徐萍

【摘 要】首先做了步進(jìn)梁液壓在線監(jiān)控系統(tǒng)方案的比較，接著論述了步進(jìn)梁液壓監(jiān)控系統(tǒng)方案的比較，方案的確定，實際的監(jiān)控模型以及該監(jiān)控系統(tǒng)的主要配置。

【關(guān)鍵詞】液壓；在線監(jiān)控；系統(tǒng)方案；組成

【Abstract】This chapter first do the walking beam hydraulic scheme comparison of on-line monitoring system， then discusses the walking beam hydraulic scheme comparison of the monitoring system， the determination of scheme of actual monitoring model， and the main configuration of the monitoring system.

【Key words】Hydraulic pressure； Online monitoring； System solutions； Composition

1 步進(jìn)梁液壓在線監(jiān)控系統(tǒng)方案的比較

根據(jù)原系統(tǒng)存在的主要問題，本項目有三種可能的監(jiān)控方案，三種監(jiān)控方案中的監(jiān)測部分都采用組態(tài)軟件實現(xiàn)，液壓系統(tǒng)及其控制部分的三種方案如下：

1）開式系統(tǒng)，錐閥控制，重新設(shè)計電控系統(tǒng)；

2）閉式系統(tǒng)，采用機(jī)一液伺服變量泵，四級調(diào)壓不變，電控系統(tǒng)不變；

3）閉式系統(tǒng)，采用電液比例變量泵，取消四級調(diào)壓，原電控系統(tǒng)不變，新增控制器。

方案1）：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，通流量大，功能明確。缺點是系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)，油液容易污染；原升降水平切換控制閥和升降油缸控制閥采用的插裝閥，現(xiàn)要求將其改為錐閥，改造的牽涉面大，特別是電控系統(tǒng)、PLC程序全部需要重做，改造周期長。

步進(jìn)梁液壓在線監(jiān)控系統(tǒng)方案的比較

根據(jù)原系統(tǒng)存在的主要問題，本項目有三種可能的監(jiān)控方案，三種監(jiān)控方案中的監(jiān)測部分都采用組態(tài)軟件實現(xiàn)，液壓系統(tǒng)及其控制部分的三種方案如下：

1）開式系統(tǒng)，錐閥控制，重新設(shè)計電控系統(tǒng)；

2）閉式系統(tǒng)，采用機(jī)一液伺服變量泵，四級調(diào)壓不變，電控系統(tǒng)不變；

3）閉式系統(tǒng)，采用電液比例變量泵，取消四級調(diào)壓，原電控系統(tǒng)不變，新增控制器。

方案1）：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，通流量大，功能明確。缺點是系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)，油液容易污染；原升降水平切換控制閥和升降油缸控制閥采用的插裝閥，現(xiàn)要求將其改為錐閥，改造的牽涉面大，特別是電控系統(tǒng)、PLC程序全部需要重做，改造周期長。

2 步進(jìn)梁液壓在線監(jiān)控系統(tǒng)方案的確定

武鋼熱軋廠4號步進(jìn)加熱爐是武鋼的關(guān)鍵設(shè)備，是熱軋廠的效益增長點，因此，廠方不可能因為液壓監(jiān)控系統(tǒng)的改造而讓步進(jìn)加熱爐長時間的停產(chǎn)，只能利用其正常的檢修時間來進(jìn)行設(shè)備的改造和施工。因此，泵控方式和改造時間成為我們在選取方案時考慮的主要因素。對比以上可能存在的三種方案，我們決定選取方案3作為我們的最終方案。

液壓系統(tǒng)調(diào)速方面：取消原來的四級壓力控制，采用比例變量泵控制，比例變量泵選用力士樂公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)泵。比例變量泵的變量機(jī)構(gòu)由比例閥控制，速度模擬信號通過比例放大器輸入到比例閥的電磁鐵，根據(jù)泵的輸出流量與輸入電流成正比的關(guān)系，來控制泵的輸出，從而達(dá)到調(diào)速的目的。原升降水平切換控制閥和升降油缸控制閥采用的插裝閥，現(xiàn)將其改為力士樂公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)閥。

電氣系統(tǒng)方面：在不影響原電控系統(tǒng)和55PCL控制程序的情況下，取消由原55PCL控制的繼電器系統(tǒng)，新增一臺控制器，實現(xiàn)比例變量泵的控制和系統(tǒng)的監(jiān)測。

監(jiān)測系統(tǒng)方面：增加一套操作站，操作站和新增控制器通訊。一方面監(jiān)測系統(tǒng)中新增加的模擬量和開關(guān)量；另一方面將原5S中的各種模擬量和開關(guān)量采用通訊的方式傳到新增加的控制器中以實現(xiàn)對原系統(tǒng)各主要參數(shù)、電氣節(jié)點、步進(jìn)梁的位置和具體的運行情況的監(jiān)測。

