保護軋鋼設(shè)備的目的。

PLC對模擬量信號的識別是將在相應(yīng)A／D通道讀到的監(jiān)測信號模擬量的實際值與系統(tǒng)允許的極限值相比較。實際值遠離極限值，則表明軋鋼生產(chǎn)設(shè)備對應(yīng)的受監(jiān)控部位處于正常狀態(tài)，如果實際值接近或達到極限值，則為不正常狀態(tài)。PLC還能按照一定的邏輯關(guān)系啟動開關(guān)量模塊上的輸出位，或從PLC的通信口主動發(fā)起通信，從而輸出故障診斷結(jié)果，并據(jù)此實現(xiàn)對軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的控制。西門子PLC300采用并行分布式結(jié)構(gòu)，作下位機使用，操作站作為上位機，可完成PLC的程序下裝，實施對多臺PLC的管理，進行復雜的數(shù)據(jù)運算，建立數(shù)據(jù)庫，存儲專家知識，其輸入／輸出設(shè)備可用作診斷過程的人機交互。故障診斷過程中復雜的邏輯判斷、開關(guān)量故障信號的檢測以及在嚴重故障狀態(tài)下對設(shè)備進行的保護可交給PLC完成。

3 PLC和計算機控制系統(tǒng)在冷軋帶鋼生產(chǎn)線中的應(yīng)用

西門子PLC300在冷軋生產(chǎn)線自動控制、機架間張力控制、卷取張力控制、厚度控制等方面取得了良好的效果。冷軋生產(chǎn)線使用的是西門子S7－300 PLC，控制程序有設(shè)備的過程控制邏輯、通信數(shù)據(jù)交換換算及傳輸、軋制張力自動控制、卷取張力自動控制及軋制帶鋼厚度自動控制等。卷取機張力由PLC程序依據(jù)反饋的帶鋼厚度、帶鋼寬度換算得出。PLC程序根據(jù)反饋值與設(shè)定值的正負偏差進行軋輥上升、下降調(diào)節(jié)，所以在厚度自動調(diào)節(jié)控制時用的是位置閉環(huán)控制，以調(diào)節(jié)軋機上、下軋輥之間的輥縫間距來控制成品的厚度。

4 PLC在軋鋼機電氣控制中的應(yīng)用

軋鋼機電氣控制系統(tǒng)由PLC控制器和軋鋼機生產(chǎn)線被控對象等組成，編程計算機和S7－300 PLC控制器（RS485通信口）之間通信采用PPI通信模塊完成。開關(guān)量的邏輯控制是PLC應(yīng)用最基本的領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制。PLC可用于直線運動或圓周運動的控制。目前，制造商已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。驅(qū)動程序可用PLC語言完成，通過編程器輸入。PLC通過模擬量的I／O模塊實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的A／D、D／A轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的PID控制。數(shù)據(jù)處理一般用在大中型控制系統(tǒng)中，具有CNC功能：把支持順序控制的PLC與數(shù)字控制設(shè)備緊密結(jié)合。西門子PLC300的通信包括PLC與PLC之間、PLC與上位計算機之間以及其智能設(shè)備之間的通信。PLC和計算機之間具有RS232接口，用雙絞線、同軸電纜將它們連成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換。

5 PLC在軋鋼技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

西門子PLC300用于軋鋼生產(chǎn)中一般不需要采取什么措施，但當生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣、電磁干擾特別強烈或安裝使用不當時，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，影響PLC的正常運行，因此要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。PLC應(yīng)遠離強烈的振動源，防止振動頻率為10～55 Hz的頻繁或連續(xù)振動。為避免有氯化氫等腐蝕易燃氣體，應(yīng)將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。PLC應(yīng)遠離強干擾源，如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。PLC的輸入與輸出分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。動力線、控制線、PLC的電源線和I／O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I／O之間應(yīng)采用雙膠線連接。

6 結(jié)語

PLC具有通信性和靈活性強、應(yīng)用廣泛、可靠性高、抗干擾能力強、性能優(yōu)良、編制程序簡單、設(shè)計安裝調(diào)試周期短、擴充容易、體積小、重量輕且維護方便等優(yōu)點。PLC與計算機、測厚儀在冷軋帶鋼生產(chǎn)線中的應(yīng)用，實現(xiàn)了軋機之間張力控制、卷取機張力控制、生產(chǎn)線自動控制和帶鋼厚度控制。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，減輕了員工勞動強度，保證了帶鋼質(zhì)量，提高了產(chǎn)量、成材率和經(jīng)濟效益。PLC作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，在軋鋼控制領(lǐng)域發(fā)揮著很大的作用，在軋鋼生產(chǎn)線故障診斷、冷軋帶鋼生產(chǎn)線、軋鋼機電氣控制中有著舉足輕重的地位，這將使PLC為軋鋼事業(yè)做出更大的貢獻。

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［3］王也仿.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2001

［4］李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用［M］.第2版.北京：電子工業(yè)出版社，2011

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