陳 祥

(攀枝花鋼釩有限公司提釩煉鋼廠,四川攀枝花617062)

攀鋼1#板坯熱噴印機自動控制系統(tǒng)

陳 祥

(攀枝花鋼釩有限公司提釩煉鋼廠,四川攀枝花617062)

攀鋼釩煉鋼廠1#板坯熱噴印機自動控制系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC作為控制站,綜合運用了以太網(wǎng)技術(shù)和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù),通過FM357-2多軸定位模板控制X軸、Y軸書寫機構(gòu)驅(qū)動電弧噴槍移動,實現(xiàn)了鋼坯標識字符的自動、快速噴印,降低了操作工的勞動強度,有效保障操作工的人身安全并提高了產(chǎn)品質(zhì)量管理水平。

S7-300 PLC;ETHERNET;PROFIBUS-DP;FM357-2

1 引言

煉鋼廠1#板坯連鑄機為兩流板坯連鑄機,1993年投產(chǎn)時引進的熱噴印機基于當初的技術(shù)水平僅采用手工錄入標識字符進行手動噴印。由于投用年限已久,現(xiàn)在已無法補充相應(yīng)新制備品備件,只能修復(fù)舊件維持使用。所以1#板坯熱噴印機故障率較高,噴印字符效果較差,不利于產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性,而且長時間處理故障時只能進行人工描號,操作工勞動強度大,因此2013年對1#板坯熱噴印機進行了整體改造。熱噴印機改造時采用西門子S7-300 PLC作為控制站,通過FM357-2多軸定位模板控制X軸、Y軸書寫機構(gòu)驅(qū)動電弧噴槍移動,實現(xiàn)了鋼坯標識字符的全自動噴印。

2 熱噴印機原理

熱噴印機采用電弧噴號原理。電弧噴號是將兩根成一定角度的金屬絲由送絲裝置均勻連續(xù)地送進到導(dǎo)電嘴中,導(dǎo)電嘴通上低電壓、大電流的直流電源;在金屬絲端部接觸短路的瞬間引燃電弧,金屬絲的末端保持合適的距離,可獲得穩(wěn)定的電弧區(qū)域;電弧熱促使連續(xù)送進的金屬絲不斷地熔化;噴嘴中噴射出的高速壓縮空氣流使熔化的金屬熔滴脫離金屬絲并霧化成細小的微粒,同時在壓縮空氣的噴射下,將霧化后的金屬微粒噴射出去,通過PLC控制噴槍的移動可得到相應(yīng)的軌跡,霧化金屬微粒在鋼坯的表面形成相應(yīng)的標識字符[1]。

熱噴印機噴印工作流程為:熱噴印機機身停在本位,接收到鋼坯在噴印位檢測信號后,熱噴印機PLC啟動機身橫移裝置,機身運動到相應(yīng)的流道上方,然后啟動機身縱移裝置,帶動機身前移。當鋼坯檢測裝置檢測到鋼坯后,停止前移,啟動除鱗系統(tǒng)控制除鱗器前進,到達預(yù)定位置時,除鱗器停止前進,除鱗器旋轉(zhuǎn),對鋼坯端面進行除鱗。除鱗完成后,除鱗器停止旋轉(zhuǎn)并后退,接著X軸、Y軸寫字裝置伺服控制系統(tǒng)根據(jù)PLC收到的標識字符控制噴頭寫出字符,機身橫移噴下一個字位,循環(huán)進行直至噴完最后一個字位?？v移裝置驅(qū)動機身后退,同時橫移裝置回位,帶動機身回到本位,準備噴下一塊鋼坯[2],如圖1所示。

3 控制系統(tǒng)組成

為了保證可靠噴印字符,要求熱噴印機自動控制系統(tǒng)必須提供非常精確的位置和速度控制功能,因此熱噴印機自動控制系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC作為控制站,主要控制設(shè)備包括:上位工控機、CPU315-2DP、SM321數(shù)字量輸入模件、SM322數(shù)字量輸出模件、FM357-2多軸定位模件和ET200遠程I/O單元等[3]。其中機身縱移變頻器由PROFIBUS-DP控制,機身橫移、X軸、Y軸書寫機構(gòu)驅(qū)動器利用FM357-2多軸定位模件的模擬量通道控制[4]。熱噴印機自動控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 噴印工作流程示意圖

