基于S7―300F的冷轧连续生产线急停系统

摘要：介绍冷轧连续生产线急停控制系统，阐述采用S7-300F硬件实现其控制的实施方案。

关键词：连续生产线；急停控制系统；S7-300F

中图分类号：TG334.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-02

冷轧产品首先要经过酸洗轧制，后经过退火处理，再进行诸如镀锌、镀锡等后处理作业，最终通过精整、包装等工序，完成生产过程。冷轧连续生产线包括退火机组、镀锌机组、脱脂机组等其特点是设备多，设备布置分散，生产节奏快，控制精度要求高。对于这种机组，在生产过程出现异常时确保生产维修人员的人身及设备安全，必须有安全可靠的急停控制系统。

1 急停控制系统

早期的急停控制系统从生产线重要设备的控制点采集急停故障信号驱动“继电器-接触器”系统的动作去直接切断设备的电源使设备紧急停车。这种系统的特点是投资费用低，系统结构采用硬线连接，技术难度低易掌握。完全用硬线搭接急停系统，过于繁琐，而且这种系统易发生故障，不适合连续生产机组，可用于小型非连续生产线。

考虑连续生产线的复杂性和“继电器-接触器”急停系统的不足，在连续生产线基础自动化控制系统基础上设计并开发实施了基于西门子S7-300F的急停控制系统。下面以冷轧硅钢连续退火机组（SCAL机组）为例，对该系统进行剖析。

2 SCAL机组基础自动化系统

SCAL机组基础自动化系统由4个PLC组成，分别为入口段PLC1、工艺段PLC2、出口段PLC3和工艺介质PLC4。系统通过3层网络实现设备的通信，一层是HMI服务器和HMI客户机采用以太网通信；二层是通过以太网，把机组线上的状态，工艺参数、电气参数以及故障信息由PLC收集传送给HMI服务器，实现控制级与基础自动化级的通信，三层是Profibus，实现基础自动化级与现场单元的信号传输，即PLC与各自的远程I/O和传动装置通信。PLC把设定参数和控制命令传送至各调速传动系统，并收集各调速传动系统的状态和电气参数至HMI。PLC之间采用Profibus通信。

SCAL生产线基础自动化系统全面采用西门子SIMATIC S7 产品，对于升级的急停控制系统，首选S7-300 PLC。S7-300 PLC具有通用性好、循环周期短、处理速度快、指令功能强大，可用于复杂功能、产品设计紧凑、模块化等特点。在S7-300 PLC中有专门的故障安全型CPU S7-300F。

S7-300 PLC 支持Profibus通信，与生产线的基础自动化系统可以实现通信。同时在S7-300 PLC也有以太网通信模块，与其他PLC和HMI服务器进行以太网通信。

3 SCAL机组急停控制系统

3.1 电气设计

所谓急停系统就是当设备和人身出现重大事故时通过操作控制急停按钮，紧急中断设备的运行，保证人身和设备的安全。急停按钮要触发急停，还要监视其状态，急停按钮设计2个闭点。机组需要紧急停车的设备，包括辅助生产线运行的恒速设备、随生产线一起运转的变速设备、液压设备。在急停被触发后，恒速设备和液压设备会在设定时间内断电，变频设备会根据机组线情况，在设定时间内尽可能按照急停斜率停车，然后断电，设定时间在S7-300F程序中给定。

信号模块采用S7-300的安全模块。输入输出信号模块的电源分开，输入信号模块的电源不得经过中间继电器，采用UPS电源，当出现急停故障时，输入电源还在，可以监视输入信号，便于查找故障。在人机界面上设置急停按钮的状态监控，可以快速确定急停位置，迅速恢复生产。输出信号模块的电源经过急停中间继电器，当出现急停故障时，切断模块电源，所有输出全部断电，该区域所有设备处于安全方式，防止故障扩大。在急停CPU对程序的处理结果通过输出模块给到中间继电器，然后再送至各个区域的中间继电器通过无源触点给各用电设备。安全起见，中继也采用了西门子的安全继电器。

3.2 硬件组态及组件功能

（1）中央处理器：CPU315F-2 DP型号6ES7 315-6FF01-0AB0执行用户程序，为S7-300背板总线提供电源，通过DP接口与其他PLC的CPU进行通信。

（2）接口模块：IM365SEND+IM365RECEIVE型号6ES7 365-0BA01-0AA0用于连接两个机架。

（3）数字量输入模块：SM326 DI24X24V DC型号6ES7 326-1BK01-0AB0 共6块，用于采集现场急停按钮的信号。

（4）数字量输出模块：SM326 DO10X24V DC/2A型号6ES7 326-2BF01-0AB0共4块，用于对CPU执行结果的输出。

（5）以太网通信模块：CP343-1型号6GK7 343-1EX30-0XE0）1块，用于S7-300PLC与其他PLC和HMI服务器通信。

3.3 急停程序

（1）把SCAL机组分为15个急停分区，为了满足工艺和生产要求，在设备附近的操作盘都需要设置急停按钮，以免发生意外状况尽快使其紧急停车。如图1所示

（2）为保证人身及设备的绝对安全，急停信号与机组线速度控制信号建立了必要的连锁，设计了严密的逻辑。急停系统的每个急停区域通过一个状态字和命令字与机组速度控制CPU进行数据交换。

3.4 机组基础自动化系统的网络拓扑结构

如图2所示

4 工程应用效果

此急停控制系统已成功应用在多条连续生产线，成功避免多次紧急事故，运行效果明显，有利地促进了生产，对连续生产线完成年生产指标做出了极大贡献。

参考文献：

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[1]周文.虚拟数控铣床仿真实训系统的研究与实现[J].计计算机光盘软件与应用，2012（23）：：9-11+5

[作者简介]张艳娥（1981-），电气工程师，主要从事电气系统设计和自动化系统编程调试工作。