平整定位輥電液比例控制及在線監(jiān)控
平整定位輥是某熱軋帶鋼廠平整線人口的關鍵設備之一,由兩套獨立的電液比例系統(tǒng)進行驅動,同時還裝有以可編程控制器和組態(tài)軟件為核心的計算機在線監(jiān)控系統(tǒng),可方便地對工作過程進行控制與監(jiān)測。
1.液壓系統(tǒng)
兩個定位輥采用獨立的系統(tǒng)驅動,當使用一段時間后,兩輥道機械零部件磨損不一致、電液比例系統(tǒng)零點與增益改變或負載不平衡時,其轉速也會不相同,從而導致其中某一個定位輥成為另一個的負載,使工況劣化,設備壽命降低。兩個定位輥支撐的鋼卷重力為330kN左右,屬重載工況,在正常操作(尤其是正反轉切換)時,慣性大、沖擊大,定位精度難以保證。
考慮上述問題,采用如圖43所示的電液比例系統(tǒng)。
驅動定位輥:選用帶壓差補償器的比例方向閥3.1和3.2作為主要控制元件,調節(jié)方便,速度剛度大,同時通過輥道端部的編碼器18.1和18.2對轉速進行測量與反饋,實現(xiàn)數(shù)字閉環(huán)控制,能達到較高的同步控制精度。比例方向閥便于設定起停斜坡時間和速度切換控制,能使輥道在起動、停止、變速時運動平穩(wěn)、同時在液壓馬達的進出口間設置雙向溢流緩沖閥4.1和4.2,能避免液壓馬達兩個油口的壓力出現(xiàn)異常,吸收系統(tǒng)的沖擊和振動,使設備運行更加平穩(wěn),定位精度更高。液壓馬達直接安裝于定位輥道頭部,處于鋼卷升降與平移的通道區(qū)。若馬達尺寸過大,容易被運行的鋼卷碰撞;若馬達尺寸過小,又不能直接輸出所需的工作轉矩。為解決安裝空間尺寸小與輸出轉矩大的矛盾,考慮選用帶行星減速機的一體化液壓馬達6.1和6.2作為驅動裝置,尺寸小,驅動力矩大。另外為保證電液比例系統(tǒng)正常工作,設置有液位、清潔度和溫度監(jiān)控元件,液位傳感器19、帶壓差報警過濾精度為10pin的精過濾器8、PT100溫度傳感器15、電加熱器16、冷卻水閥17、冷卻器16。
2.計算機監(jiān)控系統(tǒng)硬件
(1)下位機系統(tǒng)分析與設計。所設計的電液比例系統(tǒng)含有數(shù)字量和模擬量輸入、輸出、脈沖量輸入等參量,還需進行數(shù)字閉環(huán)控制,對運動速度實時修正。根據(jù)這一特點,選擇性能可靠、編程簡單、具有開關量和模擬量輸入、輸出、運算、定時、計數(shù)、順序控制、PID控制等功能的西門子S7-300可編程控制器作為下位機核心控制元件。其配置為:電源模塊PS307 SA、CPU模塊CPU 3130-2 DP(集成D116/D016,可作高速計時計數(shù)用)、開關量輸入模塊Dl4、模擬量輸入、輸出模塊A14/A02。為使液壓泵電動機安裝、調試與檢修方便,設置有本地手動起停控制按鈕,其他均在監(jiān)控計算機畫面上進行操作與監(jiān)視??删幊炭刂葡到y(tǒng)I/O地址分配見下表。
可編程控制系統(tǒng)I/O地址分配表
名 稱 |
輸入地址 |
輸出地址 |
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名 稱 |
輸入地址 |
輸出地址 |
電動機本地啟動 |
I0.0 |
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壓差報警 |
I0.3 |
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電動機本地停止 |
I0.1 |
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閥油箱液位 |
PIW274 |
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泵吸油閥狀態(tài) |
I0.2 |
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比例閥1信號 |
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PQW272 |
電動機啟動器 |
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Q124.0 |
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編碼器1信號 |
