鋼卷包裝機(jī)組自動控制系統(tǒng)

摘要： 本文主要介紹了冶金行業(yè)冷軋鋼卷包裝機(jī)組的控制系統(tǒng)及其軟硬件結(jié)構(gòu)，并描述了軟件系統(tǒng)功能。 關(guān)鍵詞： 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 寶鋼1800冷軋廠設(shè)置兩條半自動化包裝機(jī)組（PL），一條用于冷軋成品鋼卷的包裝，設(shè)置在冷軋成品庫內(nèi)，與連續(xù)退火機(jī)組（CAL）出口步進(jìn)梁的最后一個卷位相連接；一條用于1＃和2＃熱鍍鋅機(jī)組（CGL）成品鋼卷的包裝，設(shè)置在熱鍍鋅成品庫內(nèi)，與2＃熱鍍鋅機(jī)組出口步進(jìn)梁的最后一個卷位相連接，并可接受從1＃熱鍍鋅機(jī)組吊運(yùn)來的成品鋼卷。兩條包裝機(jī)組都能接收前道機(jī)組送來的鋼卷進(jìn)行包裝后再由吊車直接吊走至成品庫。 1. 控制對象 包裝機(jī)組機(jī)械設(shè)備主要由步進(jìn)梁、地輥、固定鞍座、提升小車、防銹紙存放架、打捆設(shè)備、液壓站等組成。其中電氣控制對象有：液壓站、步進(jìn)梁、旋轉(zhuǎn)鞍座、地輥、送紙機(jī)、提升小車、排水泵。 2. 系統(tǒng)配置 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)見下圖： 控制系統(tǒng)硬件配置如下： PLC： PS 407 10A 1塊 CPU 416-2 1塊 DI SM421 1塊 DO SM422 1塊 ET1.1：IM153-1 1塊 DI SM321 4塊 DO SM322 2塊 ET1.2：IM153-1 1塊 DI SM321 2塊 DO SM322 3塊 AO SM332 3塊 ET200M是一種模塊化的分布式I／O站，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線把ET1.1和ET1.2與PLC主站CPU連接。 3. 控制功能描述 在本系統(tǒng)中S7-400 PLC主要用來實現(xiàn)： 1> 編碼器定位控制 2> 電液比例閥控制 3> 與主機(jī)組連鎖信號控制 4> 現(xiàn)場接近開關(guān)和光電開關(guān)的I/O信號檢測與控制 5> 液壓站、送紙機(jī)、提升小車、地坑排水泵控制 　　在包裝機(jī)組中用到了2個FVS58N-011K2R3GN-0013單圈絕對值型編碼器，該編碼器具有13位數(shù)據(jù)位，格雷碼輸出。用來檢測旋轉(zhuǎn)鞍座的旋轉(zhuǎn)信號，實現(xiàn)2個旋轉(zhuǎn)鞍座的精確定位。格雷碼轉(zhuǎn)換功能是實現(xiàn)將格雷碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，變于程序控制。 　　通過SM332 AO（模擬量輸出）模塊實現(xiàn)電液比例閥調(diào)速的控制，用來控制步進(jìn)梁升降和平移、地輥旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)鞍座旋轉(zhuǎn)、提升小車升降和平移的緩起緩?fù)：途_定位。電液比例閥控制功能是依據(jù)模擬量輸出按照線性函數(shù)關(guān)系來控制電液比例閥的輸出控制步進(jìn)梁等設(shè)備地緩起緩?fù)＃饶軌虮Ｗo(hù)設(shè)備的長久使用，同時避免由于到位直接停止，形成的沖擊造成可能存在的潛在危險。 4. 軟件功能說明 　　PLC的軟件共分為9個模塊，分別為主程序塊、液壓站控制程序、送紙機(jī)和排水泵控制程序、步進(jìn)梁自動控制程序、步進(jìn)梁手動控制程序、提升小車控制程序、旋轉(zhuǎn)鞍座控制程序、地輥控制程序、與主機(jī)組連鎖信號控制程序。 