1  引言

        PLC作為現代工業(yè)控制實(shí)現自動(dòng)化的核心技術(shù)，它使復雜的工業(yè)控制實(shí)現變得簡(jiǎn)單、靈活。通過(guò)與個(gè)人計算機協(xié)議連接，功能強大的控制軟件可以生成豐富的人機界面，同時(shí)有實(shí)時(shí)的數據顯示，方便操作人員作出判斷。

2  熱處理工藝生產(chǎn)流程簡(jiǎn)介

    鋼板的熱處理包括鋼板加熱和淬火，輥底式?；癄t和淬火機分別實(shí)現上述用途。?；癄t保溫性能良好，通過(guò)輻射加熱，既節省了煤氣又防止鋼板在加熱過(guò)程中的氧化。?；癄t兩側安裝有172根輻射管，爐內噴入純氮（99.9%），裝爐和出爐時(shí)爐口有氮氣簾以防氧氣進(jìn)入爐內。爐溫精度可以達到±5攝氏度。該?；癄t能自動(dòng)實(shí)現連續裝爐，加熱時(shí)間可預先設定。淬火機緊鄰?；癄t，有8bar的高壓水源和4bar的低壓水源，水流量和輥縫可以自動(dòng)調節，淬火速度自動(dòng)控制，可以連續淬火。

3  控制系統組成

圖1  系統結構圖

    控制系統由?；癄t控制系統和淬火機控制系統組成。控制系統的核心采用Honeywell公司的S9000系列PLC，所有控制功能都由它來(lái)實(shí)現。系統結構如圖1所示。

3.1  ?；癄tPLC控制系統

    系統分為三級：上位機、9200e PLC、現場(chǎng)控制設備。上位機可以完成PLC的組態(tài)、控制程序的編寫(xiě)、PLC的監控及人機界面MMI。上位機傳給PLC鋼板信息數據（如鋼板厚度、加熱溫度、是否淬火等）。PLC主要實(shí)現溫度控制、生產(chǎn)順序控制、點(diǎn)爐和停爐的順序控制、鋼板信號的跟蹤、輥速控制。

    ?；癄t分為10個(gè)溫度區，對10個(gè)溫度區分別控制它們的溫度。由于爐溫的變化存在很大的滯后特性，屬于大慣性環(huán)節，當今對大慣性環(huán)節的控制精度問(wèn)題還沒(méi)有很好的解決辦法。?；癄t工藝上對溫度精度沒(méi)有特別嚴格的要求，允許升溫區段有很大的溫度變化（其實(shí)這也是難以解決的），但保溫區段的溫差應在±5攝氏度內。溫度控制框圖如圖2所示。PID參數經(jīng)現場(chǎng)修改給出經(jīng)驗值。

圖2  溫度控制框圖

    速度控制是熱處理工藝中另一個(gè)主要環(huán)節，每塊鋼板的進(jìn)出爐時(shí)間都有嚴格的要求。?；癄t爐輥分為三段。驅動(dòng)爐內輥道的電機一共有32臺，均可調速，其中裝爐段15臺，工藝段2臺，出爐段15臺。相對應輥速有三種：裝爐速度、工藝速度、出爐速度。裝爐速度要求高速，保證鋼板快速進(jìn)入爐內，范圍為0~60m/min；工藝速度相對較小，范圍為0.5~2.95m/min；出爐速度和裝爐速度一樣要求快速，范圍也為0~60m/min。鋼板的速度給定值由操作人員設定，PLC將給定傳給變頻器，從而實(shí)現輥速的控制。輥速的切換由PLC根據鋼板在爐內的位置再控制變頻器來(lái)實(shí)現。

    ?；癄t能夠實(shí)現連續生產(chǎn)全部依賴(lài)PLC的生產(chǎn)流程控制。在?；癄t的生產(chǎn)線(xiàn)上安裝了10個(gè)光電管（PC1~PC11，其中PC2沒(méi)有安裝），可以檢測鋼板在爐內的位置，同時(shí)在裝爐段、工藝段和出爐段各安裝了一個(gè)光電碼盤(pán)，可以檢測鋼板在爐內走過(guò)的距離。鋼板裝爐和出爐時(shí)，裝爐段電機和出爐段電機并非全部高速轉動(dòng)，這樣可以避免一部分在工藝段而另一部分在非工藝段的鋼板保持均速，也可使?；癄t一次容納盡可能多的鋼板，加大日產(chǎn)量，這是一個(gè)復雜的控制算法。為了保證爐內鋼板的間距為700cm，鋼板信號跟蹤是必須的。PLC自動(dòng)跟蹤記錄每塊鋼板的位置以及計算鋼板的出爐時(shí)間。

    ?；癄t的點(diǎn)爐和停爐都按一定的程序來(lái)嚴格執行，保證煤氣管道不漏氣、煤氣管道沒(méi)有過(guò)多殘留煤氣、空氣管道沒(méi)有煤氣等，只不過(guò)這些都由PLC自動(dòng)執行。

3.2  淬火機PLC控制系統

    淬火機PLC控制系統如同?；癄tPLC控制系統，也分為三級：上位機、PLC、現場(chǎng)控制設備，這里就不再詳述。PLC是控制系統的核心，主要實(shí)現水流量控制、輥縫控制、淬火速度控制、生產(chǎn)流程控制、信號跟蹤。

    水流量控制和?；癄t溫度控制一樣，采用PID實(shí)現單閉環(huán)，PID參數也由經(jīng)驗值給出。輥縫控制是一個(gè)單閉環(huán)，給定由PLC輸出。