4 軟件控制功能

熱噴印機在操作模式、標識字符書寫、與L1級通訊以及聯(lián)鎖、故障措施等方面進行了重大改進。

4.1 操作模式

熱噴印機增加了自動模式,具有自動、半自動和手動三種操作模式。

4.1.1 自動模式

熱噴印機所有標識字符及聯(lián)鎖信息從連鑄機L1級以太網(wǎng)接收,機器自動進行標識字符作業(yè),操作工無須干擾,通訊方式為以太網(wǎng)通訊。

圖2 控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖

4.1.2 半自動模式

當以太網(wǎng)通訊有故障時,操作工可選擇半自動模式,在上位工控機輸入所需噴印的標識字符,其余動作機器自動完成。

4.1.3 手動模式

僅用于維修和調(diào)試,可以檢測調(diào)整機器單項動作,所有重要功能均可通過機旁操作箱按鍵或按鈕實現(xiàn),并調(diào)整各種參數(shù)。

4.2 標識字符書寫控制

采用FM357-2多軸定位模板有效控制X軸、Y軸書寫電機協(xié)同運動形成相應(yīng)標識字符。

4.2.1 FM357-2模板描述

FM357-2多軸定位模板是西門子公司開發(fā)的用于連續(xù)路徑控制和定位的功能模板,主要用于伺服或步進驅(qū)動控制。FM357 -2具有四個通道,因此最多能同時控制4個連續(xù)運動系統(tǒng)。模板上主要接口含義如下:

X1外圍接口:集成了18個DI和8個 DO,需配置40針前連接器。

X2驅(qū)動接口:Sub-D50針公接口,用于連接4個軸所對應(yīng)的驅(qū)動器接口,控制伺服的±10V電壓輸出或控制步進的脈沖輸出。

X3-X6測量接口:Sub-D15針母接口,用于連接4個軸所對應(yīng)的編碼器反饋。支持TTL增量型編碼器和SSI絕對值編碼器。

4.2.2 FM357-2硬件組態(tài)

使用FM357-2模件時首先要在PLC模件硬件組態(tài)時確定FM357-2的MPI地址、模塊輸入/輸出地址,其中模塊的設(shè)定地址就決定了在程序中對應(yīng)的數(shù)值,如FC1中的“FMLADDR”引腳。

在使用FM357-2模件之前,還需要通過“parameterization tool”軟件對模件進行各參數(shù)的設(shè)置,包括各個軸的定義、編碼器反饋類型、速度設(shè)定、尋參方式等。

4.2.3 FM357-2模件參數(shù)配置

在PLC模件硬件組態(tài)畫面雙擊FM357 -2模件,打開模件屬性對話框,選擇parameterize標簽,點擊parameterize按鈕。如果PG與PLC通信連接已經(jīng)建立,點擊parameterize按鈕后直接進入FM357-2在線窗口;進入機器數(shù)據(jù)編輯畫面,選中Machine Data,點擊MD Block,即可配置相關(guān)移動定位參數(shù)。

4.3 以太網(wǎng)通訊

CPU315-2DP模板自帶RJ45以太網(wǎng)通訊接口,熱噴印機可以方便地與連鑄機L1級進行以太網(wǎng)通訊,實現(xiàn)標識字符和聯(lián)鎖信息交換。

