PLC在軋鋼生產成組區的應用
摘要:本文介紹了ABB MasterPiece200/1 PLC控制系統在軋鋼生產中棒材成組系統中的應用,著重描述了系統配置及控制功能。
1前言
萊鋼中小型軋鋼生產線于97年建成投產，主要生產圓鋼、彈簧扁鋼、槽鋼和螺紋鋼。水冷系統用于棒材溫度控制。軋制過程中必須通過成組區主要接收來自冷床的棒材，并通過磁性手將棒材擺放緊湊，成組并輸送到剪切輥道（ＣＣＬ）。
該生產線PLC控制系統由ABB公司提供，其成組系統采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系統，實現了軋制過程中棒材的擺放整齊、定支、運送控制。
2系統組成
基礎自動化系統采用ABB公司的RMC200軋鋼控制系統，它是一個開放型集散控制系統，由一套MP200／1過程站和一套AS520操作員站組成。過程站由一個CPU機架帶一個I／O機架組成，CPU機架上安裝了CPU模板DSPC172、內存模板DSMB176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通過通訊模板DSCS140連接到MasterBus300總線上，與其它過程站進行通訊，I／O機架由總線擴展模塊DSBC172實現總線擴展。
操作員站采用HP-UNIX工作站，并通過實時加速器板連接到MasterBus300的冗余接口，通過它操作人員可直接對現場水冷設備進行監控，主要功能有：（1）成組系統的自動/手動的啟停（2）棒材支數設定和實時監控（3）事件與報警清單的顯示與打印等。成組系統的主要畫面有啟動畫面、設定畫面、維護畫面、事件畫面和報警畫面。
3軟件實現
包括系統軟件和應用軟件。
1、 系統軟件：
ABB Master Piece200中央單元是 一高性能32位微處理器。系統軟件存儲在EPROM模塊中，系統軟件包括一個實時操作系統和一個ABB Master Piece語言（AMPL）執行器。
2、 應用軟件
應用軟件存儲在帶后備電池的RWM（讀/寫存儲器）中，用ABB Master Piece語言（AMPL）編制，實現了結構化程序設計。工業控制程序往往功能繁多該語言根據工業控制要求，將編程元素設計成一個個圖形功能塊，稱為PC元素。PC元素內有三種結構類元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序結構的最高層，旨在完成一個完整的控制功能，一個PCPGM下允許一個或幾個CONTRM，而一個CONTRM下又可包含一個或幾個FUNCM，從而使整個程序結構呈階梯狀，實現了結構化設計。
另外，在CPU內還有一個實時數據庫，它的作用是永久存儲數據和在程序間傳遞數據。數據庫內的元素稱為DB元素，這些元素包括過程站所使用的的I／O模板和信號及程序中產生的其它數據信息。
4控制功能
4.1工藝設備
成組區主要接收來自冷床的棒材，通過磁性手將棒材擺放緊湊，成組并輸送到剪切輥道（ＣＣＬ）。
成組區包括以下設備：
拆疊裝置(DPAS)、對齊輥道(LIN)：100 個帶槽輥
成組設備：（１） 磁性成組小車(FT)；（２） 成組輸送鏈(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撐活板(SFL)
提取傳輸設備：成組移送小車(ET1，ET2，ET3,MET)
成組區工藝流程圖如圖2：
圖2成組區工藝流程圖
4．2 對齊輥道 (LIN)
對齊輥道位于冷床的出口側, 由100 個帶槽輥組成，每10個為一組,冷床尾端有一個固定緩沖機械擋板將鋼材頭部對齊。使用的輥道段由操作員或自動地根據軋制表設定. 由MCC控制正轉(反轉已取消)。運行狀態有間歇或連續運行。間歇周期允許輥道起動條件：冷床起動周期信號延時、延時停止（Ｔ２）。
4．3 成組和傳輸區
4．3.1 概述
在這個區域用相同的設備接收來自冷床的棒材，通過磁性手精確地將棒材擺放緊湊，成組并傳輸到輥道。
本區包括以下設備：
成組設備：
（１） 磁性成組小車(FT)；（２） 成組輸送鏈(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撐活板(SFL)
提取傳輸設備：
成組移送小車(ET1...ET10,MET)
4．3.2 功能描述
4．3．2.1 磁性成組小車
