国越贸易（上海）有限公司

平整定位辊是某热轧带钢厂平整线人口的关键设备之一，由两套独立的电液比例系统进行驱动，同时还装有以可编程控制器和组态软件为核心的计算机在线监控系统，可方便地对工作过程进行控制与监测。

1．液压系统

两个定位辊采用独立的系统驱动，当使用一段时间后，两辊道机械零部件磨损不一致、电液比例系统零点与增益改变或负载不平衡时，其转速也会不相同，从而导致其中某一个定位辊成为另一个的负载，使工况劣化，设备寿命降低。两个定位辊支撑的钢卷重力为330kN左右，属重载工况，在正常操作（尤其是正反转切换）时，惯性大、冲击大，定位精度难以保证。

考虑上述问题，采用如图43所示的电液比例系统。

驱动定位辊：选用带压差补偿器的比例方向阀3.1和3.2作为主要控制元件，调节方便，速度刚度大，同时通过辊道端部的编码器18.1和18.2对转速进行测量与反馈，实现数字闭环控制，能达到较高的同步控制精度。比例方向阀便于设定起停斜坡时间和速度切换控制，能使辊道在起动、停止、变速时运动平稳、同时在液压马达的进出口间设置双向溢流缓冲阀4.1和4.2，能避免液压马达两个油口的压力出现异常，吸收系统的冲击和振动，使设备运行更加平稳，定位精度更高。液压马达直接安装于定位辊道头部，处于钢卷升降与平移的通道区。若马达尺寸过大，容易被运行的钢卷碰撞；若马达尺寸过小，又不能直接输出所需的工作转矩。为解决安装空间尺寸小与输出转矩大的矛盾，考虑选用带行星减速机的一体化液压马达6.1和6.2作为驱动装置，尺寸小，驱动力矩大。另外为保证电液比例系统正常工作，设置有液位、清洁度和温度监控元件，液位传感器19、带压差报警过滤精度为10pin的精过滤器8、PT100温度传感器15、电加热器16、冷却水阀17、冷却器16。

2．计算机监控系统硬件

(1)下位机系统分析与设计。所设计的电液比例系统含有数字量和模拟量输入、输出、脉冲量输入等参量，还需进行数字闭环控制，对运动速度实时修正。根据这一特点，选择性能可靠、编程简单、具有开关量和模拟量输入、输出、运算、定时、计数、顺序控制、PID控制等功能的西门子S7-300可编程控制器作为下位机核心控制元件。其配置为：电源模块PS307 SA、CPU模块CPU 3130-2 DP（集成D116/D016，可作高速计时计数用）、开关量输入模块Dl4、模拟量输入、输出模块A14/A02。为使液压泵电动机安装、调试与检修方便，设置有本地手动起停控制按钮，其他均在监控计算机画面上进行操作与监视。可编程控制系统I/O地址分配见下表。

可编程控制系统I/O地址分配表

(2)上位机系统分析与设计。上位机配置西门子通信卡CP5611，并安装组态软件WinCC5.1，用于开发用户程序，建立人机接口。上位机通过通信卡与可编程控制器的多点接口（MPI）进行通信，对现场生产过程进行监控。监控网络结构图如图44所示。

3．计算机监控系统软件

(1)可编程控制器控制软件设计。

1)可编程控制器硬件组态。在STEP75.1中按上述配置进行硬件组态，并将两个测速编码器对应的输入通道设置为频率测量，以便测量值与速度呈线性关系，将AI通道设置为0～20mA，与模拟传感器输出信号匹配；将AO通道设置为  -10～+10V，与比例放大器匹配。

2)可编程控制器程序结构设计与编写。按照系统的工况与连锁条件，程序结构由一个组织块( OB1)、两个功能(FC1、FC2)、一个功能块(FB1)和三个数据块(DB1、DB10、DB11)组成。

其中OB1作为主循环程序块，调用其他数据块、功能、功能块实现控制任务；FCl属环境条件检测功能，用于对液位、油温、污染进行检测，判断液压系统是否具备工作条件；FC2是电动机控制功能。对本地、远程起停条件进行运算，控制液压泵电动机组的运行状态；FB1是对两台比例阀进行PID控制的功能块，因两比例阀工作方式相同，只是参数可能不一致，因此用两个背景数据块DB10和DB11分别为两比例阀控制提供运行参数。DB1作为共享数据块，是上位机和下位机进行数据交换的区域，通过它将监控计算机与现场设备联成一体。程序结构如图45所示。

(2)人机接口(HMI）软件。人机接口主要用组态软件WinCC5.1进行开发，包括操作监控主画面、泵站监控画面、定位辊道监控画面、通信模块、历史数据保存、读盘和打印等几个功能模块。能通过上述功能模块对液压系统进行远程操作与监视，并将运行信息保存和发送到厂信息中心，供厂级监视诊断中心和远程监视诊断中心使用。

系统操作人员通过HMI发出操作指令经由网络送到现场PLC站，PLC的AO、DO模块与设备总线对液压系统中的相关元件进行调节与控制；同时液压系统运行过程中的状态参数通过设备总线与现场PLC站AI、DI模块经过网络送到监视站。工程技术人员可以通过工程师站对系统运行环境、参数进行设定、修改和维护。

系统在某热轧厂平整生产线上投入使用后，生产线自动化程度、管理质量和可靠性大大提高，故障诊断和处理直观，便于维护和使用，减轻了劳动强度，提高了劳动生产率，取得了良好的效益。