热连轧液压泵站控制系统设计与应用.pdf

收稿日期 2005 - 05 - 29 作者简介李怀江1975 - ,男,黑龙江省龙江县人,硕士生,主 要从事计算机控制系统的研究。 热连轧液压泵站控制系统设计与应用 李怀江,姚小兰,蒋声刚,于湘涛 北京理工大学 自动控制系,北京100081 摘要根据热连轧精轧机组HAGC液压自动厚度控制系统液压泵站控制系统连续工作时间 长、 可靠性要求高、 信号复杂的特点,以ABB公司AC800M型PLC为基础,对液压泵站的硬件构成、 工作过程和程序结构进行设计。该液压泵站控制系统控制精度高、 可靠性强,完全满足连轧机液压 泵站控制要求,已经成功通过模拟调试,并将应用于生产实际。 关键词液压泵站;可编程控制器;控制系统;MCC 中图分类号 TP273 文献标识码B 文章编号 100020682 2006 0220055203 The design and application of a PLC2based control system for use with the hydraulic station of hot strip L IHuai2jiang, YAO Xiao2lan, J I ANG Sheng2gang, YU Xiang2tao Automatic Control Dept of Beijing Institute of Technology, Beijing100081, China Abstract In view of the featuresof a hydraulic station control system for hot strip to keep working for a long time with high reliability and complex signals, the paper presents the design of the relevant hard2 ware structure,working process and program structure applicable to the hydraulic pump station,which is based on the AC800M controller provided byABB Co. Ltd. This control system is provided with high ac2 curacy and reliability,which can satisfy the control requirement of any hydraulic pump station for a hot2 strip mill . The system has passed simulation debugging and commisioning and is going to be used in pro2 duction. Key wordshydraulic station; PLC; control system;MCC 0 引言 随着自动化控制水平的进步, PLC已经广泛应 用于机械制造、 冶金、 矿业、 轻工等各个领域。由于 PLC具有结构简单、 编程方便、 抗干扰能力强、 高可 靠性、 系列化等优点,已经取代传统的继电接触控制 系统及模拟控制系统 [1 ]。在热连轧生产线中 ,液压 泵站控制系统是HAGC 液压自动厚度控制系统 系统一个重要的功能部件,同时肩负着辊缝、 压下 量、 厚度的信息显示任务,其运转质量直接影响轧机 能否正常生产。如何在保证可靠性的前提下,不断 提高液压泵站控制系统的性能,成为系统设计的一 条重要准则 [2 ]。 1 热连轧泵站系统 液压泵站为连轧机短行程HAGC油缸提供油 源,保证液压站长期不断地提供动力,并使泵站系统 可靠运行油缸压力28 MPa,油液流量250 L /min, 液压油温度在38～41℃范围内,并尽可能减少扰 动。由于该泵站控制系统为连轧生产线上4个轧 机提供动力,并且油路较长,分散消耗的系统压力较 大,因此采用4台主泵其中3台使用, 1台备用来 解决系统动力问题;同时提供3台辅泵其中1台作 为预过滤泵使用 , 利用辅泵可以净化介质、 控制油 温和液位。整个泵站系统共有电动机7台、 伺服泵 4台、 螺杆泵3台,卸载阀7个,吸入阀7个,滤油器 7个,蓄能器6个,并有多个需要监控的温度、 液位 及压力信号。由此可见,液压泵站系统中涉及的被 控量较多,输入/输出信号较为复杂,并且系统要求 的控制精度高,可靠性强。系统以ABB公司的 AC800M型PLC为基础,对液压泵站的硬件构成、 工 作过程和程序结构进行了设计。 2 泵站控制系统构成与功能 液压泵站控制系统是保证整个生产过程的基础 552006年第2期 工业仪表与自动化装置 自动化部分,将通过以太网与整个主轧机HAGC系 统进行通讯,并通过HM I进行监控。液压泵站控制 系统与HAGC控制系统的关系示意图如图1所示。 图1 连轧HAGC控制系统 2. 1 系统硬件组成及特点 [3, 4 ] AC800M型PLC具备弹性化、 模块化、 轨道化、 快速化的特点;具有多个I/O接口,并可运用PRO2 FI BUS - DP进行扩展。设计使用的液压泵站控制 系统的组成如图2所示。 