彩涂生产线自动化系统

李海山

(天津泰达电力有限公司 天津300456)

彩涂生产线自动化系统

李海山

(天津泰达电力有限公司 天津300456)

彩涂钢板自动化控制系统设计较为复杂，介绍了其构成，制定了交流控制系统方案，提出了自动控制系统设计流程，为需求方提供系统组成及所需控制系统的硬件运用与软件开发。

上位控制级 PLC基础自动化级 全数字逆变器 速度环

1 彩涂生产线电气自动化控制系统的构成

彩涂生产线电气自动化控制系统包含上位控制级、S7-400,PLC过程控制级、采用公共直流母线供电的交流变频调速控制级。

三级控制系统间全部由网络联接，其中上位控制计算机和 PLC间采用以太网通讯；PLC和现场操作台的 ET200远程站、变频调速装置间采用 PROFIBUS网络通讯。控制系统在设计思想上充分考虑系统的稳定运行、操作简便、维护便捷、故障诊断等功能，使系统具有科学性、合理化、经济实用等特点。

交流控制系统主供电电源为三相 380,V，50,Hz。交流控制系统控制操作供电电源为三相四线380,V/220,V，50,Hz。所有供电由用户低配提供。采用网络化和全数字化控制系统，要求控制柜良好的接地作保证，在接地设计上要求传动和自动化分别接地且接地电阻小于4,Ω。

2 交流控制系统方案

交流调速装置全部采用可逆的原装 SIMENS 6SE70系列矢量交流变频调速装置，传动装置配置有CBP2网络通讯板并带有工艺控制软件。传动系统采用公共直流母线集中供电方式，逆变器输出侧配有输出电抗器，用于保护电机和逆变器。从控制类型上划分为以下几种控制方式：

2.1 开卷机、卷取机控制

其工艺部分采用间接张力闭环控制，如：动补偿、卷径计算、间接张力闭环、断带保护等由装置工艺功能块完成。

2.2 活套为恒张力控制

活套速度环为其前后处理段速度差。活套具有套位同步、减速、急停保护功能。

2.3 速度基准S辊采用速度闭环控制

通过PEER-TO-PEER实现负荷平衡控制。

2.4 张力基准S辊采用速度控制加饱和力矩控制

主从辊间亦采用负荷平衡控制。用于悬垂控制 S辊外环为位置环，控制带钢在炉内的垂度，保证动态和静态特性。

2.5 夹送辊、辊涂机等辅传动电机采用速度闭环控制

其运行线速度跟随各自处理段速度基准运行。根据带材处理线的工艺特点入口、工艺、出口段各设一组 S辊作速度基准。生产线上其他 S辊负责建立各段张力，入口和出口段张力由开卷机和卷取机保证。所有交流调速系统要求电机带 1,000脉冲 HTL码盘。

2.6 交流变频调速系统配置

6SE70全数字逆变器；CBP通讯板；进线快熔；输出电抗器；DC 24V 电源(6 A)；低压电器；整流回馈电源全线设备 1台，供电范围从 1#开卷机至卷取机，整流回馈电源容量400,kW。

2.7 整流回馈电源配置

400,kW整流电源；进线ME开关；进线电抗器；DC 24V电源；100,kW制动单元和电阻。

3 自动化控制系统

自动化系统按控制级分上位控制级和 PLC基础自动化级，全线设工程师站 1套，装于主操作室。全线设1套西门子S7-400PLC完成全线调速电机和生产线上不调速电机的控制。为便于操作和工艺参数设定，全线设(入口和出口)触摸屏 2台，操作台设现场远程I/O站3台。现场操作信号就近接到各自远程I/O站。PLC和上位机间采用工业以太网连接，PLC和传动间采用 PROFIBUS网连接。PLC采用 412-2DP CPU，PLC配通讯网板和I/O模板，PLC控制的现场信号全部进入到设于操作台的远程 I/O，生产线上需显示的数据由PLC采集后在上位机显示。

3.1 PLC控制功能

全线速度、张力及开卷设定；传动电机合分闸控制；活套定位和套量控制(需安装检测码盘)；单机点动、联动启停控制；压辊、抱闸自动控制；全线联锁和故障处理；传动系统状态采集；开卷、卷取、换卷控制；变频风机控制。

3.2 PC操作站功能

工艺过程显示；电机电流、转速显示；各段张力显示；活套储量显示；故障、报警显示；工艺数据录入；工艺控制数据设定。

3.3 主令速度控制

全线速度控制以工艺运行速度为基准，入口和出口段根据各自活套储量进行充套和放套控制。速度控制上分为：正常起停、快停和急停。

3.4 控制软件

3.4.1 编程软件

SIMATIC S7-400,PLC用于二进制顺序和监督控制。根据应用情况，可采用配套的 STEP7编程软件，即使是较大的模块也能用标准程序模块简易程序组织，易于修改、试验、调试(系统软件要求选用西门子提供的当前最新版本)。

3.4.2 组态软件

上位机系统组态软件选用西门子公司的WINCC软件，具有如下特点：集成拥护管理，分配和控制组态和运行时的访问权限；通过图形系统，完成可视化操作和监控图形；借助报警和消息，完成信息存储和归档管理；报表和记录系统；简单、逼真、灵巧的控制面板，方便实现动画监控；丰富的图形库，多语言应用组态；使用交叉引用表，实现数据分析；可离线检查，在线组态；操作系统为Microsoft Windows 2000；控制接点为Max 64,K；通讯方式为工业以态网。

3.5 人机接口(HMI)

人机接口通过以太网相互连接，并以与基础自动化相联的服务器和客户机为基础。图形以图形标准接口为基础。

3.5.1 HMI方案的优点

服务器和客户采用标准操作系统(WINDOWS NT/WINDOWS 2000)；基础自动化和过程计算机系统采用统一的操作和直观显示；口令保护功能，便于安全的机组操作；直观显示与基础自动化之间采用优化后的接口，从而降低了总线负荷；面向对象的数据处理；事件采集、缓存、存档、显示和分析用的消息系统，包括自动化系统的时标；用于消息输出的报表系统；测量值的存档，包括对曲线显示和操作功能的选择。

3.5.2 HMI的基本操作原则

①操作主要用鼠标/控制杆，只在需要时使用键盘。为了安全，与工艺相关的每个操作都必须由操作员确认，输入先经校验之后才被自动化系统使用。②提供支持维修人员的大量诊断功能。③所有图形显示都为标准化。各种显示的具体内容取决于机组的要求，将在设计阶段确定。④颜色标准。

4 结 论

按照上述设备及所需软件组成的彩涂生产线自动化系统可完全实现 2～3,mm冷扎钢板彩涂自动化生产，产品质量可靠，为典型彩涂生产线自动化系统的实例。

An Automation System for Colour Coated Steel Plate Production Lines

LI Haishan
(TEDA Power Supply Company，Tianjin)

System design for automatic process control of colour coated steel plate is very complicated. This paper described the system composition，made up a scheme of AC control system，proposed a design process for automatic control system and provided system composition，hardware application and software designing required by potential users for the control system.

upper control computer；PLC basic auto control；all digital inverter；velocity loop

TP29

A

1006-8945(2014)07-0035-02

2014-06-07