钢卷包装机组自动控制系统

摘要： 本文主要介绍了冶金行业冷轧钢卷包装机组的控制系统及其软硬件结构，并描述了软件系统功能。 关键词： PLC；PROFIBUS-DP；控制 Abastract：The paper introduces that the application of PLC control system is dealt with coil packing line in metallurgy enterprise and analysed the software and hardware structure of system. Describing software system function. Keywords：PLC；PROFIBUS-DP；CONTROL； 0．引言 宝钢1800冷轧厂设置两条半自动化包装机组（PL），一条用于冷轧成品钢卷的包装，设置在冷轧成品库内，与连续退火机组（CAL）出口步进梁的最后一个卷位相连接；一条用于1＃和2＃热镀锌机组（CGL）成品钢卷的包装，设置在热镀锌成品库内，与2＃热镀锌机组出口步进梁的最后一个卷位相连接，并可接受从1＃热镀锌机组吊运来的成品钢卷。两条包装机组都能接收前道机组送来的钢卷进行包装后再由吊车直接吊走至成品库。 1. 控制对象 包装机组机械设备主要由步进梁、地辊、固定鞍座、提升小车、防锈纸存放架、打捆设备、液压站等组成。其中电气控制对象有：液压站、步进梁、旋转鞍座、地辊、送纸机、提升小车、排水泵。 2. 系统配置 控制系统硬件组态见下图： 控制系统硬件配置如下： PLC： PS 407 10A 1块 CPU 416-2 1块 DI SM421 1块 DO SM422 1块 ET1.1：IM153-1 1块 DI SM321 4块 DO SM322 2块 ET1.2：IM153-1 1块 DI SM321 2块 DO SM322 3块 AO SM332 3块 ET200M是一种模块化的分布式I／O站，采用PROFIBUS-DP现场总线把ET1.1和ET1.2与PLC主站CPU连接。 3. 控制功能描述 在本系统中S7-400 PLC主要用来实现： 1> 编码器定位控制 2> 电液比例阀控制 3> 与主机组连锁信号控制 4> 现场接近开关和光电开关的I/O信号检测与控制 5> 液压站、送纸机、提升小车、地坑排水泵控制 　　在包装机组中用到了2个FVS58N-011K2R3GN-0013单圈绝对值型编码器，该编码器具有13位数据位，格雷码输出。用来检测旋转鞍座的旋转信号，实现2个旋转鞍座的精确定位。格雷码转换功能是实现将格雷码转换成十进制数，变于程序控制。 　　通过SM332 AO（模拟量输出）模块实现电液比例阀调速的控制，用来控制步进梁升降和平移、地辊旋转、旋转鞍座旋转、提升小车升降和平移的缓起缓停和精确定位。电液比例阀控制功能是依据模拟量输出按照线性函数关系来控制电液比例阀的输出控制步进梁等设备地缓起缓停，既能够保护设备的长久使用，同时避免由于到位直接停止，形成的冲击造成可能存在的潜在危险。 4. 软件功能说明 　　PLC的软件共分为9个模块，分别为主程序块、液压站控制程序、送纸机和排水泵控制程序、步进梁自动控制程序、步进梁手动控制程序、提升小车控制程序、旋转鞍座控制程序、地辊控制程序、与主机组连锁信号控制程序。 4．1主程序块实现各个功能模块程序在条件满足时调用。 4．2液压站控制程序模块用来控制整个液压泵站。 4．2．1液压泵主电动机（各用于驱动一台主油泵）：4台，三用一备，可任意切换。 运行连锁条件：辅助液压泵开启 MCC（断路器、热继电器或多功能保护器）无电气故障 油泵吸油管阀门开启 油箱液位高于过低液位 油箱温度高于过低油温 油箱过高油温不超过15分钟 系统油压高或低不超过15秒 急停信号无 4．2．2辅助油泵电动机：1台，用于驱动一台循环过滤泵。 连锁条件：油泵吸油管阀门开启 油箱温度低于过低油温 4．2．3水电磁阀：1台，用于控制冷却水通断。 连锁条件：油温到达冷却油温点 4．2．4电磁溢流阀：4台，用于4台主油泵卸荷。 连锁条件：主油泵电机启动时，溢流阀开启，延时三秒，溢流阀关闭，电动机空载启动。 4．2．5电加热器：1台，用于加热油温。 连锁条件：油温低于加热油温点 4．