浅谈西门子PLCS7-400在高速线材轧钢生产线设计中的应用

浅谈西门子PLCS7-400在高速线材轧钢生产线设计中的应用

冯大伟

河钢唐钢集团信息自动化部河北省唐山市063100

摘要：我国的现代化工业的加速发展，也有力地推动了钢铁工业的逐步向前发展。在轧钢生产线中，其控制模式也由人工手动控制逐渐演化成了自动化控制。在这种向自动控制环境转变的变革中，PLCS7-400系统在轧钢生产线自动控制下应用愈加广泛。本文以高速线材生产自动控制系统为案例，以自动化控制理论为基础，来探讨PLCS7-400在整个生产系统控制过程中的应用。

关键词：PLCS7-400；S7-400系统；高速线材轧钢生产线；自动控制

轧钢铁工艺的生产中，伴随着的是对流水线的整体操控。在轧钢的生产线上面，需要兼顾生产控制系统的可靠性、稳定性以及效益，以自动化的电气控制技术来控制轧钢生产的设施备具有得天独厚的优势，其优势在于：1.节约人力资源。2.增强生产节奏。3.控制安全可靠。这三点决定了其在操作轧钢生产中关键性的作用。

一、西门子PLC系统概述

PLC是可编程逻辑控制器的简称。当然现在随着计算机技术的发展，不单单执行简单的逻辑运算，同时可以执行很多复杂的功能，比如定时、计数、PID控制等等。PLC具有：可编程，控制系统硬件柔性化。可靠性高，抗干扰能力强。功能完善，适用性强。易学易用、维护方便等，因为PLC如上的诸多特点，使其在工业自动化生产中得到广泛的应用。

二、PLCS7-400对高速线材生产设备的基本控制情况

1、基本设备

首先在加热炉区域中包括：上料平台，装钢辊道，推钢机，步进梁，出钢辊道，高压水除鳞，水冷却。其次在轧机区域中包括：粗轧机，中轧机，预精轧机，精轧机，飞剪，活套，卡断剪，夹送辊，吐丝机，穿水，风冷辊道。最后在精整区域中包括：集卷筒，回形辊道，翻转机构，运卷小车，PF链C型钩，称重打牌机构，卸卷小车，横移车。

2、基本控制

需要在加热炉区：自动上料控制（光检，接近开关），自动装钢控制（光检），自动钢坯定位控制（光检），步进梁自动控制（光检，接近开关），自动出钢控制（热检），自动高压水除鳞控制（光检），冷却水自动控制（温度、压力、流量传感器）接着在轧机区域：轧机闭环速度控制（编码器），轧机级联控制（编码器），活套控制（活套扫描仪），自动剪切控制（热检），自动穿水控制（热检），堆钢自动快停控制（接近开关），自动加持控制（编码器，热检），自动吐丝控制（编码器）。最后在精整区域：集卷筒自动接卷控制（接近开关），回形辊道自动运输控制（接近开关），翻转机构自动翻转控制（接近开关），自动接卷控制（接近开关），PF链C型钩自动运输控制（接近开关），自动称重控制（接近开关），自动卸卷控制（接近开关）。

三、PLC系统在高速线材中的应用

1、高速线材的概述

高速线材指的是用高速轧钢机轧制的线制钢材。将线材分为盘圆和螺纹钢两种。其中部分盘圆根据轧钢机的不同再分为高速线材以及普通线材两种。高速线材的特点有（1）尺寸精度高，椭圆度小；采用的是集散卷风冷却，其成分相对均匀，机械性能优；因为采用负公差轧制，同时也节约了金属，相同重量的高速线材要比普通线材更长；每件只有头尾一个；一般高速线材比普通线材一般贵20~40元/t之间[1]。

项目介绍及应用

此工程为新建一条高速线材工程，单条设计年产量约为50万吨。原料：150×150×12000mm其中主要产品规格为：光面线材：5.5—16mm，螺纹钢筋：6—12mm，生产钢种为：低合金钢、冷镦钢、普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、弹簧钢、轴承钢，合金结构钢等。钢坯尺寸：150×150×12000mm，单重：2112kg，保证速度为：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）。

图1电气设备的操作流程

四、系统原理

PLC系统按照顺序对其内置的程序进行检查，按照固定的步骤，从由上至下，再由左至右对寄存器中映像范围内的区域进行检索，再根据逻辑的计算结果存到寄存器中，而寄存器中的映像映像区域中存储的数据也在不断的刷新。如图1所示，电气设备的操作流程。

五、PLC的自动化系统通讯网络

第一层：人机接口和PLC之间及PLC之间联成以太网，实现相互的信息交换。通过以太网，把轧制工艺参数设定值和以及对电气设备的操作从人机接口传送到各PLC，把各设备的状态和工艺、电气参数及故障由PLC收集送到人机接口的CRT显示。PLC彼此之间也能够以太网实现控制信息及数据的传送。

第二层：PLC与各自的远程之间和调速传动之间是采用ProfiBus-DP通讯网络，PLC把设定参数以及控制指令传递到各调速传动系统，并且收集各调速传动系统的状态与电气参数送到人机接口的CRT上显示。

除此之外，各PLC之间能够连接为MPI网，能够实现PLC之间少量快速的数据交换，MPI网的另一个优点是连接到此网的编程器可以方便地对网上的任何一台PLC进行编程及操作。

西门子S7系列PLC在高速线材中的应用

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，整个自动化系统需要有集中的UPS电源，持续时间不低于30分钟容量不低于20KVA[2]。

六、PLC系统在高速线材的未来展望

在21世纪，PLC会有更大更好的发展。从技术来看，计算机技术往后会更多的运用于可编程控制器设计制造，并充分发挥运算速度更快、存储容量更大、更加智能等优势；从产品的整体规模去看，会更进一步迈向微型方向发展；从产品配套性看，产品内容会更加丰富、规格更加齐全，完整的人机、通讯设备将更好的适应各种工业控制场合的需求；从整个宏观市场来看，各个国家自行独立生产的产品会因为国际之间的竞争不断加剧而打破，只会出现少数品牌来垄断国际市场的大局面。

从网络当前发展来看，可编程控制器与其他工业控制计算机构成巨大的网络系统，目前计算机集散控制系统中已经有大量可编程控制器应用。往后，在随着时代的发展，网络的重要性会体现在可编程控制器作为自动化控制网络以及国际通用网络的关键组成部分，将会在工业以及工业以外的多领域发挥着更加强大的作用。

结束语

随着我国市场经济的不断完善，钢铁业的向前发展，高线轧机的地位在钢铁业中逐渐变得关键起来，因此对钢铁业自动化现代化的要求更加高了。虽然我国在当前还有很多小型钢铁业在产量和产值方面依然薄弱，但是随着市场开放性程度的不断提高，尤其是国外先进技术的闯入，我们也会快速的完善自身的技术和制度，提高竞争力，让我国的钢铁业屹立在世界之林中，立足与不败之地，寻找自身不足之处，不断钻研，提高自身能力，这样才能加快我国企业的发展。

参考文献：

[1]黄春.西门子S7400PLC控制系统在轧钢项目中的应用[J].四川冶金，2013，35（4）：55-58.

[2]王海滨.PLC在高速线材中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2011（23）.