加热炉抽钢机S7实践应用

一、引言

加热炉在生产中的作用就是将坯料加热到所需要的目标温度。

本项目是对宝钢热轧厂的加热炉电气控制系统进行改造。在冶金工业中，加热炉是热轧工艺中对板坯进行轧制前加热到目标温度的工序。其中的加热炉电气系统主要完成板坯的运送功能。

在加热炉的电气控制中，除了一些辅助设施泵和通讯等控制功能之外，就设备而言，主要包括推钢机、步进梁、抽钢机的电气控制。

推钢机的主要作用是把炉前对中结束后的板坯推入炉内，以让炉内步进梁接收。

步进梁的主要作用是通过固定间距的周期运动把加热的板坯一步一步送到加热炉的出口侧。

本文下面具体谈一下抽钢机。

二、抽钢机的功能

抽钢机的主要作用是把已经加热好的板坯从炉内抽出，并放在出炉辊道的中间位置。抽钢机有左抽钢机和右抽钢机组成，在短坯的情况下，左、右抽钢机单独运行，在长坯的情况下，两个抽钢机一起运行，但两个抽钢机没有耦合装置，它们同时运行时，是由软件来调节左、右抽钢机的速度，以达到同步运行的。

抽钢机的工作流程如下：

抽钢机分为3种运行方式：自动、半自动、手动。在自动方式下，由上位机下达指令，抽钢机自动运行完成抽钢动作；在半自动方式下，由操作人员通过画面输入抽钢电文数据，并下达抽钢电文，抽钢机自动运行完成抽钢动作；在手动方式下，由操作人员通过操作台上的操作手柄完成抽钢机的抽钢动作。抽钢机就是在不同的工作方式下，周而复始地工作。

图1  抽钢机工作时的场景

三、S7的实践应用

在加热炉的电气控制下，由PLC来完成，在PLC硬件方面，使用德国Siemens公司的s7-400PLC。CPU选择了CP417-4。TCP/IP通讯选择CP443-1通讯模板。与传动的连接使用Profibus协议，选用CP443-5通讯模板。其他的是通常的IO模板。

图2加热炉的PLC框架

在网络方面，系统的网络结构为冗余光学工业以太网环网结构。环网中的传输速率可以达到100M bit/s，使用集成在工业以太网OSM中的冗余管理器，可以使用快速介质冗余的交换技术，即使在光纤中断时仍可保持通讯。现有10 Mbit/s的H1网设备也可以通过转接模块ELM与OSM相联，实现新旧网的通讯。环网上的设备共同连接在OSM上，组成了环形网络结构。网络采用TCP/IP协议通讯，传输速率为100Mbit/s。

图3加热炉的网络设备

图4 SFC控制流程图

SIMATIC PCS7是德国SIEMENS公司最新开发的用于工业控制的软件产品，它能够用于多CPU系统，能够实现高速、复杂的控制任务，系统的实时性好，能够实现开环和闭环的过程控制和计算，针对不同的控制要求，可以实现各种控制功能。

图5 CFC编程界面

图6抽钢机WinCC画面

在本项目中，主要应用了PCS7中的CFC和SFC这两种编程方式。抽钢机的主体控制程序使用SFC编程方式，它主要能够实现前后关系较为紧密的逻辑步的程序编写。左、右抽钢机动作的步进控制均由SFC方式来实现。

CFC主要是实现一般的逻辑功能。包括原始位置标定、运行时的逻辑、辅助设施泵的控制等。

画面主要用WinCC来实现。主要是抽钢机的状态显示，以及对抽钢机进行操作的按钮等。可以在画面上显示抽钢机SFC顺序步的执行状态，方便调试。

四、结束语

通过使用Siemens的S7系列的PLC产品在加热炉抽钢机等设备上的电气控制上的实践应用。使我对Siemens的S7-400的软、硬件有了进一步的深入理解。光纤环网的使用大大增强了工业控制网络的可靠性；对于顺序控制步的实现，使用SFC的编程方式非常直观，而且方便。使用PCS7比使用单版Step7和单版WinCC更加方便。该加热炉电气控制系统自2004年10月投入运行以来，一直稳定运行，得到了用户的肯定。

作者简介：屠画，出生于1974年10月，籍贯上海市，大学毕业，工程师，主要从事工业自动化控制方面的工作。