3送纸机和排水泵控制程序，送纸机用来夹送钢卷包装用的防锈纸；排水泵用于步进梁地下集水坑排水。 排水泵连锁条件：超过高液位自动启泵 低于低液位自动停泵 4．4提升小车控制程序用来控制提升小车：上升、前进、下降、后退、急停。 4．4．1提升小车前进 连锁条件：步进梁回到等待位 托卷臂上没有钢卷 托卷臂没有阻拦 4．4．2提升小车后退 连锁条件：步进梁回到等待位 托卷臂上没有钢卷 4．4．3提升小车上升/下降 连锁条件：步进梁回到等待位 4．5旋转鞍座控制程序通过检测编码器的值精确定位鞍座旋转90度，定位精度为±1mm，实现旋转鞍座的缓起缓停和到位制动精确定位的控制。 4．6地辊控制程序用来控制步进梁上的地辊转动使防锈纸包裹在钢卷外周。 连锁条件：步进梁回到等待位 4．7步进梁自动控制程序 步进梁自动程序用于在自动操作模式下，自动触发信号产生的情况下能够根据现场的需求控制步进梁按照生产情况进行相应动作，满足工艺生产要求。 当主机组出口步进梁将钢卷送到中转鞍座时，包装步进梁满足条件时得到周期启动指令，步进梁从停在等待位（即步进梁下极限位），开始向前移动，到旋转鞍座复位位后步进梁停止，两个旋转鞍座顺时针旋转90度。旋转到位后，步进梁继续向前移动，前进到前进减速位后，步进梁减速前进，到前进极限位后，步进梁停止前进，然后快速上升。上升到上升减速位后，步进梁慢速上升，从主机组出口步进梁的中转鞍座取钢卷。然后步进梁快速后退，后退到后退减速位后，步进梁慢速后退，步进梁后退到后极限位后两个旋转鞍座逆时针旋转90度。旋转到位后，步进梁慢速下降，将钢卷放到固定鞍座上，再下降到下降加速位后，步进梁快速下降。步进梁下降到下极限位即停在等待位进行各道工序包装。包装步进梁即完成了自动将钢卷向前传输一个工位的周期动作，然后不断重复此周期动作，将包装好的钢卷送到最后一个鞍座，再由吊车吊至成品库。 运行连锁条件：主机组步进梁不在鞍座区，步进梁才能动作 提升小车回到后极限位，步进梁才能动作 手动台车回到后极限位，步进梁才能动作 地辊没有旋转，步进梁才能动作 最后一个鞍座没有钢卷，步进梁才能动作 旋转鞍座顺时针旋转到位后，步进梁才能上升 旋转鞍座逆时针旋转到位后，步进梁才能下降 条件满足信号：主机组步进梁不在鞍座区（连锁信号） 主机组步进梁没有操作（连锁信号） 四段步进梁都在下极限位 尾部（最后一个鞍座）没有钢卷 提升小车在后极限位 地辊没有旋转 手推台车在后极限位 维修钥匙处在生产模式 工位箱确认按钮处在包装完毕模式 旋转鞍座旋转到位 包装线没有故障 液压主泵电机至少3台运行 包装线故障信号：提升小车托臂与钢卷相碰上/下检测开关 提升小车急停 包装机组急停 最后工位急停 包装线故障恢复后通过安全复位按钮进行复位。 4．8步进梁手动控制程序 步进梁手动程序用于在手动状态下操作者进行操作。步进梁状态检测功能用于锁定步进梁的当前运行状态，当步进梁在自动运行过程中出现危险急停后或者因为操作者误操作使步进梁处于中间位置，检测元件不能检测到信号的时候，只能通过手动运行模式复位到0位或下一动作位置才能进行正常操作。保证了复位后设备不会继续动作。 4．9与主机组连锁信号控制 4．9．1与主机组连锁考虑以下措施 主机组的步进梁为主令控制，其动作优先考虑。在进入中转鞍座处设置有限位开关，任何步 进梁进入中转鞍座区，另一个步进梁不能动作。主机组步进梁要出卷时，正好包装步进梁没有动作，主机组连锁信号使包装机组步进梁不动；如果包装机组步进梁正在动作，允许完成一个周期。如发现包装机组步进梁有危险情况，应立即按下急停按钮，整个液压泵都将停止工作，切断动力源。 4．9．2 连锁信号关系 与镀锌机组连锁信号关系： 2#CGL -> 1#PL连锁信号是"OPER_OK"为1和"SKID_NO"为1有效 1#PL -> 2#CGL连锁信号是"OPER"为0和"SKID_PL"为1有效 与连退机组连锁信号关系： CAL -> 2#PL连锁信号是"OPER_OK"为1和"SKID_NO"为1有效 2#PL -> CAL连锁信号是"OPER" 为0和"SKID_PL"为1有效 4．9．3与主机组连锁信号处理 给主机组的连锁信号是采自前部光电开关，该光电开关从安全角度考虑，我们选用的是常闭型光电开关。 5．结束语 　　通过对半自动化包装机组控制系统集成，具有劳动强度小，包装质量好、效率高、物流通畅等特点。该机组已于2005年6月投入生产。