西门子授权-伺服电机代理-2023

0 引言

冶金企业中主要的工艺部分就是连铸工艺，连铸工艺的实施大幅度的提高了金属的收得率和铸坯的质量，节约了大量的能源。而出坯区作为和轧钢部分紧密相连的一段工艺，起到了承上启下的作用，减小了钢铁企业的节能降耗能耗。本部分采用德国西门子PLC，通过工业以太网和二级，三级管理控制系统的应用和辊道部分的机电一体品进行以太网通信，来控制辊道的转速和方向，实现铸坯的切割，喷号，去毛刺和下线等动作，完成预定的辊道工艺。

1 系统的硬件配置

    连铸控制系统分为三层，层为基础自动化系统（Basic Automation），简称BA.第二层为二级控制系统（Level2），第三层为管理型控制系统，称为三级控制系统。基础自动化系统由4个操作员站，2个工程师站和PDA站组成。工程师站作为服务器采集现场数据，操作员站通过远程访问来读取监控画面，实现对现场的控制。出坯区属于工艺中后一段，硬件有1个S7-400站，6个ET-200M站和14个变频器组成Profibus-DP网络。如下图1：

图1

     同时，通过工业以太网和其他工艺部分公共部分(Common),铸流部分（Strand），仪表部分（Instrument）和二冷水部分(Tcs)和机电一体品（含结晶器震动，结晶器页面控制，电磁搅拌，一次切割，二次切割，喷号机，去毛刺机等）进行通信，工业以太网的网络简图如下图2，图3：

图2

图3

2        PLC系统

出坯区的现场生产环境恶劣，高温粉尘，因此要求PLC有较高的可靠性，系统选择了西门子公司的416系列的PLC，它具有稳定的运行性能和强大的组网能力。完全能符合现场的工况。主站由电源模块、CPU、CP443-1、2块FM450-1和CP445-5和背板组成，采用AC220作为主站PLC供电电源，DC24V作为其他模块工作电源电源。

现场远程站分别负责MCC柜，辊道开关箱，液压站，辊道旁的光电开关的信号和现场操作台的按钮信号。每套系统均包括SITOP电源，IM153远程模块和相关的I/O模块组成，负责接收现场的开关量信号和模拟量信号。

变频器通过DP网络连接到系统中来，接收和反馈信号来输出动力，控制辊道的转速和方向。

3         工艺描述和实现

具体工艺如下图4：

图4

    如上图：出坯区共有辊道RT3—RT17共14组辊道，各组的辊道的辊子数目不一定相同。其中RT4为二切辊道，本组辊道上有二次切割机；RT9辊道旁有喷印机，称为喷印辊道；

   RT11,RT12为去毛刺辊道，称去毛刺辊道1，去毛刺辊道2；RT14为下线辊道，两侧分别布置有推钢机和垛板台。两组辊道之间均安装光电开关，在推钢机和垛板台上分别安装接近开关来检测推钢机的行程和垛板台上钢坯的数目。

    第三组辊道（简称RT3）接收从一次切割辊道送来的铸坯，在后续辊道RT4无铸坯时，将铸坯快速运送到RT4上，根据从铸流接收到的铸坯ID号，来确定铸坯的切割长度和块数。如下图5：

图

随着计算机控制技术的迅速发展，以微机处理为核心的可编程序控制器（PLC）控制已逐步取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动控制领域，矿山采矿运输系统也不例外，吉林吉恩镍业股份公司大岭矿GKTD型提升机电控系统即为西门子PLC（S7-300）控制系统，整个控制系统自动化程度高，方便维护，运行可靠。

　　矿井提升机是矿山井下采矿运输系统中的关键设备，它承担矿物的提升，人员的上下，材料和设备的运送。矿井提升机作为地面与井下物质与人员流通的运输工具，在操作安全性和提升控制性等 方面都有很高的要求。提升机的运行直接影响矿井生产，而且也与矿山职工的生命安危息息相关。

　　原电控系统已运行多年，而且均采用继电器连锁，模拟分立电子元件控制，使检修和维护的难度非常大，一旦出现问题无法立即监测故障点，各种分立电子元件容易老化，监测和更换难度比较大。组合件都是在触点开关状态下工作，由于频繁动作，造成触点接触不良及器件的使用寿命减少，且噪声较大。

