程控喂線機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)

馮海波

(黑龍江省冶金研究所，哈爾濱150040)

近年來國內(nèi)粗鋼產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，而有些高端鋼材還需要進(jìn)口。面對嚴(yán)峻的冶金總體態(tài)勢，國內(nèi)鋼企和鑄造企業(yè)在壓縮產(chǎn)能的同時，也在積極進(jìn)行工藝的改造與升級，對喂線機(jī)本身的可靠性，實(shí)用性、集成性提出更高的要求。早期的喂線設(shè)備已不能滿足生產(chǎn)工藝過程和現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。針對這一需求，我所研制了一種全新的程控喂線機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速、高效及精準(zhǔn)的喂線。我所有多年的喂線機(jī)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，一直處于國內(nèi)喂線機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先地位。這次開發(fā)的程控喂線機(jī)，實(shí)現(xiàn)了喂線控制過程的網(wǎng)絡(luò)化和全自動化，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

1 程控喂線機(jī)工作流程

首先是通過鋼水成分在線檢測，將數(shù)據(jù)上傳至現(xiàn)場工控機(jī)。通過工控機(jī)畫面輸入目標(biāo)鋼種成分要求，連同鋼水成分檢測結(jié)果一起傳送至喂線機(jī)控制系統(tǒng)。程控喂線機(jī)通過數(shù)據(jù)模型的計算得出不同芯線的喂入量，最后通過程控喂線機(jī)實(shí)現(xiàn)喂入不同長度的各種芯線，上傳喂入芯線的數(shù)據(jù)信息。

2 控制系統(tǒng)的組成

程控喂線機(jī)的系統(tǒng)包括鋼水成分在線數(shù)據(jù)采樣、遠(yuǎn)程目標(biāo)鋼種成分的給定和在線鋼水成分的數(shù)據(jù)傳送、本地控制系統(tǒng)的分析和計算及喂線機(jī)的自動喂線機(jī)控制三部分組成。鋼水成分的檢測由專業(yè)的測量儀表實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)開發(fā)的主要是工控機(jī)控制系統(tǒng)和喂線機(jī)本體控制系統(tǒng)。工控機(jī)系統(tǒng)包括對鋼水成分檢測儀表的數(shù)據(jù)采集，目標(biāo)鋼種的方案制定，給定數(shù)據(jù)的傳送。喂線機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)有手動和自動兩套控制功能，每流喂線可以實(shí)現(xiàn)分別控制。自動控制時喂線機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的分析和計算，自動生成喂線的長度和速度給定，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管升降、前后移動、進(jìn)線和退線動作的自動完成。手動控制時通過觸摸屏輸入喂線的長度、速度，所有動作都可通過按鈕分別控制。當(dāng)出現(xiàn)斷線、卡線和變頻器故障時，自動停機(jī)報警。整個過程無需人為操作，從而實(shí)現(xiàn)了喂線過程的自動化。

3 控制系統(tǒng)的硬件及軟件

為了實(shí)現(xiàn)與各個鋼廠的系統(tǒng)進(jìn)行通信及整合，系統(tǒng)主要硬件全部采用西門子產(chǎn)品。程控喂線機(jī)控制器選擇S7 300 PLC作為主控制器，選擇MP 277觸摸屏作為本地人機(jī)界面，選擇MM 440～11kW變頻器作為傳動控制器。軟件設(shè)計包括工控機(jī)開發(fā)軟件西門子Wincc，觸摸屏設(shè)計軟件西門子wincc flexible，PLC設(shè)計軟件西門子step7軟件。變頻器控制通過西門子profibus－dp網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，簡化了系統(tǒng)并提高了系統(tǒng)的安全性。控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

程序控制喂線機(jī)采用PLC進(jìn)行控制。由于它把計算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)集于一身。而同時又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好等特點(diǎn)。可編程序控制器(PLC)是近幾十年發(fā)展起來的一種新型的、非常適用的工業(yè)控制裝置。因此選用PLC作為程序控制喂線機(jī)的控制器可靠性高，編程方便，比傳統(tǒng)的繼電器模式功能強(qiáng)大。本系統(tǒng)采用了緊湊型CPU 314C－2DP，自帶了PROFIBUS－DP和MPI網(wǎng)絡(luò)端口，拓展輸入模塊SM321 DI16×24V，輸出模塊SM322 DO8×REL.AC230V，即滿足了生產(chǎn)需求，又為以后的功能擴(kuò)展留有余量。PLC軟件程序使用軟件STEP 7來編制，設(shè)置了14個定時器來控制各步的延時時間，PLC與變頻器之間通過PROFIBUS－DP進(jìn)行連接，其PLC模塊安裝圖如圖2。數(shù)字量輸入輸出如圖3－5。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 程序控制喂線機(jī)PLC模塊安裝圖

本系統(tǒng)PLC程序主要包括主程序的組織塊OB1，還有用來測量脈沖個數(shù)的硬件中斷組織塊OB40。按照結(jié)構(gòu)化的編程方式，分別編制了手動功能塊、動作可定制自動功能塊以及報警功能塊等。主程序的流程圖如圖6。

PLC程序采用模塊化設(shè)計，分別編制了手動功能塊、自動功能塊以及報警功能塊等。自動功能模塊程序?qū)崿F(xiàn)喂線量及速度的生成，控制變頻器的運(yùn)行停止，以及前后移動電機(jī)的轉(zhuǎn)向和各個氣缸的壓下抬起等動作。當(dāng)出現(xiàn)斷線、卡線和變頻器故障時，自動停機(jī)報警。整個過程無需人為操作，從而實(shí)現(xiàn)了喂線過程的自動化。主程序的流程圖如圖6。

圖3 程序控制喂線機(jī)PLC數(shù)字量輸入圖(1)

圖4 程序控制喂線機(jī)PLC數(shù)字量輸入圖(2)

圖5 程序控制喂線機(jī)PLC數(shù)字量輸出圖

圖6 程序流程圖

觸摸屏應(yīng)用程序的開發(fā)包括預(yù)置喂線長度和速度;顯示喂線長度、速度和喂線機(jī)的各個工作狀態(tài)信息;顯示當(dāng)前和歷史故障信息;定制自動控制各個動作的有無、自動退線長度設(shè)定及各個動作之間的延時時間等。由于煉鋼工藝改變和現(xiàn)場條件的不同，這就需要所研制的喂線機(jī)要有一定的通用性，所以我們研制喂線機(jī)的時候在觸摸屏中加入了動作的定制。就是通過定制畫面的動作定制四個動作的選擇，確定自動程序所應(yīng)該完成的動作。通過定制畫面的時間定制，確定每一個動作之間的延時長度。

上位機(jī)工控軟件的開發(fā)，包括喂線機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)實(shí)，接收鋼水在線檢測數(shù)據(jù)，定制鋼水成分方案，對喂線機(jī)的遠(yuǎn)程控制等。

4 結(jié)語

通過對喂線系統(tǒng)的分析，整合了煉鋼過程中部分系統(tǒng)，提出了一種新的控制平臺。該喂線系統(tǒng)運(yùn)行可靠、易于維護(hù)、具有一定的靈活性。不但提高了人力計算鋼水成分并分析喂入芯線數(shù)量的效率，還提高了煉鋼窄成分控制的合格率，并能夠?qū)崿F(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的管理和自動監(jiān)控，自動化程度大幅度提高，實(shí)現(xiàn)高速、高效及精準(zhǔn)的喂線處理。