4．1主程序塊實現(xiàn)各個功能模塊程序在條件滿足時調(diào)用。 4．2液壓站控制程序模塊用來控制整個液壓泵站。 4．2．1液壓泵主電動機(jī)（各用于驅(qū)動一臺主油泵）：4臺，三用一備，可任意切換。 運(yùn)行連鎖條件：輔助液壓泵開啟 MCC（斷路器、熱繼電器或多功能保護(hù)器）無電氣故障 油泵吸油管閥門開啟 油箱液位高于過低液位 油箱溫度高于過低油溫 油箱過高油溫不超過15分鐘 系統(tǒng)油壓高或低不超過15秒 急停信號無 4．2．2輔助油泵電動機(jī)：1臺，用于驅(qū)動一臺循環(huán)過濾泵。 連鎖條件：油泵吸油管閥門開啟 油箱溫度低于過低油溫 4．2．3水電磁閥：1臺，用于控制冷卻水通斷。 連鎖條件：油溫到達(dá)冷卻油溫點(diǎn) 4．2．4電磁溢流閥：4臺，用于4臺主油泵卸荷。 連鎖條件：主油泵電機(jī)啟動時，溢流閥開啟，延時三秒，溢流閥關(guān)閉，電動機(jī)空載啟動。 4．2．5電加熱器：1臺，用于加熱油溫。 連鎖條件：油溫低于加熱油溫點(diǎn) 4．3送紙機(jī)和排水泵控制程序，送紙機(jī)用來夾送鋼卷包裝用的防銹紙；排水泵用于步進(jìn)梁地下集水坑排水。 排水泵連鎖條件：超過高液位自動啟泵 低于低液位自動停泵 4．4提升小車控制程序用來控制提升小車：上升、前進(jìn)、下降、后退、急停。 4．4．1提升小車前進(jìn) 連鎖條件：步進(jìn)梁回到等待位 托卷臂上沒有鋼卷 托卷臂沒有阻攔 4．4．2提升小車后退 連鎖條件：步進(jìn)梁回到等待位 托卷臂上沒有鋼卷 4．4．3提升小車上升/下降 連鎖條件：步進(jìn)梁回到等待位 4．5旋轉(zhuǎn)鞍座控制程序通過檢測編碼器的值精確定位鞍座旋轉(zhuǎn)90度，定位精度為±1mm，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)鞍座的緩起緩?fù)：偷轿恢苿泳_定位的控制。 4．6地輥控制程序用來控制步進(jìn)梁上的地輥轉(zhuǎn)動使防銹紙包裹在鋼卷外周。 連鎖條件：步進(jìn)梁回到等待位 4．7步進(jìn)梁自動控制程序 步進(jìn)梁自動程序用于在自動操作模式下，自動觸發(fā)信號產(chǎn)生的情況下能夠根據(jù)現(xiàn)場的需求控制步進(jìn)梁按照生產(chǎn)情況進(jìn)行相應(yīng)動作，滿足工藝生產(chǎn)要求。 當(dāng)主機(jī)組出口步進(jìn)梁將鋼卷送到中轉(zhuǎn)鞍座時，包裝步進(jìn)梁滿足條件時得到周期啟動指令，步進(jìn)梁從停在等待位（即步進(jìn)梁下極限位），開始向前移動，到旋轉(zhuǎn)鞍座復(fù)位位后步進(jìn)梁停止，兩個旋轉(zhuǎn)鞍座順時針旋轉(zhuǎn)90度。旋轉(zhuǎn)到位后，步進(jìn)梁繼續(xù)向前移動，前進(jìn)到前進(jìn)減速位后，步進(jìn)梁減速前進(jìn)，到前進(jìn)極限位后，步進(jìn)梁停止前進(jìn)，然后快速上升。上升到上升減速位后，步進(jìn)梁慢速上升，從主機(jī)組出口步進(jìn)梁的中轉(zhuǎn)鞍座取鋼卷。然后步進(jìn)梁快速后退，后退到后退減速位后，步進(jìn)梁慢速后退，步進(jìn)梁后退到后極限位后兩個旋轉(zhuǎn)鞍座逆時針旋轉(zhuǎn)90度。旋轉(zhuǎn)到位后，步進(jìn)梁慢速下降，將鋼卷放到固定鞍座上，再下降到下降加速位后，步進(jìn)梁快速下降。步進(jìn)梁下降到下極限位即停在等待位進(jìn)行各道工序包裝。包裝步進(jìn)梁即完成了自動將鋼卷向前傳輸一個工位的周期動作，然后不斷重復(fù)此周期動作，將包裝好的鋼卷送到最后一個鞍座，再由吊車吊至成品庫。 