可编程控制器在轧钢生产成组区的应用

本文介绍了ABB MasterPiece200/1 PLC控制系统在轧钢生产中棒材成组系统中的应用,着重描述了系统配置及控制功能。

    1前言

    莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。水冷系统用于棒材温度控制。轧制过程中必须通过成组区主要接收来自冷床的棒材，并通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。

    该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其成组系统采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了轧制过程中棒材的摆放整齐、定支、运送控制。

    2系统组成

    基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200／1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I／O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板DSMB176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I／O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。

    操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时加速器板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控，主要功能有：（1）成组系统的自动/手动的启停（2）棒材支数设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。成组系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。

    3软件实现                    包括系统软件和应用软件。

    （1）系统软件：     ABB Master Piece200中央单元是一高性能32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中，系统软件包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。

    （2）应用软件     应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABB Master Piece语言（AMPL）编制，实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多该语言根据工业控制要求，将编程元素设计成一个个图形功能块，称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序结构的最高层，旨在完成一个完整的控制功能，一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM，而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM，从而使整个程序结构呈阶梯状，实现了结构化设计。

    另外，在CPU内还有一个实时数据库，它的作用是永久存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素，这些元素包括过程站所使用的的I／O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。

    4控制功能

    4.1工艺设备     成组区主要接收来自冷床的棒材，通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（ＣＣＬ）。     成组区包括以下设备：     拆叠装置(DPAS)、对齐辊道(LIN)：100 个带槽辊     成组设备：（１） 磁性成组小车(FT)；（２） 成组输送链(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撑活板(SFL)     提取传输设备：成组移送小车(ET1，ET2，ET3,MET)     成组区工艺流程图如图：

                  4．2 对齐辊道 (LIN)                   对齐辊道位于冷床的出口侧, 由100     个带槽辊组成，每10个为一组,冷床尾端有一个固定缓冲机械挡板将钢材头部对齐。使用的辊道段由操作员或自动地根据轧制表设定.     由MCC控制正转(反转已取消)。运行状态有间歇或连续运行。间歇周期允许辊道起动条件：冷床起动周期信号延时、延时停止（Ｔ２）。

    4．3 成组和传输区     4．3.1 概述     在这个区域用相同的设备接收来自冷床的棒材，通过磁性手精确地将棒材摆放紧凑，成组并传输到辊道。     本区包括以下设备：     成组设备：     （１） 磁性成组小车(FT)；（２） 成组输送链(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撑活板(SFL)     提取传输设备：     成组移送小车(ET1...ET10,MET)                   4．3.2 功能描述     4．3．2.1 磁性成组小车     为保证连续成组，提供两组同样的小车（Ａ和Ｂ）。两组小车轮流工作，一组总是停在收集区（上部位置：从冷床接收棒材），而另一组向提取小车上卸钢材，或返回停放位置或一直停放(下部位置).

    每个单元通过一齿轮箱由直流电机单独驱动。并配备以下传感器：两个编码器（速度和位置控制）、两个接近开关（用于位置编码器复位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、两个接近开关用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四个限位开关(电机紧急停止：DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B）。

    4．3．2.2成组输送链

    成组输送链有三组，每组通过齿轮箱由交流电机驱动。为每部分配备下列传感器：一个脉冲发生器和安装在马达上的过热电偶。成组输送链和磁性成组小车同步，这样钢材能够按要求的距离放置。成组输送链的检测元件:两个接近开关用于检测钢材在链子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、计算机给出速度给定值到变频柜（AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同时监视编码器的工作电压（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。

    收集期间传送链与成组小车的运动总是同步的, 当成组完成后, 成组小车和传送链在小于冷床周期时间的短时间内移到提取区。成组小车轮流运行。

    每组棒材由N根组成(在OS设定)。      成组小车从停止位置上升以后, 小车移到适当位置收集该组的第一根棒材， 在每个冷床周期，通过限位开关检测到的固定横梁最后一齿上的棒材被装入成组小车上, 棒材计数器N1加一，棒材装入小车以后(冷床周期开始后一恰当时间)，如果N14．3．2.3 电磁手。电磁手用于在成组区抓起棒材且正确地放在成组小车上。提供两套手指“Ａ”和“Ｂ”在小车定位时夹持钢材。当两根棒材被同时卸下时，（双齿槽周期）两套手指同时使用，否则用一套。手指到冷床的距离可根据根据产品尺寸进行机械调整。

    4．3．2．4 支撑活板                   活板和磁性指有相同的功能, 它们同时应用. 它固定在冷床架上. 配备两套活板(A,B), ,用于在小车定位期间抓起棒材，它们和磁性指一样以相同的周期工作。

    检测元件有: 两个接近开关分别检测两套活板的下部位置（DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作员控制(CP3): 活板升/降控制。

     4．3．2．5 棒材组传输设备                   该设备分成四部分: 第一部分包括一个电磁提取小车; 其余部分为提取小车。提取顺序和在辊道上的输送     1 最后一组成组小车步进信号和提取小车在停止位置(P1): 提取小车上升并磁化.     2 小车在收集位置: 成组小车去磁并下降.     3 成组小车在下部位置: 成组小车返回等待位置. 一个传感器( 由安装在冷床固定齿上的凸轮装置驱动)检测返回行程. 同时, 小车上升到最高(*1)     4 提取小车在上部位置, 来自位置变送器和第一个提取小车传感器的信号并加延时Ts(*2):提取小车向辊道方向前移     5 如果辊道正运行或(和)检测到上面有原料, 提取小车停在中间位置(P2)(*3).     如果辊道和夹送辊停止并且没有检测到辊道上有原料:提取小车前进至卸料位置P3, P3在辊道中心位置(*4).     6 提取小车在位置P3(*3): 提取小车下降.     7 第一组提取小车去磁并降至最低位置,所有小车降低, 所有提取小车返回停止位置(P1)，辊道启动。

    ET1有上、中、下三个位置检测;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置检测; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置检测。在水平方向上, 每组小车分别有左右超限检测和上料位置检测开关. 在程序中, ET动作先后有如下七步，循环做矩型运动.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT；

    (5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK     水平方向运动时，将水平位置给定（0，300，1460）赋给ET_POSREF, 最后通过COM_CV01元素的I4ORD1和I4ORD2端通讯到四个小车的传动系统,控制设备动作. 

    4．4 拆叠缓冷系统

    该系统用于弹簧扁钢. 对弹簧扁钢来说, 只用到60m 的冷床, 扁钢需要缓慢冷却. 因此它们被组成叠状送入冷床. 当进入卸货区域以后，扁钢被一个接一个卸下. 拆叠缓冷系统的主要设备：（1）拆叠设备(Unstacking)；（2）提升设备(lift)；（3）倾翻设备(tilt)；（4）升降挡板(stop)

    5应用效果

    该系统自97年底投运以来，运行可靠、稳定，大大提高了其工作效率，保证了轧钢生产。                   参考文献      1] ABB Process Automation: Layer Forming Control.     2] ABB RMC.5 PC Program listing.     3] 梁国伟.测量技术及仪表.机械工业出版社，2002. 

    作者简介     李晓光，男，出生于1970年10月，山东省莱芜市人，工程师，主要从事工业自动化系统设计及软件编程工作。