西门子S7-400在2800mm冷轧计算机系统改造中的应用

蒙 超

（西南铝业（集团）有限责任公司压延厂，重庆 九龙坡 401326）

西门子S7-400在2800mm冷轧计算机系统改造中的应用

蒙 超

（西南铝业（集团）有限责任公司压延厂，重庆 九龙坡 401326）

阐述了西门子S7-400在2800mm冷轧机计算机系统改造中的应用，并详细介绍西门子S7-400系统的硬件组态、ProfibusDP和工业以太网的应用以及改造后的效果。

西门子S7-400；FM4581DP；PROFIBUS；硬件组态

0 前言

上世纪90年代中期，由日本三菱公司A系列PLC构成2800mm冷轧计算机控制系统投入运行，是冷轧机列的中枢神经。该系统从投产至今已连续运行二十多年，近几年多次发生电子插件板硬件损坏、数据丢失、输入输出通道损坏等问题，同时该系统面临淘汰，日本三菱公司已停止生产该型号产品，系统已无备件来源，仅存备件购置多年老化严重，一旦关键插件损坏和仅存备件的进一步耗用，该系统将陷入瘫痪状态。加之该系统通信协议不标准、不开放，无法与集团公司信息化网络系统接口，也无法对以通信方式与计算机系统进行数据传输的下一级传动控制系统进行通讯。其上位机监控系统是原中南工大基于DOS系统开发的，由于受技术限制早已经不能满足生产维护的需要，在实际生产中经常发生死机现象，而且无法记录生产过程数据。基于以上原因，对2800mm冷轧机计算机系统的改造势在必行。改造后的新系统将提高自动化水平、提升系统控制精度和稳定性，从而可以降低工人劳动强度，大大提高产品质量和生产效率。

1 系统硬件

根据2800mm冷轧机的工艺要求，新的计算机系统采用两套西门子公司的SIMATIC S7-400系统，分别作机列自动化PLC和厚控AGC自动化PLC。两套SIMATIC S7-400系统主CPU选用CPU414-2DP，同时选用CPU工艺模板FM458-1DP。FM458-1DP能够完成高动态响应的开环和闭环控制功能，它构架于S7-400框架体系内，作为从节点通过S7-400机架总线和主CPU414-2DP通讯。通过ProfibusDP现场总线挂载站点模块ET200M、ET200S和全数字直流调试装置6RA70，以及以太网通讯模块CP443-1和HIM通讯。

1.1 硬件配置

机列自动化系统PLC通过ProfibusDP接口挂载8个西门子ET200M从站、4个西门子ET200S从站、6个6RA70直流调速装置及9个带ProfibusDP接口的数码显示仪表。厚控AGC系统PLC通过ProfibusDP接口挂载2个西门子ET200M从站，8个带ProfibusDP接口的数码显示仪表。机列自动化PLC和厚控AGC系统PLC和3套HMI系统通过工业以太网交换机实现数据交换。两套系统主要硬件配置见表1和表2。

1.2 硬件组态

SIMATIC S7-400系统的组态及编程采用西门子基于Windows操作系统的STEP7。而FM458-1DP需要CFC、SFC等软件包支持。“硬件组态”指在站窗口中对机架、模块、分布式I/O（DP）机架、以及接口子模块等进行排列。使用组态表表示机架，就像实际机架一样，可以插入特定数目的模块。在组态表中，STEP7自动给每个模块分配一个地址，站中的CPU可以自由寻址，可以改变站中模块的地址而无需更改模块插槽的实际位置。2800mm冷轧计算机系统硬件组态见图1。

图1 系统硬件组态

2 系统网络

2.1 ProfibusDP网络

主站PLC通过ProfibusDP网络与ET200从站、全数字直流调速装置6RA70之间实现通讯。将现场分布复杂且繁多的数字量、模拟量信号先采集到现场的ET200从站，然后通过ProfibusDP总线传送至主站并接受主站的控制信号。这样可以减小现场施工难度，同时节约大量电缆，可以节约至少20%的改造费用。

2.2 工业以太网络

两套S7-400系统PLC通过CP443-1通讯模板接入到工业以太网交换机和其它3套上位机PC（基于WINCC人机界面）通过TCP/IP协议连接来进行数据交换。其中远程上位机PC和AGC-PLC利用光纤切换模块（OSM）接入工业以太网交换机，可以有效避免远距离通讯的干扰问题。系统网络图见图2所示。

图2 2800mm冷轧计算机系统总网络图

3 实施效果

系统改造后经过一段时间实际运行效果显著。主要表现有以下几方面：

（1）提高了2800mm冷轧机的自动化程度。系统实现了轧辊压力和位置控制、自动对辊控制、板材轧制厚度控制、卷径计算、轧机全线速度同步控制、主机传动速度控制、左右卷取机和开卷机传动系统速度张力控制、压下系统控制、液压弯辊系统逻辑控制。实现通过轧制表参数自动调节辊缝位置、目标厚度设定、张力设定、速度设定等，提高了系统自动化程度，减轻了工人劳动强度。

（2）系统实现了轧制过程监视、生产过程参数实时记录和修改功能。新系统通过上位机PC画面可以监控整个生产过程，了解实时生产情况。上位机监控画面由轧机生产主画面和AGC监控主画面组成。轧机生产主画面包含系统状态子画面、液压系统子画面、报警系统子画面等，AGC监控主画面包含对辊子画面、轧制表管理子画面等。生产过程参数记录功能实现了对主要的过程参数实时趋势曲线显示和历史趋势曲线记录。为故障进行分析和优化工艺参数的设定计算提供了实际数据。

（3）提高了产品质量和成品率。由于新系统稳定可靠并采用了全新的控制技术和算法，系统实现了带材卷径计算、转动惯量动态补偿、摩擦补偿、速度张力控制、断带和超速保护功能。有效提高了板材质量和成品率。

4 结束语

S7-400系统投入运行以来生产稳定、效果良好。通过生产人员反映和实际使用情况表明新系统稳定可靠，有效提高了2800mm冷轧机的生产水平和自动化程度，也使生产的操作更加简便，降低了工人的劳动强度和维护的强度，完全达到预期的设计目标。

（编辑：杨毅）

Application of Siemens S7-400 in Computer System of 2800mm Cold Rolling Mill

MENG Chao
(Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

Application of Siemens S7-400 in computer system of 2800mm cold rolling mill is expounded in the paper. Hardware configuration of Siemens S7-400 system, ProfibusDP and industrial Ethernet and the effectiveness after transformation are introduced in details.

S7-400; FM4581DP; PROFIBUS; hardware configuration

TG334.9+1

B

1005-4898(2014)04-0041-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.10

蒙超（1983-），男，四川南部县人，大学本科。

2014-06-10