4.3.1 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

使用SIMATIC STEP7 V5.5編程軟件建立新項目,例如取名為C:熱噴印機_ PLC,在該項目下建立站名為SIMATIC 300Station,選擇網(wǎng)絡(luò)Subnet為ETHERNET。在對SIMATIC 300 Station進行硬件組態(tài)后,使用SIMATIC STEP7 V5.1編程軟件的“Netpro”實現(xiàn)ETHERNET網(wǎng)組態(tài)。西門子提供S7 connection、TCP connection、UDP connection等10種ETHERNET網(wǎng)絡(luò)連接,在此采用S7 connection。在SIMATIC STEP7 V5.1編程軟件中支持S7 connection的系統(tǒng)功能塊為SFB14(GET、讀數(shù)據(jù))和SFB15(PUT、寫數(shù)據(jù))。使用SFB14和SFB15編制通訊程序時需要分配和定義相關(guān)參數(shù),具體配置如圖3所示。

圖3 通訊程序參數(shù)配置圖

需要特別注意的是,SFB14中的ADDR_ 1和RD_1以及SFB15中的ADDR_1和SD_ 1分別配對使用,而且均為指針型變量,其定義的數(shù)據(jù)類型和長度必須匹配,否則將出現(xiàn)通訊錯誤。

4.3.2 聯(lián)鎖信息

在自動模式下,為了實現(xiàn)噴印機的可靠工作,熱噴印機PLC不但需要通過以太網(wǎng)從連鑄機L1級出坯PLC獲取標識字符,而且還要獲取輥道運行及鋼坯位置等信號,以實現(xiàn)噴印機和輥道的聯(lián)鎖,防止噴印機被運動的鋼坯撞壞。通過以太網(wǎng)交換的主要聯(lián)鎖信息定義如表1所示。

4.4 故障措施

熱噴印機設(shè)置有全面的故障報警及措施,包括上位工控機顯示、聲音和閃光報警(如金屬絲卷空了、設(shè)定周期時間超過及其它故障信號)。在噴印周期時間超過而機器工作尚未完成噴印的情況下,機器必須回本位并報警。此外熱噴印機還設(shè)計有兩種緊急狀況,一是緊急停車,按此鍵機器立即停止工作,原地不動;另一種是緊急回本位,按此鍵機器立即返回本位。

5 結(jié)束語

1#板坯熱噴印機改造時采用了以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù),減少了現(xiàn)場電纜的敷設(shè)量,使信息分層次傳輸,同時運用西門子S7-300PLC及FM357-2多軸定位模板保證了熱噴印機各單元的協(xié)同動作,完善了熱噴印機與相關(guān)輥道的聯(lián)鎖,實現(xiàn)了鋼坯標識字符自動、快速噴印,降低了操作工的勞動強度,有效保障操作工的人身安全并提高了產(chǎn)品質(zhì)量管理水平。事實證明1#板坯熱噴印機改造是成功的。

表1 主要聯(lián)鎖信息表

[1] 易春龍.電弧噴涂技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2] 傅旻,張恒,潘存海.新型鋼坯電弧噴號機的研制[J].天津科技大學(xué)學(xué)報,2012,27(1):58 -59.

[3] 彭鐵軍.FM357-2模塊在電噴涂設(shè)備中的應(yīng)用[J].機電信息,2012(24):152-153.

[4] 夏永剛.LENZE伺服控制器原理及在噴號機中的應(yīng)用[J].機械管理開發(fā),2011(4):123 -124.

Automatic Control System of Wire Hot Spray Machine for№.1 Slab Caster in Pangang

CHEN Xiang
(Vanadium Extraction Steelmaking Plant,Panzhihua Steel &Vanadium Co.Ltd,Panzhihua,617062 Sichuan,China)

Siemens S7-300 PLCis used as control station in automatic control system of hot spray machine for№1 Slab Caster of PANGANG.ETHERNET and PROFIBUS-DP fieldbus technique is synthesized applying.The FM357-2 multi-axis positioning module is used to control X axis and Y axis written mechanism driving electric arc spray gun.Spraying the identification characters of slab automatically and quickly is implemented.The labor intensity of workers is reduced.The personal safety of workers is protected effectively,and the product quality management level is improved.

S7-300 PLC;ETHERNET;PROFIBUS-DP;FM357-2

TF341

:A

1001-5108(2015)03-0031-05

陳祥,高級工程師,主要從事電氣自動化技術(shù)應(yīng)用工作。