為保證連續成組，提供兩組同樣的小車（Ａ和Ｂ）。兩組小車輪流工作，一組總是停在收集區（上部位置：從冷床接收棒材），而另一組向提取小車上卸鋼材，或返回停放位置或一直停放(下部位置). 每個單元通過一齒輪箱由直流電機單獨驅動。并配備以下傳感器：兩個編碼器（速度和位置控制）、兩個接近開關（用于位置編碼器復位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、兩個接近開關用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四個限位開關(電機緊急停止： 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成組輸送鏈
成組輸送鏈有三組，每組通過齒輪箱由交流電機驅動。為每部分配備下列傳感器：一個脈沖發生器和安裝在馬達上的過熱電偶. 成組輸送鏈和磁性成組小車同步，這樣鋼材能夠按要求的距離放置。成組輸送鏈的檢測元件:兩個接近開關用于檢測鋼材在鏈子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、計算機給出速度給定值到變頻柜（
AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同時監視編碼器的工作電壓（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。
收集期間傳送鏈與成組小車的運動總是同步的, 當成組完成后, 成組小車和傳送鏈在小于冷床周期時間的短時間內移到提取區。成組小車輪流運行。 每組棒材由N根組成(在OS設定)。
成組小車從停止位置上升以后, 小車移到適當位置收集該組的第一根棒材， 在每個冷床周期, 通過限位開關檢測到的固定橫梁最后一齒上的棒材被裝入成組小車上, 棒材計數器N1加一，棒材裝入小車以后(冷床周期開始后一恰當時間), 如果N14．3．2.3 電磁手
電磁手用于在成組區抓起棒材且正確地放在成組小車上。提供兩套手指“Ａ”和“Ｂ”在小車定位時夾持鋼材。當兩根棒材被同時卸下時，（雙齒槽周期）兩套手指同時使用，否則用一套。手指到冷床的距離可根據根據產品尺寸進行機械調整。
4．3．2．4 支撐活板
活板和磁性指有相同的功能, 它們同時應用. 它固定在冷床架上. 配備兩套活板(A,B), ,用于在小車定位期間抓起棒材, 它們和磁性指一樣以相同的周期工作。
檢測元件有: 兩個接近開關分別檢測兩套活板的下部位置（ DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作員控制(CP3): 活板升/降控制。
4．3．2．5 棒材組傳輸設備
該設備分成四部分: 第一部分包括一個電磁提取小車; 其余部分為提取小車.
提取順序和在輥道上的輸送
1 最后一組成組小車步進信號和提取小車在停止位置(P1): 提取小車上升并磁化.
2 小車在收集位置: 成組小車去磁并下降.
3 成組小車在下部位置: 成組小車返回等待位置. 一個傳感器( 由安裝在冷床固定齒上的凸輪裝置驅動)檢測返回行程. 同時, 小車上升到最高(*1)
4 提取小車在上部位置, 來自位置變送器和第一個提取小車傳感器的信號并加延時Ts(*2):提取小車向輥道方向前移
5 如果輥道正運行或(和)檢測到上面有原料, 提取小車停在中間位置(P2)(*3).
如果輥道和夾送輥停止并且沒有檢測到輥道上有原料:提取小車前進至卸料位置P3, P3在輥道中心位置(*4).
6 提取小車在位置P3(*3): 提取小車下降.
7 第一組提取小車去磁并降至最低位置,所有小車降低, 所有提取小車返回停止位置(P1)，輥道啟動。
ET1有上、中、下三個位置檢測;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置檢測; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置檢測. 在水平方向上, 每組小車分別有左右超限檢測和上料位置檢測開關. 在程序中, ET動作先后有如下七步，循環做矩型運動.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT；
(5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK
水平方向運動時，將水平位置給定（0，300，1460）賦給ET_POSREF, 最后通過COM_CV01元素的I4ORD1和I4ORD2端通訊到四個小車的傳動系統,控制設備動作.
