哈东轻厚横切机组控制系统组成

[摘要]本文介绍了哈东轻厚横切机组控制系统的组成。

[关键词]S7-400，ET200M， S120，PROFIBUS-DP，工业以太网

中图分类号：TE96 文献标识码：A

哈东轻厚横切机组是我单位于2011年与哈尔滨东北轻工业集团签订的超大规格特种铝合金板带材项目生产线，主要用于对厚为2.0～10.0mm铝及铝合金卷材经开卷、矫直、切边后，按设定长度切成板块，再由皮带机送至成品垛板台垛成整齐的板垛。它的主要设备有：开卷机、开卷CPC、反弯夹送辊、切头剪、五辊矫直机、夹送辊、切边圆盘剪、碎边剪、十五辊矫直机、十九辊矫直机、剪前夹送辊、飞剪、皮带机、成品垛板台等。

1．电气传动系统简介

机组中的开卷机、反弯夹送辊、五辊矫直机、夹送辊、切边圆盘剪、碎边剪、十五辊矫直机、十九辊矫直机、皮带机、垛板台摆辊由交流变频电动机传动，控制采用西门子公司的S120系列多传动变频调速器，同时采用了数字式速度反馈，以保证速度控制精度。SINAMICS S120 可以实现矢量控制和伺服控制，对于复杂任务的单机和多机传动来说，是一种理想的传动解决方案。 S120系列控制装置的控制单元和整流装置之间、控制单元和功率单元之间的连接使用全新的高速的DRIVE-CliQ通讯链接。本机组选用了2种控制单元，即CU320和SIMOTION D。普通逆变器使用CU320进行控制，开卷机为张力控制系统，使用SIMOTION D进行控制。通过PROFIBUS-DP总线连接到S7-400 PLC主站进行通讯。

机组中的辅助设备为交流电动机传动，约100余台，另有液压缸、气缸80余个。

2．主要自动控制项目

本机组自动控制系统的主要控制项目是：

全线的运行控制及联锁控制

全线的故障预报警及故障报警

全线各调速设备的速度分配及速度控制

开卷机的自动上卷控制

开卷机的板尾控制

侧导板开口度的自动控制

切边圆盘剪开口度的自动控制

切边圆盘剪刀盘侧隙的检测和显示

15/19辊矫直机辊形的检测和显示

15/19辊矫直机压下量的检测和显示

摆动皮带机的自动抛料控制

垛板台的自动垛板控制

垛板台的自动换垛控制

垛板台开口度的自动定位控制

垛板台定尺挡板的自动定位控制

板垛升降台的自动升降控制

板垛运输链的自动定位控制

飞剪控制系统（飞剪整机引进）的通讯及控制

操作员站和开卷、垛板台人机界面的参数设定、参数显示和机组运行状态、故障状态的显示

3．自动控制系统组成

根据机组的控制要求及用户的要求我们将自动控制系统设计成为一个二级的网络系统。上级网络为工业以太网，下级网络为PROFIBUS-DP工业现场总线，本机组在上级网络中设置了一个操作员站，由一台工业计算机组成，通过这个工业以太网可以与工厂的管理机及其它计算机通讯。下级网络选用S7-400系列PLC作主站，通过PROFIBUS-DP工业现场总线与26个DP从站（其中12个ET200M分布I/O从站、6个S120系列多机传动变频调速装置从站、1个飞剪控制从站、7个显示单元从站）、一个HMI相连接。

控制系统的主站是由S7-400 PLC组成，主站上设有一块CPU模板、一块以太网通讯模板。

CPU模板为6ES7 414-2XK05-0AB0，它是一个功能比较强大中央处理器。主站的机架上插了一块CP443-1通讯模板。CP443-1通讯模板上有自己的微处理器，并且集成了ISO和TCP/IP协议。这里采用了TCP/IP协议与工业以太网通讯。

为了减少主电室到现场检测元器件及操作台的接线，降低中间连线的故障率，这里采用了分布式I/O从站的配置方式。它通过一根DP总线电缆即可以将现场检测元器件及操作台的信号采集到CPU中。CPU读取分布式I/O从站的信号如同读取S7 400 中央框架的模板信号一样方便快捷。本机组的PROFIBUS-DP工业现场总线共连接了26个从站，它们是：

12个ET200M分布I/O从站

6个S120系列多机传动变频调速装置从站

1个飞剪控制系统从站

7个显示单元从站

由于本机组的PROFIBUS-DP总线较长，在主电室的出口处，PROFIBUS-DP总线上设了一个中继器RS485，可以增大信号的传输距离和提高信号的传输质量。

为了提高PROFIBUS-DP总线的抗干扰能力，PROFIBUS-DP总线在敷设时应远离动力电缆和电磁干扰源。必要时，PROFIBUS-DP总线要单独设电缆槽或单独穿钢管敷设，电缆槽和钢管要可靠接地。

4．生产过程监控系统

为了对整个机组的生产过程进行实时监控，我们设置了一个操作员站，由一台工业计算机组成。在这台工业计算机中，插入了一块以太网卡，装入了SIMATIC NET通讯软件，即可以通过工业以太网与S7-400 PLC通讯。

采用德国西门子公司的WinCC组态软件，在这台工业计算机中建立了许多画面。通过这些画面以静态的形式、动态的形式、棒图的形式、曲线的形式和参数表的形式，对整个机组的生产过程进行实时监控，对整个机组各个设备的故障状态进行报警和预报警，对机组的工艺参数进行设定，对生产参数、产品参数和故障状态进行采集，形成生产报表并可进行打印。

为了操作人员观查及操作方便，在机组的主操作台上设置了西门子公司的MP277-10的触摸屏，在其他操作台和操作箱上设置了操作面板OP73。

操作面板采用的组态软件为WinCC flexible，我们在触摸屏和操作面板上建立了许多画面，操作人员在各个画面中可以很方便地观查到机组的有关参数、工作状态和故障状态等。还可以对某些参数进行设定和修改。

5.结束语

这套控制系统符合横切机组生产工艺要求，技术先进、控制精度高，大大地提高了机组的生产率，降低了工人的劳动强度。

参考文献

[1]可编程序控制器应用系统设计及通讯网络技术北京人民邮电出版社

[2]SINAMICS S120高性能多机传动变频调速器西门子（中国）有限公司工业业务领域驱动技术集团