　　为了便于对提升机运行的准确操作，方便物质与人员上 下，防止 冲罐、坠罐等恶性事故的发生，控制提升机任一时刻在井中的位置与运行速度，减少系统的故障率,提高系统的可维护性.我公司根据根据实际运行和维护的要求，在细致研究原电控系统的基础上，结合国内外提升机的运行及改造情况，对原有的电控系统提出了以下改造方案。

1 方案介绍

　　⑴采用模块组合式设计思想，结构紧凑，方便、灵活、占地小，易于系统的维护与功能的扩展。

　　⑵整机采用西门子PLC（S7-300）控制，采用内部继电器代替外部中间继电器和时间继电器,大大提高了系统的可靠性,减小系统的故障率.实现了系统的程序化运作和故障自诊处理。运行稳定，安全可靠。

　　⑶对于主电路过电压过电流保护环节，保留原有的电流继电器，主脱扣空气开关，和逆功率继电器。并且把节点送入PLC处理。

　　⑷在保留原来测速发电机做为测速反馈的基础上，增加高精度编码器实现提升机的位置和速度、方向监测，运用软件编程，实现提升机的限位保护、等过速度保护、低速，亚同步速，爬行等进行灵活的处理。及时发出预报警信号，故障紧急处理等。

　　⑸按照以电流为主时间为副的控制思想，自动调整切除电阻的时间，保障提升机的平稳启动，而与提升负载无关，同时实现启动保护，运行保护。同时时间继电器全部由PLC内部继电器,不需要进行整定,需要的时候可以进行手动修改.

　　⑹对可调闸环节，稍作改进，保持原有的操作方式，对其控制部分进行重新设计，以接入整个系统实现控制和监测。CPU进行数据的控制处理后通过模拟量的输出来控制模块化的可调电源，用其对可调闸线圈进行控制。增加了系统的准确性，可靠性。

　　⑺对于可控硅动力制动环节，采用先进的数字触发电路，对其触发电路进行改造。其控制也采用CPU进行统一的控制和处理。保留原有的控制方式，增加一个电压反馈板，以进行更加和可靠的控制。

　　⑻二次制动由自动进行调节，但手动可以调节二次制动的力度和时间。停电和过卷时，通过程序来实现故障保护，实现连锁。

　　⑼自整角机部分:除保留用于深度指示的一对感应自整角机,用于带动操作台上的园盘指示器.手闸自整角机,脚踏动力制动自整角机,减速段速度给定自整角机均换为轴角转换器。取消的原来磁放大器，采用轴角变换器把角度信号转成标准信号，实现1/5000的转换精度，接入CPU进行统一处理。

　　⑽控制系统的主要电器元件均采用进口元件，大大降低了设备的故障率。

　　⑾对系统信号进行全面检测，具有提升机运行状况的实时显示和各种保护指示，便于司机快速做出反应，也便于检修和维护。

　　⑿可由计算机来设定和监视提升机的运行情况，修改参数和进行故障排除等。

2 控制系统简介

　　计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，本控制系统采用模块化设计，结构紧凑，采用柜内集中安装，各功能模块之间通过并行背板总线相连，将控制系统分成独立而又相互联系的子系统，以适合I/O分散安装的控制程序。

　　CPU均采用IEC1131-3或STEP7编程语言，STEP 7是专为SIMATIC可编程序控制器配置和编程的标准软件包,它是SIMATIC公司工业控制软件的一部分.我们要用的是关于STEP 7 SIMATIC S7-300/S7-400, SIMATIC M7-300 /M7-400,符合EN61131-3或IEC1131-3标准.

