2800mm中板加热炉PLC升级改造

魏军林　侯反修　王慧强

摘 要：详细阐述了2800mm中板机组加热炉基础自动化由S5-135U PLC升级为S7-300 PLC的具体设计方案和实施方法，重点是该改造完成后的产生的良好应用效果及利用PLC实现节能改造。

关键词： 加热炉 ; PLC ; 节能

引言

2800mm四辊中板机组改造是安钢九五计划重点工程，自从一九九六年五月底投产以来，一些设备已不适合生产快速发展的需要，尤其是加炉区基础自动化S5-135U系统暴露出的系列问题：1、模拟量输出漂移过大，输出不准确、精度低，导致变频器速度振荡。 2、在生产过程中，对程序修改和故障进行诊断过于烦锁，不适应快节骤生产的需求。3、由于该系统PLC早期产品，备件准备困难且价格极为昂贵，不附合降本增效的要求。4：该系统功耗较大，发热严重，机架电源风扇多次损坏，导致较长停车时间，影响了设备作业率5：程序编制繁琐，不易看懂。6：区域间通讯能力差，导致与3#炉、粗轧区S7400PLC无法通讯，许多联琐实现比较困难，直接影响着轧制节奏的连续性。7：与变频器、HMI通讯困难，无法实施上位监控。为了满足生产需要我们决定将S5-135U PLC升级为S7-300 PLC.

1 S7-300 PLC简介：SIMATIC S7-300一种通用性PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，它具有模块化及无风扇的设计，坚固耐用，容易扩展和强大的通讯能力，分布式结构以及友好的用户操作等特点，使SIMATIC S7-300成为工业领域中一种即经济又切合实际的理想解决方案，其具有以下优点：循环周期短，处理速度高;指令功能强大、可用于复杂功能的逻辑运算;产品设计紧凑合理、可用于空间有限的场合;可根据所需选择不同档次的CPU;完善的故障监控与诊断功能;强大的系统功能 SFB及SFC;多种网络通讯功能：主从CPU及MPI协议，PROFIBUS DP现场总线可挂ET200M及与传动设备6RA70、6SE70、伟肯及ABB等变频器通讯;标准工业以太网通讯协议。

2 改造方案设计及实施：

2.1硬件配置：电源6ES7-1EA00-0AA0四块CPU 6ES7 315-2AG10-0AA0一块;6GK7 343-1EX30-0XE0一块，用于同上位机通讯;6GK7 342-5DA02-0XE0一块，同伟肯变频器DP通讯;接口模板6ES7 153-1AA03-0XB0三块，三个ET200M DP通讯;DP耦合器6ES7 158-0AD01-0XA0一块，用于同其它区域PLC通讯;导轨6ES7 390-1AF30-0AA0四块;数字量输入模板6ES7 321-1BL00-0AA0八块，接收外围指令信号;数字量输出模板6ES7 322-1HF01-0AA0十一块，输出指令;模拟量输出模板6ES7 332-5HD01-0AB0四块，用于控制需模拟量调速的设备。见下图：

2.2程序设计及实施：1）S7 PLC编程语言STEP 7 是用于SIMATIC S7-300/400 站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形图、功能块图或语句表进行编程，其编程方式有线性编程、结构编程、模块编程三种形式，为了简化结构，我们采用了结构+模块编程形式，对于工艺要求相同的设备，利用形参编制功能模块进行条件调用，节省了程序扫描时间。2）将各设备的状况通过CP341模板以以太网形式发送给上位机在HMI上实时显示，并将速度、电流趋势及报警归档，便于故障查询及分析故障原因。3）通过CP342模板完成了对伟肯变频器的DP通讯，减少了电缆施工量及电缆材料费用，增强了控制精度。4）通过DP耦合器完成与其他区域PLC进行数据交换，使得生产工艺更加流畅。5）利用S7-300强大的编程能力实施节能改造：2800mm中板线有3座加热炉，3座加热炉的出炉辊道共有11组辊道，每组辊道由1台55KW电机驱动，在2#、3#炉出钢时为联动状态，即2#炉出钢时，1#炉3组辊道、运输辊道、2#炉3组辊道共7组辊道，3#炉出钢时共11组辊道同时动作、同时停止，转动时间达到28S，实际每组辊道载荷时间只有2.5S，这种控制方法电机空转时间达到25S左右，不但浪费电能，而且增加了电机及其机械设备的机械损耗，造成机械设备故障增多，备件费用较大。如何实现每组辊道在有钢坯时自动转动，无钢坯时自动停止功能呢？实现这种功能的传统方法是安装热金属检测器，但热金属检测器价格昂贵，每组辊道增加一个热金属检测器需11个，投资达到20万元，不但增加了投资，而且增加了维护人员维护量。为了最大限度减少投资及达到节能目的，我们利用了PLC中的定时器实现了这个功能，方案如下：在操作台增加一个自动/手动选择开关，在选择自动位置时利用定时器实现了辊道启动时步进延时启动，停止时延时步进停止，为了能精确的实现自动启动、停止停功能，我们用秒表对出钢时间进行了测量，排除启动、停止时斜坡因素，使每组辊道转动时间只有5S，只在有钢时转动，没有钢坯时停止，在3#炉出钢时11组辊道节省空转时间23S，2#炉出钢时，7组辊道节省节省空转时间13S，极大的节省了电耗，并延长了电机及辊道的机械寿命。在选择手动位置时，电机随主零控制器信号动作，主要用于检修后試车或特殊需要时使用。

3 应用效果

炉区基础自动化系统升级改造后，因HMI的实施，使得故障判断、处理时间大大减少;PLC与变频器DP通讯控制解决了因PLC输出模拟量振荡引起的设备动态特性不稳、速度振荡、控制精度低的问题，降低了设备事故发生;不同区域PLC通讯的实现，使得工艺流程更加通畅，减少了操作事故的发生;先进的无风扇模块化设计及出色的诊断能力，实现了免维护而无故障;出炉辊道节能程序的实现，每年直接节电达到了15万元，电机更换周期由原来的3年下线维护，延长到6年下线维护，极大的延长了电机使用寿命，辊道减速箱等机械设备的机械损耗也有显著降低，降低了维护人员的劳动强度，减少了备件费用，为中板机组各项指标的完成奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]西门子PLC编程手册

[2]西门子S7 300选型手册

作者简介：

魏军林（1970-）男 ，汉族， 河南省安阳市人，现供职于安阳钢铁有限责任公司第一炼轧厂，电工高级技师，擅长PLC、变频器等电气设备应用及故障处理.