西門子S7-1500 PLC在冷軋機AGC系統(tǒng)上的應用

孫紅剛

(安徽楚江科技新材料股份有限公司，安徽 蕪湖 241000)

西門子S7-300、S7-400系列PLC在國內(nèi)各行各業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)線上被廣泛使用，其良好的性能和可靠的穩(wěn)定性受到了電氣自動化行業(yè)工程人員的一致好評。西門子S7-1500系列PLC與S7-300系列PLC相比具有兩大優(yōu)點，一是CPU上配置有LED顯示屏，可配置基本參數(shù)，并且可以方便顯示CPU狀態(tài)和故障信息；二是S7-1500 PLC的處理速度更快，聯(lián)網(wǎng)能力更強，其CPU上集成1～3個PROFINET接口，可實現(xiàn)低成本快速組態(tài)現(xiàn)場級通信網(wǎng)絡。

1 冷軋機組液壓AGC系統(tǒng)的基本工作原理

銅帶冷軋機的電氣系統(tǒng)包含傳動和AGC兩大部分。傳動部分主要包括主機、左卷取機、右卷取機、開卷機等調(diào)速裝置的控制；AGC系統(tǒng)主要是利用采集的主油缸位移傳感器數(shù)據(jù)和測厚儀測量的厚差信號(或軋制時的軋制力)對主油缸的伺服閥進行調(diào)節(jié)，進而控制軋輥的位置對來料帶材進行加工。本文僅對S7-1500在AGC系統(tǒng)中的應用進行介紹。

厚度控制精度是銅帶產(chǎn)品最主要的質(zhì)量指標之一。在軋制的前幾道次，因帶材厚度較大，使用恒輥縫軋制來消除帶材的縱向厚差，此時以MTS絕對值位移傳感器的輸出信號為反饋信號進行閉環(huán)調(diào)節(jié)。根據(jù)軋制理論，實際軋出的帶材厚度h與預先設定的輥縫S0和軋機彈跳值△S之間的關系可以使用彈跳方程描述，h=S0+ △S=S0+P/Km；式中，P為軋制壓力，Km為軋機的剛性系數(shù)。

從以上分析可知，軋制時工藝設定的參數(shù)對軋制具有很大影響。為了減少誤操作，可以將常用的軋制工藝預先設定在工藝表中，軋制時只需要根據(jù)來料情況選擇相應的工藝號和道次號即可，避免了在閉輥縫狀態(tài)下連續(xù)軋制時修改設定輥縫或設定出口厚度輸入錯誤引起的帶材成品率下降等現(xiàn)象。 因帶材來料有一定的橫向厚差，軋機操作側(cè)和傳動側(cè)剛性不完全一致，軋輥冷卻效果不完全一致等原因，軋制過程中還需要根據(jù)出口板型進行糾偏調(diào)整和彎輥力調(diào)整。

在帶材厚度小于一定值后，需要將測厚儀投入進行監(jiān)控式厚度自動控制。根據(jù)軋制彈跳方程進行軋制使用的是油缸的位移傳感器信號，有效避免因軋輥熱膨脹、軸承間隙變化等因素對厚度控制的影響。厚度監(jiān)控的原理是，根據(jù)出口測厚儀檢測的厚度變化趨勢，自動調(diào)整輥縫值，使出口厚度儀檢測值和設定厚度趨于一致。由于出口測厚儀安裝位置和軋制位置有一定距離，所以當前檢測的厚度值并不是當前軋制的實際厚度值，而是經(jīng)過一段距離的延時。所以，厚度監(jiān)控具有滯后。使用監(jiān)控軋制無法避免控制和調(diào)節(jié)上的滯后，為了避免此缺點，可以在入口側(cè)檢測來料帶材的厚度變化△H，然后在預定時間內(nèi)提前調(diào)整傳動側(cè)和操作側(cè)伺服閥以達到期望的厚度h。

本冷軋機下支承輥的位置由斜鍥調(diào)整后固定不動，工作時主要通過調(diào)整上輥的位置來達到目標厚度，通過調(diào)整彎輥力的大小和輥縫糾偏來調(diào)節(jié)帶材板型。在每次換輥后，需要在觸摸屏先輸入新的工作輥直徑和支承輥直徑，然后通過手動調(diào)整或自動調(diào)整斜鍥的位置來調(diào)整軋制線。軋制線調(diào)整完畢后進行軋機壓靠，壓靠主要是標定換輥后軋機新輥系的輥縫零點，并消除新輥系傳動側(cè)和操作側(cè)的輥縫差。

2 AGC系統(tǒng)的硬件配置說明

1)CPU采用S7-1511-1PN，位運算處理時間0.06us,帶網(wǎng)絡接口，運行速度快，與外圍設備通訊方便；

2)主油缸壓力和彎輥缸彎輥力使用西門子SM531模擬量輸入模塊采集壓力傳感器的4mA～20mA模擬量信號；

3)主油缸位移使用西門子SM551工藝模塊采集MTS公司的直接SSI數(shù)字輸出的絕對值位移信號；

4)左右測速輥速度和左右?guī)Р拈L度使用西門子SM550工藝模塊采集P+F公司的RVI58系列增量編碼器信號；

5)主油缸伺服閥的調(diào)節(jié)使用西門子SM532模擬量輸出模塊經(jīng)過信號放大板控制航空工業(yè)南京伺服控制系統(tǒng)有限公司的FF106系列產(chǎn)品；

6)左右側(cè)帶材的厚差信號使用西門子SM531模擬量輸入模塊采集測厚儀輸出的的±10V模擬量信號；

7)上位機和PLC使用UDP通信進行數(shù)據(jù)交換；

8)PLC和測厚儀使用TCP/IP協(xié)議通信。當切換軋制方向或修改兩側(cè)目標厚度后，PLC可以通過TCP/IP協(xié)議將設定的機前、機后目標厚度發(fā)送至測厚儀。硬件配置如圖1所示。

3 AGC系統(tǒng)軟件結(jié)構

(1)采用西門子博途軟件進行程序編寫，具有組態(tài)簡單，程序結(jié)構清晰，查找方便等特點(圖2)。(2)采用常規(guī)的LAD、STL等編程語言，程序通俗易懂(圖3)。

圖1 硬件配置Fig.1 Hardware configuration

圖2 程序結(jié)構Fig.2 Routine structure

圖3 編程語言Fig.3 Programming language

4 結(jié)束語

該軋機的控制系統(tǒng)采用了性能穩(wěn)定、抗干擾強的西門子S7-1500系列 PLC，使整個設備運行安全可靠，達到了設計要求。CPU上配置有LED顯示屏，可方便地配置基本參數(shù)、顯示CPU狀態(tài)和故障信息；CPU集成了2個PROFINET接口，可實現(xiàn)低成本快速組態(tài)現(xiàn)場級通信網(wǎng)絡。西門子S7-1500系列PLC作為銅板帶軋機AGC系統(tǒng)的首選配置應用會越來越廣泛。