運(yùn)行連鎖條件：主機(jī)組步進(jìn)梁不在鞍座區(qū)，步進(jìn)梁才能動作 提升小車回到后極限位，步進(jìn)梁才能動作 手動臺車回到后極限位，步進(jìn)梁才能動作 地輥沒有旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)梁才能動作 最后一個鞍座沒有鋼卷，步進(jìn)梁才能動作 旋轉(zhuǎn)鞍座順時針旋轉(zhuǎn)到位后，步進(jìn)梁才能上升 旋轉(zhuǎn)鞍座逆時針旋轉(zhuǎn)到位后，步進(jìn)梁才能下降 條件滿足信號：主機(jī)組步進(jìn)梁不在鞍座區(qū)（連鎖信號） 主機(jī)組步進(jìn)梁沒有操作（連鎖信號） 四段步進(jìn)梁都在下極限位 尾部（最后一個鞍座）沒有鋼卷 提升小車在后極限位 地輥沒有旋轉(zhuǎn) 手推臺車在后極限位 維修鑰匙處在生產(chǎn)模式 工位箱確認(rèn)按鈕處在包裝完畢模式 旋轉(zhuǎn)鞍座旋轉(zhuǎn)到位 包裝線沒有故障 液壓主泵電機(jī)至少3臺運(yùn)行 包裝線故障信號：提升小車托臂與鋼卷相碰上/下檢測開關(guān) 提升小車急停 包裝機(jī)組急停 最后工位急停 包裝線故障恢復(fù)后通過安全復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位。 4．8步進(jìn)梁手動控制程序 步進(jìn)梁手動程序用于在手動狀態(tài)下操作者進(jìn)行操作。步進(jìn)梁狀態(tài)檢測功能用于鎖定步進(jìn)梁的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)步進(jìn)梁在自動運(yùn)行過程中出現(xiàn)危險急停后或者因為操作者誤操作使步進(jìn)梁處于中間位置，檢測元件不能檢測到信號的時候，只能通過手動運(yùn)行模式復(fù)位到0位或下一動作位置才能進(jìn)行正常操作。保證了復(fù)位后設(shè)備不會繼續(xù)動作。 4．9與主機(jī)組連鎖信號控制 4．9．1與主機(jī)組連鎖考慮以下措施 主機(jī)組的步進(jìn)梁為主令控制，其動作優(yōu)先考慮。在進(jìn)入中轉(zhuǎn)鞍座處設(shè)置有限位開關(guān)，任何步 進(jìn)梁進(jìn)入中轉(zhuǎn)鞍座區(qū)，另一個步進(jìn)梁不能動作。主機(jī)組步進(jìn)梁要出卷時，正好包裝步進(jìn)梁沒有動作，主機(jī)組連鎖信號使包裝機(jī)組步進(jìn)梁不動；如果包裝機(jī)組步進(jìn)梁正在動作，允許完成一個周期。如發(fā)現(xiàn)包裝機(jī)組步進(jìn)梁有危險情況，應(yīng)立即按下急停按鈕，整個液壓泵都將停止工作，切斷動力源。 4．9．2 連鎖信號關(guān)系 與鍍鋅機(jī)組連鎖信號關(guān)系： 2#CGL -> 1#PL連鎖信號是"OPER_OK"為1和"SKID_NO"為1有效 1#PL -> 2#CGL連鎖信號是"OPER"為0和"SKID_PL"為1有效 與連退機(jī)組連鎖信號關(guān)系： CAL -> 2#PL連鎖信號是"OPER_OK"為1和"SKID_NO"為1有效 2#PL -> CAL連鎖信號是"OPER" 為0和"SKID_PL"為1有效 4．9．3與主機(jī)組連鎖信號處理 給主機(jī)組的連鎖信號是采自前部光電開關(guān)，該光電開關(guān)從安全角度考慮，我們選用的是常閉型光電開關(guān)。 5．結(jié)束語 　　通過對半自動化包裝機(jī)組控制系統(tǒng)集成，具有勞動強(qiáng)度小，包裝質(zhì)量好、效率高、物流通暢等特點(diǎn)。該機(jī)組已于2005年6月投入生產(chǎn)。