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(guó)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(dòng)化行業(yè)工程人員的一致好評(píng)。西門子S7-1500系列PLC與S7-300系列PLC相比具有兩大優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)，其CPU上集成1～3個(gè)PROFINET接口，可實(shí)現(xiàn)低成本快速組態(tài)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)。

1 冷軋機(jī)組液壓AGC系統(tǒng)的基本工作原理

銅帶冷軋機(jī)的電氣系統(tǒng)包含傳動(dòng)和AGC兩大部分。傳動(dòng)部分主要包括主機(jī)、左卷取機(jī)、右卷取機(jī)、開卷機(jī)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(cè)厚儀測(cè)量的厚差信號(hào)(或軋制時(shí)的軋制力)對(duì)主油缸的伺服閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制軋輥的位置對(duì)來料帶材進(jìn)行加工。本文僅對(duì)S7-1500在AGC系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

厚度控制精度是銅帶產(chǎn)品最主要的質(zhì)量指標(biāo)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(shí)以MTS絕對(duì)值位移傳感器的輸出信號(hào)為反饋信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。根據(jù)軋制理論，實(shí)際軋出的帶材厚度h與預(yù)先設(shè)定的輥縫S0和軋機(jī)彈跳值△S之間的關(guān)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(jī)的剛性系數(shù)。

從以上分析可知，軋制時(shí)工藝設(shè)定的參數(shù)對(duì)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(yù)先設(shè)定在工藝表中，軋制時(shí)只需要根據(jù)來料情況選擇相應(yīng)的工藝號(hào)和道次號(hào)即可，避免了在閉輥縫狀態(tài)下連續(xù)軋制時(shí)修改設(shè)定輥縫或設(shè)定出口厚度輸入錯(cuò)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(jī)操作側(cè)和傳動(dòng)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(jìn)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(cè)厚儀投入進(jìn)行監(jiān)控式厚度自動(dòng)控制。根據(jù)軋制彈跳方程進(jìn)行軋制使用的是油缸的位移傳感器信號(hào)，有效避免因軋輥熱膨脹、軸承間隙變化等因素對(duì)厚度控制的影響。厚度監(jiān)控的原理是，根據(jù)出口測(cè)厚儀檢測(cè)的厚度變化趨勢(shì)，自動(dòng)調(diào)整輥縫值，使出口厚度儀檢測(cè)值和設(shè)定厚度趨于一致。由于出口測(cè)厚儀安裝位置和軋制位置有一定距離，所以當(dāng)前檢測(cè)的厚度值并不是當(dāng)前軋制的實(shí)際厚度值，而是經(jīng)過一段距離的延時(shí)。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(diǎn)，可以在入口側(cè)檢測(cè)來料帶材的厚度變化△H，然后在預(yù)定時(shí)間內(nèi)提前調(diào)整傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)伺服閥以達(dá)到期望的厚度h。

本冷軋機(jī)下支承輥的位置由斜鍥調(diào)整后固定不動(dòng)，工作時(shí)主要通過調(diào)整上輥的位置來達(dá)到目標(biāo)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(dòng)調(diào)整或自動(dòng)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(jìn)行軋機(jī)壓靠，壓靠主要是標(biāo)定換輥后軋機(jī)新輥系的輥縫零點(diǎn)，并消除新輥系傳動(dòng)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(yùn)算處理時(shí)間0.06us,帶網(wǎng)絡(luò)接口，運(yùn)行速度快，與外圍設(shè)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(hào)；

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(duì)值位移信號(hào)；

4)左右測(cè)速輥速度和左右?guī)Р拈L(zhǎng)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(hào)；

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(hào)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(hào)使用西門子SM531模擬量輸入模塊采集測(cè)厚儀輸出的的±10V模擬量信號(hào)；

7)上位機(jī)和PLC使用UDP通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

8)PLC和測(cè)厚儀使用TCP/IP協(xié)議通信。當(dāng)切換軋制方向或修改兩側(cè)目標(biāo)厚度后，PLC可以通過TCP/IP協(xié)議將設(shè)定的機(jī)前、機(jī)后目標(biāo)厚度發(fā)送至測(cè)厚儀。硬件配置如圖1所示。

3 AGC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

(1)采用西門子博途軟件進(jìn)行程序編寫，具有組態(tài)簡(jiǎn)單，程序結(jié)構(gòu)清晰，查找方便等特點(diǎn)(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(gòu)Fig.2 Routine structure

圖3 編程語言Fig.3 Programming language

4 結(jié)束語

該軋機(jī)的控制系統(tǒng)采用了性能穩(wěn)定、抗干擾強(qiáng)的西門子S7-1500系列 PLC，使整個(gè)設(shè)備運(yùn)行安全可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)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(gè)PROFINET接口，可實(shí)現(xiàn)低成本快速組態(tài)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)。西門子S7-1500系列PLC作為銅板帶軋機(jī)AGC系統(tǒng)的首選配置應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。