項目施工方面：考慮到利用檢修時間進(jìn)行施工的因素，我們不可能一次性地對該項目進(jìn)行施工，而是采取了分期施工的方案：首先完成一臺泵組的施工，在該泵組運行正常的情況下進(jìn)行其余三臺泵組的施工，最后完成控制器和原5S之間的通訊以實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測。

3 步進(jìn)梁液壓在線監(jiān)控系統(tǒng)的組成

根據(jù)廠方的改造要求，現(xiàn)場信號的監(jiān)測不采用設(shè)備總線的形式，而采用電纜和PCL直接相連，監(jiān)控系統(tǒng)不設(shè)廠級監(jiān)視診斷層，只設(shè)設(shè)備層和車間監(jiān)控診斷層。

監(jiān)控的主要內(nèi)容有：電機(jī)狀態(tài)，截止閥狀態(tài)，電磁鐵狀態(tài)，泵出口壓力狀態(tài)，液位狀態(tài)，油溫狀態(tài)，加熱器狀態(tài)，主泵各主要參數(shù)，步進(jìn)梁工作狀態(tài)，步進(jìn)梁位置以及通過監(jiān)控制程序產(chǎn)生的系統(tǒng)故障報警等。

由于選用的監(jiān)控方案不影響原電氣系統(tǒng)，所以，系統(tǒng)中大部分的監(jiān)控內(nèi)容由原5S完成，7S除負(fù)責(zé)新增部分的監(jiān)控內(nèi)容外，還要負(fù)責(zé)由5S通過PROF工BUS-FDL網(wǎng)絡(luò)傳送過來的系統(tǒng)狀態(tài)。監(jiān)控系統(tǒng)的實際組成框圖如圖1所示。

4 步進(jìn)梁液壓在線監(jiān)控系統(tǒng)的配置

系統(tǒng)主要由控制和監(jiān)測兩部分組成，主要配置有：上位機(jī)、控制器、比例放大器、傳感器、智能儀表、通訊網(wǎng)卡和通訊電纜等。

控制器由于原來的系統(tǒng)采用的是西門子的s5控制器，為了和原來的系統(tǒng)更好的兼容，我們在選擇新增加的控制器時，選擇了西門子公司的7S-300可編程控制器。它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、無排風(fēng)結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布、易于被用戶掌握等特點使得7S-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。57-300具有多種性能遞增的cPu和豐富的且?guī)в性S多方便功能的1/0擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際的應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展。西門子57-300所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動， 抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。7S-300具有高效的工程軟件，全集成自動化帶來的集成性和應(yīng)用程序的可重用性可以帶來更低的市場響應(yīng)時間。此外，57-300系列還具有模塊點數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。

在確定PLC所需要的模塊之前，我們對控制對象和控制任務(wù)進(jìn)行了分析和統(tǒng)計，本系統(tǒng)需要以下不同的1/0點：

數(shù)字量輸入點（Dl）：犯點。其中24點接原系統(tǒng)55PLC控制器的繼電器的輸出，步進(jìn)梁的動作由此24個繼電器控制。由于s5和s7的通訊放在第三階段實行，因此，在第一施工階段、第二施工階段，此24點輸入是必須的。另外8點分別用來設(shè)置四個比例放大器的狀態(tài)：一個放大器需兩個旋鈕，一個控制放大器的停止和工作，一個控制放大器的自動和調(diào)試。

數(shù)字量輸出點（DO）：5點。其中4點是用來控制放大器使能繼電器的；另外1點用來控制故障燈。

模擬量輸入點（Al）：24點。其中4臺泵的手動給定4點4臺泵的傾角傳感器4點；4臺泵的零點調(diào)整4點；4臺泵的比例電磁鐵8點。

模擬量輸出點（AO）：16點。其中4臺泵的放大器給定4點；4臺泵的放大器給定百分比顯示儀表4點；4臺泵的比例電磁鐵兩邊電流之差百分比顯示儀表4點；4臺泵的流量百分比顯示儀表4點。系統(tǒng)所需要的信號模塊如表1所示。

由以上分析可知，系統(tǒng)的信號模塊較多，一個機(jī)架安裝不下，因此，在系統(tǒng)中還需要相應(yīng)的接口模塊以擴(kuò)展機(jī)架。另外，由5S和7S通訊的需要，還需要在系統(tǒng)中設(shè)置通訊模塊。各模塊的功能如下：

電源模塊PS307-10A：將市電電壓（130V/230V）轉(zhuǎn)換為24V直流工作電壓，為57-300CPU提供工作電源。

CPU模塊CPU315-ZDP：執(zhí)行用戶程序；為7S-300背板總線提供SV電源；其上的MIP口或者PROIFBUS口用來和上位機(jī)中的iWnCC進(jìn)行通訊，與上位機(jī)中的iWnCC進(jìn)行通訊時，要在上位機(jī)上安裝CP5611或者C5P613的網(wǎng)卡，本項目中上位機(jī)安裝的是CP56n網(wǎng)卡。

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[責(zé)任編輯：湯靜]