图2 液压泵站控制系统硬件组成 1 PM860处理器 CPU是管理控制的核心,包 括MPC860微处理器、 系统和用户储存器、 外设接 口、I/O总线接口等。CPU采用巡回扫描的方法进 行系统诊断、 程序编译和通讯管理。 2 通讯模块是基于PROFI BUS - DP总线的智 能通讯接口,包括一个CPU连接起来的主模块 master ,若干个基于PROFI BUS - DP通讯的子模 块 slave。 3 基本的I/O模块包括总线通讯接口、I/O模 块和模块终端单元。用户需要送入控制器的各种信 号将通过这些 模块进出CPU。选用的模块有 D I810、D I821两 种数 字 信 号 输 入 模 块; DO810、 DO820两种数字信号输出模块; A I810模拟信号输 入模块。 4 SD823电源能够为整个系统CPU、I/O模 块、 通讯模块提供可靠的电源可选择115 V或者 230 V。 212 控制系统软件设计与实现 在进行泵站控制系统设计的过程中,一个不可 缺少的步骤是根据生产的工艺过程分析控制要求。 如需要完成的动作动作顺序、 动作条件、 必须的 保证和联锁等、 操作方式手动、 半自动、 自动等。 对于较复杂的控制系统,需绘制系统控制逻辑图,以 清楚表明动作的顺序和条件。泵站控制系统的软件 编程通常采用梯形图语言,其特点除了形象、 直观和 实用之外,还具有很强的逻辑性,每条指令的条件与 结论表现的十分清楚。因此系统的逻辑设计也就成 为整个控制系统设计中必不可少的部分。 213 泵站启/停控制系统基本要求 1 软件中4个主泵地位是平等的,当操作工启 动了3个主泵之后,第4个泵即为备用泵,备用泵是 无法自动启动的。需要时,操作工可以停止故障泵 后启动备用泵; 2 在主泵启动之前,必须首先启动过滤/冷却 泵; 3 卸载阀在主泵启动与停止的过渡过程中 均需吸合,在主泵稳定工作时需要去电; 4 在同一时刻,系统只允许1台主泵启动。 由于主泵电机的功率较大,为了有效防止电流过 载,在系统设计时,采用5 s之内互锁,禁止其他 主泵启动的方式来解决过载问题; 5 系统压力太低时将产生停泵信号,此时所 有的液压泵必须停止; 6 油温 40℃ 时,加热器关闭。同样,油温 48℃时,冷却器打 开;油温 42℃ 时,冷却器关闭;油温 ≥54℃时,切 断主泵并向操作台报警。 214 控制逻辑 图3以3主泵为例,控制启停控制的基本要 求,详细设计了主泵启动时的逻辑控制关系,并作了 说明。其余主泵启动的逻辑控制关系与此相同。 图3 主泵3启动时的逻辑控制图 主泵3启动信号的输出是以主泵3启动命令 的发出为条件的。而主泵3启动命令要符合以下3 65工业仪表与自动化装置 2006年第2期 个条件 1 主泵3启动要求的锁定 ; 2 主泵3启动 的系统许可 ; 3 需要确定系统没有发出急停信号。 主泵3启动要求的锁定需满足 1 本地/远程 选择开关打开情况下主泵3本地启动命令,或本 地/远程选择开关关闭情况下来自HM I的主泵3启 动命令 ; 2 主泵3不处于备份状态 ; 3 主泵3启动 的系统许可 ; 4 系统没有发出急停信号。 主泵3的系统许可包括 1 主泵3吸入阀打 开,这是保证油路通畅的基本要求 ; 2 循环泵运行, 表示油液的预处理过程正持续进行,这是油液符合 使用标准的必要条件 ; 3 未检测到由于系统压力太 低而造成的停泵信号。系统在进行正常运行状态时 开始采用计时器的方式,确定30 s时间,再启动系 统压力检测开关,以保证其测量数据的有效性。 4 没有其他处于启动过程的主泵。系统需要确定有没 有其他主泵正在启动。如主泵1的启动过程,是靠 一个锁定节点来表示的。用主泵1的启动命令将 主泵1启动过程节点锁定,并同时启动计时器。当 计时器计时达到5 s时,也就是主泵1的启动过程 已经结束时,就可以将节点解锁。实际上是采用了 计时器和锁定节点,保证了在一个主泵启动的过程 中禁止其他主泵的启动。 3 程序设计 设计良好的泵站控制系统,其功能的强弱,效果 的好坏是由硬件系统和软件系统共同决定的,采用 ABB公司提供的Control BuilderM Professional的编 程环境,运用梯形图语言进行编程。图4给出了在 ControlBuilderM Professional软件中硬件的配置结 构与编程窗口。 按照上述的控制逻辑,充分考虑泵站运行时的 各种状态以及启停系统的工艺要求;充分估计可能 出现的情况,针对液压泵站中主泵启停既有条件互 锁,又有时间控制,同时还要考虑液压油温度、 清洁 程度、 吸入阀、 卸载阀状态等问题,运用Control BuilderM Professional软件提供的Ton、Tof等内部函 数进行解决。 图4 硬件的配置结构与编程窗口 4 结束语 该液压泵站控制系统已经通过模拟调试,并将 在轧钢厂投入使用,试验结果表明整个软硬件系统 构成合理,性能优越可靠,满足液压泵站启停逻辑控 制的要求,同时也达到了温度和液位等辅助控制的 要求。 参考文献 [1 ] 丁 炜,魏孔平 1可编程控制器在工业控制中的应用 [M ]1北京化学工业出版社, 20041 [2 ] 梁桂庆,罗东梅.四辊轧机液压泵站微机控制系统[J ]1 机电工程, 1998, 6 9 - 101 752006年第2期 工业仪表与自动化装置