基于现场总线技术改造可控硅控制系统

　　在自动化系统的配置中既要保证系统的先进、可靠、合理性，又要避免过剩功能、降低投资成本，这是系统改造时首先要考虑的。东北轻合金有限责任公司针对 1560mm拉弯矫直机列存在的电气系统故障高，可靠性差，而产品质量、尺寸精度是要求极高这一问题，决定应用新的数字系统对原可控硅控制系统进行改造。新的系统采用了SIEMENS可编程控制器SIEMATIC S7-300和窗口控制中心WINCC，ABB公司的全数字调速系统DCS500、变频器ACS60O等。基于PROFIBUS总线技术，实现了与ABB的DCS500、ACS60O的通信。以PLC SIEMATIC S7做主控设备，HOST计算机做生产管和过程显示。改造后成功运行，可靠性大大提高，避免了生产过程中的突发断带、超速等严重制约生产的现象。

　　二、设备原控制系统情况

　　拉弯矫直机列构成如图1所示，包括四台直流电动机，分别为开卷、剪边、矫直机和卷取机的驱动电机。原可控硅控制系统为三相桥式电路，模拟调节器，由一台SYSTEM V工业计算机及PLC进行系统设定和连锁控制。采用插件式电子线路板及可控硅分立元件，该设备核心部分为双S辊及三个矫直工作辊组成的拉伸矫直装置，入口张紧辊和出口张紧辊由一台直流电动机驱动，中间采用小功率交流电动机带动行星轮系调节两个张紧辊转速差，并由两个光电码盘测出每个张紧辊的转速，计算机系统据此计算出延伸量，与设定值比较，存在误差则通过交流电动机调节行星轮系，从而形成闭环控制。矫直工作辊位置可任意设定，从而得到不同的矫平效果。卷取、开卷张力可根据加工要求设定，在张力作用下，带材被拉伸，并被三个工作辊矫直。

　　图1 拉弯矫直机构成示意图

　　三、应用总线系统的改造

　　基本保持原系统动力分布，圆盘剪驱动改为双侧电机交流调速。其它直流电动机及功率不变。控制系统基础部分主要由SIEMENSPLC S7-300，远方站ET200M，操作员工作站WIN CC，触摸屏TP，DCS500全数字直流调速系统及ACS600变频器组成。全数字直流调速系统、变频器均以PROFIBUS-DP协议方式与PIESIIMATIC S7相连，通过HOST计算机设定加工参数和过程自动化，由PIE系统分配给定拉弯矫直机的速度、张力电流。系统构成如图2所示。

　　图2 总线系统构成

　　主站PIEMASTER S7-300，CPU为S7315-2DP，主控系统包含程序，对系统进行实时控制和逻辑控制，完成延伸率控制、工作辊位置调节。远方站ET200M一个作为操作信号的输入，另一个做逻辑信号的输入、输出。主控系统启动后，首先是硬热点读取，然后调应用程序、输出结果，遇到END返回程序起点，循环运行。延伸率控制、工作辊位置调节仍然延用原来的控制过程，但速度、位置测量信号直接输入S7-300，并通过HOST计算机设定给定数据及显示控制结果，准确性比原来有所提高，消除了失控现象。圆盘剪切机改为双电动机驱动是从机械结构考虑的，双机双馈电关键是转速相等，应用 PROFIBUS总线，两个变频器由同一节点接入和通信，从电动机跟随给定电动机转速实现同步。

　　HOST计算机用P4CPU，Windows NT操作系统，与总线连接用网卡CP5611。组态用西门子WIN CC监控软件，实现图形、画面显示和报警。功能主要有生产工艺参数设定，过程数据监控如电流、张力、卷径、机列速度、延伸率及工作辊状态位置等，各种曲线显示和存储，主要包括张力曲线、速度曲线、延伸率曲线。生产数据统计报表、存储、打印。系统维护由专业人员使用界面进行调整，更改系统数据。

　　四、改造后控制系统的优点

　　开放式现场总线标准PROFIBUS-DP具有高效低成本、即插即用的特点，常用于工厂自动化。PROFIBUS采用一种两头有终端的总线拓扑，确保在运行期间接入和断开一个或多个站而不影响其他站，物理层选择PS 485，用于PROFIBUS-DP，采用异步NRZ传输编码，波特率 12MBit／s，屏蔽双绞电缆。

　　PROFIBUS-DP适合代替PLC／PC与I／O之间成本昂贵的电缆线。速度快，传输1KB的I／O数据所需时间＜2ms。功能强大的工具减少组态和维护费用，所有主要的PLC制造商都支持，有广泛的产品可提供，允许周期性的和非周期性的数据传输。这次改造采用屏蔽双绞电缆PROFIBUS-DP，设10个节点地址定义所连的设备，取代原配的大量电缆、导线，使安装简单、容易可靠。相应地选择与PROFIBUS-DP兼容的西门子、ABB公司的调速设备和器件，便于组态和减少编程工作量。

DCS500全数字直流调速系统，具有通用性，用于具体调速方案时，可视要求设定系统参数、控制方式。转矩设定可选择速度、张力-开卷及张力-卷取三种方式，这次改造中，矫直机、开卷机及卷取机驱动分别按这三种方式设定，结构原理如图3所示