4．4 拆疊緩冷系統
該系統用于彈簧扁鋼. 對彈簧扁鋼來說, 只用到60m 的冷床, 扁鋼需要緩慢冷卻. 因此它們被組成疊狀送入冷床. 當進入卸貨區域以后, 扁鋼被一個接一個卸下. 拆疊緩冷系統的主要設備:
（1）拆疊設備(Unstacking)；（2）提升設備(lift)；（3）傾翻設備(tilt)；（4）升降擋板(stop)
5應用效果
該系統自97年底投運以來，運行可靠、穩定，大大提高了其工作效率，保證了軋鋼生產。
1前言
萊鋼中小型軋鋼生產線于97年建成投產，主要生產圓鋼、彈簧扁鋼、槽鋼和螺紋鋼。水冷系統用于棒材溫度控制。軋制過程中必須通過成組區主要接收來自冷床的棒材，并通過磁性手將棒材擺放緊湊，成組并輸送到剪切輥道（ＣＣＬ）。
該生產線PLC控制系統由ABB公司提供，其成組系統采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系統，實現了軋制過程中棒材的擺放整齊、定支、運送控制。
2系統組成
基礎自動化系統采用ABB公司的RMC200軋鋼控制系統，它是一個開放型集散控制系統，由一套MP200／1過程站和一套AS520操作員站組成。過程站由一個CPU機架帶一個I／O機架組成，CPU機架上安裝了CPU模板DSPC172、內存模板DSMB176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通過通訊模板DSCS140連接到MasterBus300總線上，與其它過程站進行通訊，I／O機架由總線擴展模塊DSBC172實現總線擴展。
操作員站采用HP-UNIX工作站，并通過實時加速器板連接到MasterBus300的冗余接口，通過它操作人員可直接對現場水冷設備進行監控，主要功能有：（1）成組系統的自動/手動的啟停（2）棒材支數設定和實時監控（3）事件與報警清單的顯示與打印等。成組系統的主要畫面有啟動畫面、設定畫面、維護畫面、事件畫面和報警畫面。
3軟件實現
包括系統軟件和應用軟件。
1、 系統軟件：
ABB Master Piece200中央單元是 一高性能32位微處理器。系統軟件存儲在EPROM模塊中，系統軟件包括一個實時操作系統和一個ABB Master Piece語言（AMPL）執行器。
2、 應用軟件
應用軟件存儲在帶后備電池的RWM（讀/寫存儲器）中，用ABB Master Piece語言（AMPL）編制，實現了結構化程序設計。工業控制程序往往功能繁多該語言根據工業控制要求，將編程元素設計成一個個圖形功能塊，稱為PC元素。PC元素內有三種結構類元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序結構的最高層，旨在完成一個完整的控制功能，一個PCPGM下允許一個或幾個CONTRM，而一個CONTRM下又可包含一個或幾個FUNCM，從而使整個程序結構呈階梯狀，實現了結構化設計。
另外，在CPU內還有一個實時數據庫，它的作用是永久存儲數據和在程序間傳遞數據。數據庫內的元素稱為DB元素，這些元素包括過程站所使用的的I／O模板和信號及程序中產生的其它數據信息。
4控制功能
4.1工藝設備
成組區主要接收來自冷床的棒材，通過磁性手將棒材擺放緊湊，成組并輸送到剪切輥道（ＣＣＬ）。
成組區包括以下設備：
拆疊裝置(DPAS)、對齊輥道(LIN)：100 個帶槽輥
成組設備：（１） 磁性成組小車(FT)；（２） 成組輸送鏈(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撐活板(SFL)
提取傳輸設備：成組移送小車(ET1，ET2，ET3,MET)
成組區工藝流程圖如圖2：
圖2成組區工藝流程圖
4．2 對齊輥道 (LIN)
對齊輥道位于冷床的出口側, 由100 個帶槽輥組成，每10個為一組,冷床尾端有一個固定緩沖機械擋板將鋼材頭部對齊。使用的輥道段由操作員或自動地根據軋制表設定. 由MCC控制正轉(反轉已取消)。運行狀態有間歇或連續運行。間歇周期允許輥道起動條件：冷床起動周期信號延時、延時停止（Ｔ２）。
4．3 成組和傳輸區
4．3.1 概述
在這個區域用相同的設備接收來自冷床的棒材，通過磁性手精確地將棒材擺放緊湊，成組并傳輸到輥道。
本區包括以下設備：
成組設備：
（１） 磁性成組小車(FT)；（２） 成組輸送鏈(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撐活板(SFL)
提取傳輸設備：
成組移送小車(ET1...ET10,MET)
4．3.2 功能描述
4．3．2.1 磁性成組小車
