西门子PLC和HMI在高速线材生产线中的应用:高速线材生产线

时间：2019-04-12 03:30:11　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　[摘要] 基于提高线材生产效率，完成高速线材在生产过程中，自动化控制，形成产量高，质量好，生产安全的自动化生产过程，并能够完成在生产过程中对生产设备的监测和控制。　　[关键词] PLC 高速线材监控 HMI
　　一、引言
　　近年来，经济的高速发展工业化也自动化程度迅速，我国的钢铁市场呈现出一片繁荣的景象，同时钢铁企业之间的竞争也很激烈，怎样才能提高产量，提高质量，控制成本是钢铁企业在提高市场竞争力中有着非常重要的作用。改造生产线，是钢铁企业的必经之路。
　　二、高速线材的概述
　　高速线材是指用高速轧钢机轧制的线制钢材。把线材分为螺纹钢和盘圆两种。其中部分盘圆又根据轧机的不同又分为高速线材（高线）和普通线材（普线）两种。
　　高线的特点：
　　（1）尺寸精度高，椭圆度小；
　　（2）采用集散卷风冷却，成分均匀，机械性能好；
　　（3）由于采用负公差轧制，节约了金属，相同重量的高线要比普线长度更长；
　　（4）每件只有一个头和尾；
　　（5）高线要比普线一般要贵20~40元/t。
　　三、西门子S7系列PLC概述
　　德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200(CN)，S7-1200, S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。
　　四、项目介绍及应用
　　1.本工程为新建一条高速线材工程，单条设计年产量50 万吨。
　　原料：150×150×12000mm
　　主要产品规格为：
　　光面线材：Ф5.5—Ф16mm
　　螺纹钢筋：Ф6—Ф12mm
　　生产钢种为：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢、冷镦钢、弹簧钢、轴承钢，合金结构钢等。
　　钢坯尺寸：150×150×12000mm
　　单重：2112kg
　　保证速度：95m/s
　　轧制道次：27 架
　　加热炉能力：120 吨/小时（冷装）、150 吨/小时（热装）
　　2）西门子S7系列PLC在该工程中的应用
　　2.1系统的自动化控制程度要保证生产过程的可靠性和工艺设备的安全性。
　　采用两级网络系统结构：（基础级和HMI）基础自动化系统结构：自动化系统应保证生产过程的可靠性和工艺设备的安全性。轧线自动化系统应充分考虑轧制的快速性，尽可能并根据需要设置远程I/O 站。远程I/O 站的具体位置与用户在设计联络时共同商定。每块PLC模板单独设置一个电源开关，与现场接触的模拟量应加隔离。整条轧线由1台S7400 PLC（CPU 为416-2DP）和1 台S7-300PLC（CPU 为315-2DP）完成，其中一套用于轧线控制系统，另一套用于散冷收集系统。整个自动化系统要有集中的UPS 电源，持续时间不小于30 分钟容量不低于20KVA。
　　2.2HMI 的主要功能有：
　　□工厂配置
　　□ 图形操作员接口
　　□ 轧制程序管理
　　□ 与PLC 相关的页面
　　□ 诊断与报警
　　□ 趋势图（电流负荷、活套、轧机电流等，电流、速度的动态分布图）
　　□ 备份工具
　　□ 实时数据采集系统
　　2.2.1通讯网络：它监视PC 与控制系统之间流动信息的状态与正确运行，哪一个站有通讯问题，能够显示出明确的位置。
　　2.2.2装置诊断：它自动检查信号程序的正确性，这可以快速检测到传感元件的故障及参数设置的错误，如两轧机间采样到有大电流而热金属检测器没检测到钢坯，但大电流意味着钢坯确实存在于机架间，这样可判定HMD，没能正常工作。每一个检测元件有故障都要有报警，报警要详细报警分轻故障报警和重故障报警。例如：电机的绕组、轴承的温度报警必须有预报警（如90℃），在预报警后几分钟（比如3 或5 分钟）停车，还必须有重故障报警（如100℃）立即停车。液压、润滑、油气等流体的液位、温度、压力、流量等要有预报警和最低极限报警。预报警要求有延时停车、最低位报警立即停车。主传动:要求所报出的故障我们必须能找到与之一一对应的电器元件，各种开关应带辅助点，当虚接时报警；变频器风机、主电机风机跳电，直流母线最大最小电压，电机过流缺相等均应报警要求把各操作台的手动干预作报警，比如压辊缝、手动调速、手动拍碎断快停及急停等，从报警中要能明确地看出是手动干预的而不是由于电气故障所致报警按时间先后顺序排列显示，附带文字的描述，日期与时间。颜色代码用于区分报警的状态：比如蓝色代表自动、黄色代表手动红色代表故障停车、绿色代表正常停车、灰色代表设备不投入。报警界面可以通过所有页面进入，每一页面底部指出最近激活状态的报警。当点击总貌画面上某一设备时，出现一画面，画面上是这一设备的可设定和修改的参数；在画面的底部要有复位的按钮，起到和各操作台上的复位按钮相同的作用；在画面的底部要有报警的对话框，点击报警对话框出现这一设备的报警（因这一报警而不能轧钢的用一种颜色代替，以恢复的报警用一种颜色代替，没有恢复但不影响轧钢的报警用一种颜色代替）。在画面的底部要有清除报警的按钮，已恢复或不影响轧钢的报警点击此按钮可清除，没有恢复且影响轧钢的报警不能清除。在画面的底部还应有一对话框，点击此对话框，要弹出12 个月份，点击每个月份要弹出1 到31天，点击每天要出现所有设备的整天的所有报警。报警可存贮在文件中，可实时过滤与打印。此外，还可编制那些使钢坯不能出炉的非瞬时报警(即过滤报警)表。
　　2.2.3趋势图
　　PC 机上的监控系统要能显示实时趋势图，且可将它们存贮在文件中。时间分辨率为秒级，快速采样功能通过下文中提到的实时数据采集系统功能来完成。要有标签库，当我要看某一设备或某一检测元件的状态时，只需要从标签库中提取到同一画面上，就能用曲线图表示出每一个设备或检测元件的状态。设置趋势变量清单，用户可任意选择变量（模拟量或开关量）在同一画面显示并同步打开。
　　2.3HMI控制台和PC 系统
　　2.3.1为特殊的键盘与PC 单元，可便捷迅速地对轧线运行进行实时操作：
　　□ 台面采用不锈钢制作
　　□ 每个操作台设置交换机一台，速度100/1000M
　　□ 对所有机架和辅传动的群体或单个启/停
　　□ 对全线或单机架速度的增/减：快速或慢速模式
　　□ 活套周期测试
　　□ 飞剪剪切周期测试
　　□ 以数字或图形条的方式对速度设定值，实际值，电流，活套高度，传动状态进行实时显示
　　2.3.2PC 机设置的台数及功能：
　　工程师站室1 台PC；
　　轧线操作台2 台PC；
　　集卷站1 台PC；
　　五、结束语
　　随着市场经济的日益完善，钢铁企业的蓬勃发展，高线轧机在钢铁行业的地位也日益重要起来，所以对钢铁企业自动化现代化的要求也是越来越高。虽然当前我国还有很多小型的钢铁企业在产量产值方面还很薄弱，但是随着市场开放性程度的提高，特别是国外的先进的技术的进入，我们会越来越完善我们的技术也制度，提高我们自身的竞争力，让我们这样一个钢铁大国在世界之林中，立于不败之地，但是我们还应看清自己的不足，不断学习，不断提高，这样才能加快自己企业的发展。

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