　　它具有以下功能:
⑴ 完成各种工业控制，建立和管理项目
⑵对硬件和通讯作组态和参数赋值
⑶管理符号及创建程序，向可编程序控制器下载程序，上传数据
⑷ 诊断设备故障
⑸测试自动控制系统
⑹功能强大的软件处理指令
⑺具有强大的网络功能

　　轴角变送器采用自整角机或旋转变压器作检测元件，运用新检测技术，将旋转物体转过的角度经微处理器进行处理后换算成角位移或直线位移输出。 取消了传统的SD变换，提高了转换精度。 该模块同传感器组合相当于8～16位的编码器测量精度，其性价比远高于编码器测量方式，是工业现场为理想的角位测量模块。

　　高精度编码器选用E6C2-A, 其精度能达到1024或更高，耐冲击性能达到1000M/S2,具有极高的耐用性，且采用密封轴承，达到IP64防护标准，可以在恶劣的环境下使用。运用软件编程,实现提升机的位置和速度、方向监测，，实现提升机的限位保护、加速度保护、位置检测，及时发出预报警信号。

3 系统结构图

4 系统的主要性能指标

　　由于自动化程度的提高，极大地增加了设备运行效率，可为企业的高产高效、连续生产创造良好条件。广泛吸取了当今国际同类先进技术，将模拟机用于控制、检测、保护、信号等任务的硬件设备的功能由计算机软件来实现，极大地简化了系统硬件结构。经改造后整个系统的性能指标能达到以下要求：

　　⑴系统的可用性
　　系统的设计充分考虑了在整个工程环境中的不同因素，以保证在现场安装调试后立即适用并进入稳定可靠运行。

　　⑵系统的可维护性
　　系统的硬件、软件设备便于维护，各部件都具有自检和联机诊断校验的能力。软件有备份，便于工程师维护，应用程序易于扩充，便于用户自行编制的程序加入系统中运行。

　　⑶系统的可靠性
　　系统在工程现场运行具有很高的可靠性，其平均无故障时间MTBF≥30000小时。除了符合要求的保护和闭锁功能外，还增加了软件的保护功能。

　　⑷系统的容错能力
　　软、硬件设备具有良好的容错能力，当各软、硬件功能与数据采集处理系统的通讯出错，以及当司机或运行人员在操作过程中发生一般性错误时，均不影响系统的正常运。行。对意外情况引起的故障，系统具备恢复能力。

　　⑸系统的安全性
　　正常情况下，硬件和软件设备的运行均不会危及现场设备的安全稳定运行和工作人员的安全。保障对设备和工作人员的安全。

　　⑹系统的抗电磁干扰能力
　　系统具有足够的抗电磁干扰能力，加入软件滤波，符合IEC标准，确保在各种环境中的稳定运行。

5 结束语

　　该控制系统于2003年年底正式投入运行，系统年可用率大于99.9%。该设备具有运算速度快、控制精度高、误差小、稳定性好、功耗低、系统功能易于调整、参数设置简单等优点。

4. 控制内容

        按照保证铸坯在后面的一组辊道上的控制方案进行控制，如：RT5上面有铸坯而RT6上无铸坯，则程序会自动将铸坯运送到RT6上。

       辊道上板坯的运送顺序有RT4－－-RT5－－- RT6－－-RT7－－- RT8－－－－－－－－- RT14－－-垛板台下线和RT4－－-RT5－－- RT6－－-RT7－－- RT8－－－－－－－－- RT17－－-轧钢下线两种。

系统分为自动控制和手动控制和两种控制方式相结合的控制方式。自动控制即各辊道按照工艺实现板坯的切割，喷号，去毛刺等生产工艺并自动的将板坯送到终点；手动方式就是由操作人员在后部控制室和现场设备的手动操作按钮，通过人为观测辊道运行情况手动的将铸坯送至终点的控制方式。两种方式相结合的控制方式应用在各别辊道间的光电开关失效导致铸坯信息无法自动传递的时候和特殊工艺时启用，因为辊道上铸坯的存在和信息通过光电开关来进行传递，所以本组手动不会影响后续辊道的自动运行，仍然可以节省不少人力成本。

5．软件设计

       编程软件采用PCS7 V6.0版本，分别安装在工程师站和现场的操作员站，通过CFC流程图编程，程序结构清楚，层次分明。通过TCP/IP 协议采集下设主站的信息，便于工程师站集中管理用于程序员调试，排查故障和程序的修改。

6. 结论

       这套控制系统的硬件系统采用成熟稳定S7-400系统和软件编程采用西门子结构化编程，程序结构层次清楚，便于现场熟悉工艺的程序员对程序的修改和设备的维护，上位画面实时性好，运行稳定，完全符合工艺技术指标的要求。