為保證連續成組，提供兩組同樣的小車（Ａ和Ｂ）。兩組小車輪流工作，一組總是停在收集區（上部位置：從冷床接收棒材），而另一組向提取小車上卸鋼材，或返回停放位置或一直停放(下部位置). 每個單元通過一齒輪箱由直流電機單獨驅動。并配備以下傳感器：兩個編碼器（速度和位置控制）、兩個接近開關（用于位置編碼器復位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、兩個接近開關用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四個限位開關(電機緊急停止： 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成組輸送鏈
成組輸送鏈有三組，每組通過齒輪箱由交流電機驅動。為每部分配備下列傳感器：一個脈沖發生器和安裝在馬達上的過熱電偶. 成組輸送鏈和磁性成組小車同步，這樣鋼材能夠按要求的距離放置。成組輸送鏈的檢測元件:兩個接近開關用于檢測鋼材在鏈子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、計算機給出速度給定值到變頻柜（
AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同時監視編碼器的工作電壓（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。
收集期間傳送鏈與成組小車的運動總是同步的, 當成組完成后, 成組小車和傳送鏈在小于冷床周期時間的短時間內移到提取區。成組小車輪流運行。 每組棒材由N根組成(在OS設定)。
成組小車從停止位置上升以后, 小車移到適當位置收集該組的第一根棒材， 在每個冷床周期, 通過限位開關檢測到的固定橫梁最后一齒上的棒材被裝入成組小車上, 棒材計數器N1加一，棒材裝入小車以后(冷床周期開始后一恰當時間), 如果N14．3．2.3 電磁手
電磁手用于在成組區抓起棒材且正確地放在成組小車上。提供兩套手指“Ａ”和“Ｂ”在小車定位時夾持鋼材。當兩根棒材被同時卸下時，（雙齒槽周期）兩套手指同時使用，否則用一套。手指到冷床的距離可根據根據產品尺寸進行機械調整。
4．3．2．4 支撐活板
活板和磁性指有相同的功能, 它們同時應用. 它固定在冷床架上. 配備兩套活板(A,B), ,用于在小車定位期間抓起棒材, 它們和磁性指一樣以相同的周期工作。
檢測元件有: 兩個接近開關分別檢測兩套活板的下部位置（ DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作員控制(CP3): 活板升/降控制。
4．3．2．5 棒材組傳輸設備
該設備分成四部分: 第一部分包括一個電磁提取小車; 其余部分為提取小車.
提取順序和在輥道上的輸送
1 最后一組成組小車步進信號和提取小車在停止位置(P1): 提取小車上升并磁化.
2 小車在收集位置: 成組小車去磁并下降.
3 成組小車在下部位置: 成組小車返回等待位置. 一個傳感器( 由安裝在冷床固定齒上的凸輪裝置驅動)檢測返回行程. 同時, 小車上升到最高(*1)
4 提取小車在上部位置, 來自位置變送器和第一個提取小車傳感器的信號并加延時Ts(*2):提取小車向輥道方向前移
5 如果輥道正運行或(和)檢測到上面有原料, 提取小車停在中間位置(P2)(*3).
如果輥道和夾送輥停止并且沒有檢測到輥道上有原料:提取小車前進至卸料位置P3, P3在輥道中心位置(*4).
6 提取小車在位置P3(*3): 提取小車下降.
7 第一組提取小車去磁并降至最低位置,所有小車降低, 所有提取小車返回停止位置(P1)，輥道啟動。
ET1有上、中、下三個位置檢測;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置檢測; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置檢測. 在水平方向上, 每組小車分別有左右超限檢測和上料位置檢測開關. 在程序中, ET動作先后有如下七步，循環做矩型運動.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT；
(5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK
水平方向運動時，將水平位置給定（0，300，1460）賦給ET_POSREF, 最后通過COM_CV01元素的I4ORD1和I4ORD2端通訊到四個小車的傳動系統,控制設備動作.
4．4 拆疊緩冷系統
該系統用于彈簧扁鋼. 對彈簧扁鋼來說, 只用到60m 的冷床, 扁鋼需要緩慢冷卻. 因此它們被組成疊狀送入冷床. 當進入卸貨區域以后, 扁鋼被一個接一個卸下. 拆疊緩冷系統的主要設備:
（1）拆疊設備(Unstacking)；（2）提升設備(lift)；（3）傾翻設備(tilt)；（4）升降擋板(stop)
5應用效果
該系統自97年底投運以來，運行可靠、穩定，大大提高了其工作效率，保證了軋鋼生產。
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