IW768 |
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溫度傳感器 |
PIW272 |
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比例閥2信號 |
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PQW274 |
電加熱器 |
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Q124.1 |
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編碼器2信號 |
IW780 |
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冷卻水閥 |
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Q124.2 |
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(2)上位機系統(tǒng)分析與設計。上位機配置西門子通信卡CP5611,并安裝組態(tài)軟件WinCC5.1,用于開發(fā)用戶程序,建立人機接口。上位機通過通信卡與可編程控制器的多點接口(MPI)進行通信,對現(xiàn)場生產(chǎn)過程進行監(jiān)控。監(jiān)控網(wǎng)絡結構圖如圖44所示。
3.計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件
(1)可編程控制器控制軟件設計。
1)可編程控制器硬件組態(tài)。在STEP75.1中按上述配置進行硬件組態(tài),并將兩個測速編碼器對應的輸入通道設置為頻率測量,以便測量值與速度呈線性關系,將AI通道設置為0~20mA,與模擬傳感器輸出信號匹配;將AO通道設置為 -10~+10V,與比例放大器匹配。
2)可編程控制器程序結構設計與編寫。按照系統(tǒng)的工況與連鎖條件,程序結構由一個組織塊( OB1)、兩個功能(FC1、FC2)、一個功能塊(FB1)和三個數(shù)據(jù)塊(DB1、DB10、DB11)組成。
其中OB1作為主循環(huán)程序塊,調用其他數(shù)據(jù)塊、功能、功能塊實現(xiàn)控制任務;FCl屬環(huán)境條件檢測功能,用于對液位、油溫、污染進行檢測,判斷液壓系統(tǒng)是否具備工作條件;FC2是電動機控制功能。對本地、遠程起停條件進行運算,控制液壓泵電動機組的運行狀態(tài);FB1是對兩臺比例閥進行PID控制的功能塊,因兩比例閥工作方式相同,只是參數(shù)可能不一致,因此用兩個背景數(shù)據(jù)塊DB10和DB11分別為兩比例閥控制提供運行參數(shù)。DB1作為共享數(shù)據(jù)塊,是上位機和下位機進行數(shù)據(jù)交換的區(qū)域,通過它將監(jiān)控計算機與現(xiàn)場設備聯(lián)成一體。程序結構如圖45所示。
(2)人機接口(HMI)軟件。人機接口主要用組態(tài)軟件WinCC5.1進行開發(fā),包括操作監(jiān)控主畫面、泵站監(jiān)控畫面、定位輥道監(jiān)控畫面、通信模塊、歷史數(shù)據(jù)保存、讀盤和打印等幾個功能模塊。能通過上述功能模塊對液壓系統(tǒng)進行遠程操作與監(jiān)視,并將運行信息保存和發(fā)送到廠信息中心,供廠級監(jiān)視診斷中心和遠程監(jiān)視診斷中心使用。
系統(tǒng)操作人員通過HMI發(fā)出操作指令經(jīng)由網(wǎng)絡送到現(xiàn)場PLC站,PLC的AO、DO模塊與設備總線對液壓系統(tǒng)中的相關元件進行調節(jié)與控制;同時液壓系統(tǒng)運行過程中的狀態(tài)參數(shù)通過設備總線與現(xiàn)場PLC站AI、DI模塊經(jīng)過網(wǎng)絡送到監(jiān)視站。工程技術人員可以通過工程師站對系統(tǒng)運行環(huán)境、參數(shù)進行設定、修改和維護。
系統(tǒng)在某熱軋廠平整生產(chǎn)線上投入使用后,生產(chǎn)線自動化程度、管理質量和可靠性大大提高,故障診斷和處理直觀,便于維護和使用,減輕了勞動強度,提高了勞動生產(chǎn)率,取得了良好的效益。