1 引言
龍鋼西安軋鋼廠連續棒材生產線建于1997年，原設計生產能力17萬噸/年，經過數年的改造，目前實際生產能力達到60萬噸/年。為滿足生產需要，工藝上采用加大強化加熱提高軋制速度的等方法，直接導致氧化鐵皮加大，鋼材力學性能降低，而且經常出現表面氣泡，采用低溫軋制已成必然選擇。穿水冷卻是基于濁循環水中具有動能的重懸浮顆粒對熾熱棒材表面蒸汽膜的破壞機理，對熱軋帶肋鋼筋進行軋后冷卻的一項技術，通過穿水冷卻使鋼材上冷床溫度降低，改善三級鋼的力學性能，提高產品質量及合格率，解決冷床冷卻能力不足的問題。由西安重型機械研究所承擔的龍鋼西安軋鋼廠穿水冷卻自動控制系統，其控制系統采用交流變頻電機及現場總線技術，系統穩定可靠。該設備控制系統為軋鋼在降低成本、提高經濟效益，節約能源，提高產品質量上提供了一種新的解決方案。
2 系統簡介
龍鋼西安軋鋼廠穿水冷卻自動控制系統主要采用西門子MM440變頻調速控制裝置、安裝在變頻器上的PROFIBUS通訊模板、西門子S7-300可編程序控制器、分布式I/O ET200M、研華工控機、西門子監控軟件WINCC 6.0等產品，采用PROFIBUS-DP現場總線技術。其系統配置如圖1所示。
圖1 控制系統配置圖
3 系統組成及功能
3. 1 系統組成
(1) 硬件配置
硬件配置主要是用西門子公司的S7-300 PLC與MM440變頻器進行硬件連接及組態，建立PROFIBUS-DP現場總線網絡。為了連接成PROFIBUS系統，必須選用PROFIBUS模板，這一模板是一個可選件，此模板安裝在變頻器的正面，通過串行接口與變頻器連接，對MM440進行控制。PROFIBUS-DP是一個價格適當的高速串行通訊系統，采用這種簡單的總線系統，可以把工程設計、可視化和PLC控制集成在一起。PROFIBUS-DP現場總線的主要特點是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通訊網絡，是能支持雙向、多節點總線式的全數字通訊。將MM440變頻器通過PROFIBUS通訊模板連接到S7-300 PLC的現場總線網絡中，從而實現了MM440與S7-300的網絡通訊。變頻器與S7-300 PLC的硬件連線如圖2所示:
圖2 變頻器與S7-300的硬件連接圖
3.2 硬件組態
組態PROFIBUS-DP現場總線步驟如下:
(1) 在西門子SIMATIC STEP7軟件下新建一個工程(Project)，插入一個SIMATIC 300站，打開該站的Hardware硬件組態編輯器，組態315-2DP的PROFIBUS網絡。
(2) 在PROFIBUS-DPSIMOVERTMICROMASTER 4中插入MICROMASTER 4到總線網絡中，在MIC- ROMASTER 4下插入PPO1或PPO3即可。
(3) 分散I/O是按照所選的分散站形式(如ET200M)選擇通訊模塊(IM153)的型號添加到PROFIBUS-DP現場總線網絡中去。
硬件組態如圖3所示。
3.3 系統功能
(1) 變頻調速控制系統功能
根據恒壓供水的工藝要求，保證供水系統的壓力穩定，采用變頻調速裝置，實現壓力閉環控制，能夠滿足其1.2MPa恒壓要求。對于泵類負載采用以壓力為參量的雙閉環串級調速控制系統，以速度為內環，壓力為外環的雙環控制系統。為了使被控壓力維持在12公斤，當壓力降低不能滿足要求時，反饋信號(壓力)減少，控制系統自動控制，使電機增速，使供水管道水流產生加速度，提高水壓，以維持輸水管道要求的供水壓力。
水泵采用壓力閉環控制時，調速范圍必須按照水泵的壓力與流量的變化關系確定，對單臺水泵而言，水泵調速范圍大約為電動機的額定轉速的30%，當多臺水泵并聯運行時，且其中有恒速運IMATIC轉的水泵時，流量變化范圍要縮小，調速范圍也要小。
(2) PLC控制站功能
穿水冷卻自動控制系統的編程軟件采用西門子SSTEP7 V5.3。PLC完成的主要控制功能有:冷卻泵的恒壓控制、鋼溫自動調節、高壓開關控制等。整個控制過程實現全自動控制。關鍵的網絡通訊控制采用了STEP7中的特殊功能塊SFC14“DPRD-DAT”讀取DP從站的連續數據，采用SFC15“DPWR-DAT”向DP從站寫連續數據用PLC實現鋼溫自動調節，其原理為采用紅外測溫儀，逐根監測鋼材在線溫度，并送入上位監控站，然后根據存儲在上位機的經驗數據表查表，并把查得的水量值送到PLC中，在PLC中采用PID閉環調節，自動調節薄膜調節閥的開度，以自動調節穿水流量，調節鋼溫。同時根據反饋溫度微調閥門開度，以進一步精調鋼溫。
(3) 上位監控功能
上位機監控系統采用研華工業控制機、西門子WINCC6.0監控軟件。把PLC采集到的各種信號在監控畫面上顯示，并有人工參數設定，報警顯示等功能。具體功能如下:
●實時位置監控:監控各個信號點的狀態;
●信號采集:由變頻器通過總線通訊采集過來的電機的轉速、電流;
●鋼材溫度及調節閥開度的顯示;
●溫度曲線記錄;
●人工參數的設定;
●報警系統變頻器故障顯示等。
上位機監控功能有利于進一步分析所取得的數據，達到更好的穿水效果。
主監控畫面如圖4所示。溫度曲線記錄如圖5所示。
圖4 主監控畫面
圖5 溫度曲線記錄
4 結束語
經過穿水冷卻的鋼材上冷床的溫度平均降低了100-130℃，棒材鐵素體晶粒度達到10級，晶粒度提高2級。改善了產品各項力學性能，抗拉強度平均提高了35~40MPa，表面氣泡現象基本沒有了，鋼材性能合格率由96.5%提高到了99.8%。控制系統硬件結構合理，滿足工藝要求;應用軟件結構清晰，功能完整，運行可靠;整個系統完全滿了生產需要，達到設計要求，取得了良好的社會和經濟效益。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
