PLC在水冷線的應(yīng)用

1 引言
萊鋼中小型軋鋼生產(chǎn)線于97年建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)圓鋼、彈簧扁鋼、槽鋼和螺紋鋼。水冷系統(tǒng)用于棒材溫度控制。軋制過(guò)程中必須控制棒材溫度，特別是冷床入口處，根據(jù)冷卻參數(shù)可改變鋼材特性。為此，在冷床入口處安裝水箱，使棒材的溫度維持在設(shè)定的范圍內(nèi)。該生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)由ABB公司提供，其水冷線系統(tǒng)采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軋制過(guò)程中棒材的溫度控制。

2 系統(tǒng)組成
基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用ABB公司的RMC200軋鋼控制系統(tǒng)，它是一個(gè)開放型集散控制系統(tǒng)，由一套MP200/1過(guò)程站和一套AS520操作員站組成。過(guò)程站由一個(gè)CPU機(jī)架帶一個(gè)I/O機(jī)架組成，CPU機(jī)架上安裝了CPU模板DSPC172、內(nèi)存模板DSMB176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI/DO模板，通過(guò)通訊模板DSCS140連接到MasterBus300總線上，與其它過(guò)程站進(jìn)行通訊，I/O機(jī)架由總線擴(kuò)展模塊DSBC172實(shí)現(xiàn)總線擴(kuò)展。
操作員站采用HP-UNIX工作站，并通過(guò)實(shí)時(shí)加速器板連接到MasterBus300的冗余接口，通過(guò)它操作人員可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水冷設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，主要功能有:(1)水冷系統(tǒng)的自動(dòng)/手動(dòng)的啟停(2)棒材最終溫度值TSET2數(shù)據(jù)設(shè)定和實(shí)時(shí)監(jiān)控(3)事件與報(bào)警清單的顯示與打印等。水冷系統(tǒng)的主要畫面有啟動(dòng)畫面、設(shè)定畫面、維護(hù)畫面、事件畫面和報(bào)警畫面。系統(tǒng)配置圖如圖1所示。

3 軟件實(shí)現(xiàn)
該系統(tǒng)控制程序使用AMPL(ABB MasterPiece Language)編制，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。工業(yè)控制程序往往功能繁多，該語(yǔ)言根據(jù)工業(yè)控制要求，將編程元素設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)圖形功能塊，稱為PC元素。PC元素內(nèi)有三種結(jié)構(gòu)類元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序結(jié)構(gòu)的最高層，旨在完成一個(gè)完整的控制功能，一個(gè)PCPGM下允許一個(gè)或幾個(gè)CONTRM，而一個(gè)CONTRM下又可包含一個(gè)或幾個(gè)FUNCM，從而使整個(gè)程序結(jié)構(gòu)呈階梯狀，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。
另外，在CPU內(nèi)還有一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，它的作用是永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和在程序間傳遞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的元素稱為DB元素，這些元素包括過(guò)程站所使用的的I/O模板和信號(hào)及程序中產(chǎn)生的其它數(shù)據(jù)信息。

4 控制功能
4.1 工藝設(shè)備
中小型的水冷系統(tǒng)的每個(gè)水箱由冷卻元件組成，使用冷卻元件的數(shù)量根據(jù)鋼材直徑、溫降和軋制速度確定。調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)比例閥的開口來(lái)控制水流量的大小，進(jìn)一步控制鋼材溫度。鋼材溫度由水箱入口和出口處的高溫計(jì)檢測(cè)。控制系統(tǒng)根據(jù)不同的產(chǎn)品軋制表可以增減水箱。水冷線共有兩條供水管道，四個(gè)流量調(diào)節(jié)閥(每個(gè)生產(chǎn)線兩個(gè))，兩條管道水流量的檢測(cè)由日本橫河AE100/200M電磁流量變送器檢測(cè)，水壓檢測(cè)為1151電容式壓力變送器，鋼材溫度由高溫計(jì)檢測(cè):
(1) 1線:1個(gè)旁通手動(dòng)流量控制閥門和1個(gè)自動(dòng)流量控制閥門可控制水流量300-600m3/h
(2) 2線:1個(gè)旁通手動(dòng)流量控制閥門和1個(gè)自動(dòng)流量控制閥門可控制水流量100-300m3/h
當(dāng)冷卻系統(tǒng)需要一個(gè)高于300m3/h的水流量時(shí)，2線流量閥開啟，2線并入1線。如果在操作過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥全部打開，并且在一段延時(shí)之后水冷線出口鋼材未達(dá)到鋼材設(shè)定溫度，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，提醒操作人員及時(shí)作出處理。圖2為軋機(jī)水冷系統(tǒng)的設(shè)備布置圖。

4.2 主要控制功能
(1) 本地和遠(yuǎn)程控制功能
水冷線系統(tǒng)具有本地和遠(yuǎn)程2種控制方式。供水管道旁都設(shè)有一個(gè)機(jī)旁操作箱，可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制水冷線各水泵的啟動(dòng)停止，其控制功能包括:遠(yuǎn)程/就地選擇，水泵備用選擇，水泵的啟動(dòng)/停止，報(bào)警指示燈等。
在遠(yuǎn)程控制方式下，操作人員通過(guò)AS520操作站啟動(dòng)各個(gè)管路水泵。水冷線正常情況下一臺(tái)水泵工作，另一臺(tái)備用，水泵工作時(shí)正常的管路壓力應(yīng)保持在130bar左右。圖3為水冷段參數(shù)設(shè)定畫面。
操作人員根據(jù)軋制工藝可設(shè)置管路水流量，控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)管路比例閥的開口來(lái)控制水流量的大小，進(jìn)一步控制鋼材溫度。水冷線出口鋼材溫度若達(dá)不到設(shè)定溫度，會(huì)報(bào)警提醒操作人員。

(2) 備用泵的自動(dòng)切換
當(dāng)工作水泵由于自身故障停止工作時(shí)，或當(dāng)水流量低于300m3/h時(shí)，備用水泵必須立刻啟動(dòng)起來(lái)，以確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。在程序中，以工作水泵運(yùn)行信號(hào)的負(fù)脈沖或水流量低作為備用泵啟動(dòng)的觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了備用泵的自動(dòng)切換，從而大大加強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性和工作質(zhì)量。

5 應(yīng)用效果
該系統(tǒng)自97年底投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，大大提高了其工作效率，使軋出來(lái)的軋材的質(zhì)量合乎規(guī)格要求，特別注意的是，流量變送器應(yīng)定期校零點(diǎn)，這樣才不會(huì)造成水流量檢測(cè)有誤，影響鋼材質(zhì)量，才能滿足正常生產(chǎn)的要求，保證了軋鋼生產(chǎn)。