    速度控制模式和?；癄t控制系統一樣，生產(chǎn)流程控制和信號跟蹤也比?；癄t控制系統簡(jiǎn)單，用PC13、PC14光電管和一個(gè)光電碼盤(pán)來(lái)跟蹤鋼板位置。

4  過(guò)程控制的軟件實(shí)現

    如今，用于工業(yè)上的監控軟件很多，如InTouch、Fix32，還有國內的組態(tài)王。本系統采用的是Honeywell的PCS(PC Supervisor)監控軟件，它把Fix32的大部分功能和S9000的組態(tài)融合在一起，包括I/O的組態(tài)、PLC的地址選擇、PLC的用戶(hù)程序編制與下載、PLC的在線(xiàn)監控、以實(shí)時(shí)數據庫為核心的MMI（包括歷史數據顯示、實(shí)時(shí)監控畫(huà)面、實(shí)時(shí)報警）。系統有良好的安全策略，安全級別可達16級。

4.1  ?；癄t控制系統

    PLC的用戶(hù)程序由梯形圖、順序控制圖和連控圖組成。梯形圖完成各種邏輯控制，包括生產(chǎn)流程控制、鋼板信號的跟蹤、點(diǎn)爐和停爐的控制等；連控圖完成模擬量的運算和I/O輸出，包括溫度PID控制和輸出、輥速控制和輸出等；順序控制圖完成梯形圖和連控圖一些必要的銜接。

圖3  數據流動(dòng)圖

    梯形圖程序中，按照控制功能分為相應的模塊，如生產(chǎn)流程控制子程序、I/O輸入子程序、I/O輸出子程序等，主程序里分別調用它們。生產(chǎn)流程控制用了內部地址8010和8012，它們分別是裝爐和出爐的Flag，利用標志來(lái)進(jìn)行下一步控制。裝爐輥道和出爐輥道每3臺分成一組，按照鋼板在?；癄t中的位置來(lái)決定速度的切換。用戶(hù)程序里創(chuàng )建了一個(gè)連續的存儲區域來(lái)存儲鋼板的信息，并用地址7002存儲爐內鋼板的數量，完成信號跟蹤。鋼板的信息包括鋼板的位置、加熱溫度、鋼板的代碼、鋼板的厚度和長(cháng)度。長(cháng)度在裝爐前由PLC自動(dòng)測出，鋼板的代碼由現場(chǎng)操縱臺輸入。代碼對應的鋼板信息存儲在一個(gè)數據表格里，包括加熱溫度、厚度、是否淬火（1為正火，2為淬火），程序DDELINK.exe完成和PCS系統的數據交換。數據流動(dòng)圖如圖3所示。

        PCS采用可視化的方法來(lái)編寫(xiě)連控圖程序，基本元素是功能塊，將各功能塊連接在一起就構成用戶(hù)控制程序。常用的功能塊包括I/O塊、PID塊、設定點(diǎn)功能塊、函數功能塊等。設定點(diǎn)功能塊能使溫度給定按設定的曲線(xiàn)變化，生成點(diǎn)爐時(shí)的升溫曲線(xiàn)和停爐時(shí)的降溫曲線(xiàn)。最后要根據實(shí)際要求設定每個(gè)功能塊的參數。

        MMI的實(shí)現以實(shí)時(shí)數據庫為核心，利用Windows的DDE功能，實(shí)現現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)顯示，幫助操作人員根據現場(chǎng)數據正確操作。MMI包括裝爐、出爐操作界面、歷史數據的顯示，幫助技術(shù)人員進(jìn)行數據分析，還有實(shí)時(shí)報警界面及普通故障報警界面。普通故障報警界面上動(dòng)態(tài)鏈接了所有到PLC的報警信號，便于技術(shù)人員查找故障點(diǎn)。

4.2  淬火機控制系統

    淬火機控制系統的軟件實(shí)現方法與?；癄t系統相同，只是控制相對簡(jiǎn)單些。淬火機輥道由一臺電機驅動(dòng)，為簡(jiǎn)化設計，每次正火或淬火時(shí)淬火機輥道上設定只有一塊鋼板。當淬火機上有鋼板時(shí)，準備出爐的鋼板只有在爐內搖擺等待，這些都通過(guò)生產(chǎn)流程控制子程序實(shí)現。根據?；癄t傳來(lái)的出爐信號啟動(dòng)淬火或正火，鋼板通過(guò)PC13、PC14表示淬火或正火結束。輥速控制、水流量控制的實(shí)現如同?；癄t的輥速控制、溫度控制的實(shí)現。淬火機輥縫控制算法如圖4所示。

圖4  淬火機輥縫控制算法

    實(shí)際中，data1=10，data2=2，data3=-10，data4=-2。MMI的實(shí)現和?；癄t系統相同。

5  結語(yǔ)

    軋板熱處理PLC控制系統是一個(gè)比較復雜的控制系統，比較好地保證了產(chǎn)量，同時(shí)又保證了鋼板的質(zhì)量。它在MMI的設計上，既做到了界面的美觀(guān)，更有實(shí)用性。整個(gè)控制系統設計有許多必要的故障報警輔助點(diǎn)，并在MMI上全部有鏈接，使故障的查找簡(jiǎn)單明了，節約了故障處理時(shí)間，并在?；癄t的點(diǎn)爐程序設計上充分考慮了生產(chǎn)的安全性。