一、概 述

在自動化系統(tǒng)的配置中既要保證系統(tǒng)的先進、可靠、合理性，又要避免過剩功能、降低投資成本，這是系統(tǒng)改造時首先要考慮的。東北輕合金有限責任公司針對 1560mm拉彎矯直機列存在的電氣系統(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)對原可控硅控制系統(tǒng)進行改造。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?；赑ROFIBUS總線技術(shù)，實現(xiàn)了與ABB的DCS500、ACS60O的通信。以PLC SIEMATIC S7做主控設(shè)備，HOST計算機做生產(chǎn)管和過程顯示。改造后成功運行，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

拉彎矯直機列構(gòu)成如圖1所示，包括四臺直流電動機，分別為開卷、剪邊、矯直機和卷取機的驅(qū)動電機。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SYSTEM V工業(yè)計算機及PLC進行系統(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直流電動機驅(qū)動，中間采用小功率交流電動機帶動行星輪系調(diào)節(jié)兩個張緊輥轉(zhuǎn)速差，并由兩個光電碼盤測出每個張緊輥的轉(zhuǎn)速，計算機系統(tǒng)據(jù)此計算出延伸量，與設(shè)定值比較，存在誤差則通過交流電動機調(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，并被三個工作輥矯直。

圖1 拉彎矯直機構(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)動力分布，圓盤剪驅(qū)動改為雙側(cè)電機交流調(diào)速。其它直流電動機及功率不變?？刂葡到y(tǒng)基礎(chǔ)部分主要由SIEMENSPLC S7-300，遠方站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計算機設(shè)定加工參數(shù)和過程自動化，由PIE系統(tǒng)分配給定拉彎矯直機的速度、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，對系統(tǒng)進行實時控制和邏輯控制，完成延伸率控制、工作輥位置調(diào)節(jié)。遠方站ET200M一個作為操作信號的輸入，另一個做邏輯信號的輸入、輸出。主控系統(tǒng)啟動后，首先是硬熱點讀取，然后調(diào)應(yīng)用程序、輸出結(jié)果，遇到END返回程序起點，循環(huán)運行。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、位置測量信號直接輸入S7-300，并通過HOST計算機設(shè)定給定數(shù)據(jù)及顯示控制結(jié)果，準確性比原來有所提高，消除了失控現(xiàn)象。圓盤剪切機改為雙電動機驅(qū)動是從機械結(jié)構(gòu)考慮的，雙機雙饋電關(guān)鍵是轉(zhuǎn)速相等，應(yīng)用 PROFIBUS總線，兩個變頻器由同一節(jié)點接入和通信，從電動機跟隨給定電動機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)同步。

HOST計算機用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，實現(xiàn)圖形、畫面顯示和報警。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，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)計報表、存儲、打印。系統(tǒng)維護由專業(yè)人員使用界面進行調(diào)整，更改系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

四、改造后控制系統(tǒng)的優(yōu)點

開放式現(xiàn)場總線標準PROFIBUS-DP具有高效低成本、即插即用的特點，常用于工廠自動化。PROFIBUS采用一種兩頭有終端的總線拓撲，確保在運行期間接入和斷開一個或多個站而不影響其他站，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)所需時間＜2ms。功能強大的工具減少組態(tài)和維護費用，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個節(jié)點地址定義所連的設(shè)備，取代原配的大量電纜、導線，使安裝簡單、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，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、開卷機及卷取機驅(qū)動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)標碼的選擇，調(diào)試效率極高，保護措施完善，安裝及運行可靠性好。

改造后的拉彎矯直機列控制系統(tǒng)故障率明顯降低，各項電氣及工藝指標都達到設(shè)計要求，充分發(fā)揮了設(shè)備的使用性能，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化?？煽毓枘M調(diào)速系統(tǒng)改造，選擇基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全數(shù)字控制系統(tǒng)，不僅是出于應(yīng)用當前最新技術(shù)的考慮，關(guān)鍵還在于它具有良好的實用性和面向生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)化管理的可發(fā)展性。