PLC在水冷線的應用

1 引言
萊鋼中小型軋鋼生產線于97年建成投產，主要生產圓鋼、彈簧扁鋼、槽鋼和螺紋鋼。水冷系統用于棒材溫度控制。軋制過程中必須控制棒材溫度，特別是冷床入口處，根據冷卻參數可改變鋼材特性。為此，在冷床入口處安裝水箱，使棒材的溫度維持在設定的范圍內。該生產線PLC控制系統由ABB公司提供，其水冷線系統采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系統，實現了軋制過程中棒材的溫度控制。

2 系統組成
基礎自動化系統采用ABB公司的RMC200軋鋼控制系統，它是一個開放型集散控制系統，由一套MP200/1過程站和一套AS520操作員站組成。過程站由一個CPU機架帶一個I/O機架組成，CPU機架上安裝了CPU模板DSPC172、內存模板DSMB176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI/DO模板，通過通訊模板DSCS140連接到MasterBus300總線上，與其它過程站進行通訊，I/O機架由總線擴展模塊DSBC172實現總線擴展。
操作員站采用HP-UNIX工作站，并通過實時加速器板連接到MasterBus300的冗余接口，通過它操作人員可直接對現場水冷設備進行監控，主要功能有:(1)水冷系統的自動/手動的啟停(2)棒材最終溫度值TSET2數據設定和實時監控(3)事件與報警清單的顯示與打印等。水冷系統的主要畫面有啟動畫面、設定畫面、維護畫面、事件畫面和報警畫面。系統配置圖如圖1所示。

3 軟件實現
該系統控制程序使用AMPL(ABB MasterPiece Language)編制，實現了結構化程序設計。工業控制程序往往功能繁多，該語言根據工業控制要求，將編程元素設計成一個個圖形功能塊，稱為PC元素。PC元素內有三種結構類元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序結構的最高層，旨在完成一個完整的控制功能，一個PCPGM下允許一個或幾個CONTRM，而一個CONTRM下又可包含一個或幾個FUNCM，從而使整個程序結構呈階梯狀，實現了結構化設計。
另外，在CPU內還有一個實時數據庫，它的作用是永久存儲數據和在程序間傳遞數據。數據庫內的元素稱為DB元素，這些元素包括過程站所使用的的I/O模板和信號及程序中產生的其它數據信息。

4 控制功能
4.1 工藝設備
中小型的水冷系統的每個水箱由冷卻元件組成，使用冷卻元件的數量根據鋼材直徑、溫降和軋制速度確定。調節系統通過調節比例閥的開口來控制水流量的大小，進一步控制鋼材溫度。鋼材溫度由水箱入口和出口處的高溫計檢測。控制系統根據不同的產品軋制表可以增減水箱。水冷線共有兩條供水管道，四個流量調節閥(每個生產線兩個)，兩條管道水流量的檢測由日本橫河AE100/200M電磁流量變送器檢測，水壓檢測為1151電容式壓力變送器，鋼材溫度由高溫計檢測:
(1) 1線:1個旁通手動流量控制閥門和1個自動流量控制閥門可控制水流量300-600m3/h
(2) 2線:1個旁通手動流量控制閥門和1個自動流量控制閥門可控制水流量100-300m3/h
當冷卻系統需要一個高于300m3/h的水流量時，2線流量閥開啟，2線并入1線。如果在操作過程中，調節閥全部打開，并且在一段延時之后水冷線出口鋼材未達到鋼材設定溫度，監控系統就會通過報警系統發出信號，提醒操作人員及時作出處理。圖2為軋機水冷系統的設備布置圖。

4.2 主要控制功能
(1) 本地和遠程控制功能
水冷線系統具有本地和遠程2種控制方式。供水管道旁都設有一個機旁操作箱，可在現場手動控制水冷線各水泵的啟動停止，其控制功能包括:遠程/就地選擇，水泵備用選擇，水泵的啟動/停止，報警指示燈等。
在遠程控制方式下，操作人員通過AS520操作站啟動各個管路水泵。水冷線正常情況下一臺水泵工作，另一臺備用，水泵工作時正常的管路壓力應保持在130bar左右。圖3為水冷段參數設定畫面。
操作人員根據軋制工藝可設置管路水流量，控制系統通過調節管路比例閥的開口來控制水流量的大小，進一步控制鋼材溫度。水冷線出口鋼材溫度若達不到設定溫度，會報警提醒操作人員。

(2) 備用泵的自動切換
當工作水泵由于自身故障停止工作時，或當水流量低于300m3/h時，備用水泵必須立刻啟動起來，以確保生產順利進行。在程序中，以工作水泵運行信號的負脈沖或水流量低作為備用泵啟動的觸發信號，實現了備用泵的自動切換，從而大大加強了系統穩定性和工作質量。

5 應用效果
該系統自97年底投運以來，運行可靠、穩定，大大提高了其工作效率，使軋出來的軋材的質量合乎規格要求，特別注意的是，流量變送器應定期校零點，這樣才不會造成水流量檢測有誤，影響鋼材質量，才能滿足正常生產的要求，保證了軋鋼生產。