无缝钢管自动化生产控制系统实现

田春雷

摘 要：无缝钢管机生产线工艺复杂，主要设备有轧管机、加热炉、再加热炉、穿孔机、冷床和减径机等。为了实现整个生产线的实时全自动化控制，文章所研究的无缝钢管生产自动化控制系统采用分层控制，其中现场控制采用PROFIBUS-DP网，而过程管理与监控则使用工业以太网（Industrial Ethernet），运行结果表明该系统运行稳定、高效，极大提高了无缝管的生产水平。

关键词：钢管生产；PLC；PROFIBUS-DP；工业以太网

引言

我国无缝钢管生产线建立较晚，于上世纪中期才成功生产出第一根无缝钢管，近些年，随着我国经济建设的发展，对无缝钢管的需求也越来越大，在这一需求的强劲拉动下，在我国出现了一拨又一拨对无缝钢管生产线投资的热潮，大量资金的进入极大加快了我国无缝钢管的生产的步伐，许多新的生产工艺、生产设备被引入，无缝钢管无论是在数量还是在质量上都有很大提高，我国无缝钢管的自给率正在不断提高，尽管无缝钢管的生产数量和质量得到了很大的提高，但与国际上无缝钢管生产强国相比，无缝钢管的生产技术、生产设备还有很大的差距，在国内市场上直接表现为一些高附加值、优质的无缝钢管主要还是依靠进口，因此在现阶段还必须加大投入，利用现代化技术，积极升级改造主要分布在中小企业车间的落后无缝钢管生产线，借助计算机信息化技术，可以提高无缝钢管的生产效率，提升无缝钢管的质量，进而在激烈的市场竞争中取得优势。

1 PROFIBUS-DP现场总线

PROFIUS-DP 现场总线具有多种组态方式，即可以构成单主站系统又可以组成多主站系统。每个基于PROFIBUS-DP 现场总线的控制系统可包括以下三种不同类型设备。

PROFIBUS-DP组态非常的灵活，在一条总线中，既可以有一个主站，也可以有多个主站，根据在总线中的功能不同，总线中的设备可以分为三类。一类总线主站（DPM1），DPM1是整个总线通信的控制器，在本案例中，PLC-300作为一类总线主站；除了一类主站，还有二类主站（DPM2），二类主站一般运行组态软件，属于操作设备，在PROFIBUS-DP中，一般采用工控机作为DPM2，通过工控机提供的人机界面，用户可以设置、监测整个系统的运行；在PROFIBUS-DP现场总线中，数量众多的是DP从站，这些设备一方面可以将自身采集的数据发送到主站，另一方面也可以从主站接收信息以完成相应的控制，在本案例的无缝钢管生产线种类和数量都很多，主要有直流驱动器、S7-200 PLC以及远程I/O设备等。

2 某公司无缝热轧钢管自动控制系统的构成

2.1 无缝钢管自动化生产控制系统组成

整个无缝钢管自动化生产线上的设备由一条PROFIBUS-DP现场总线相连，所有连接该总线的设备都需要有PROFIBUS-DP总线电气相兼容的通信接口，具有这样通信接口的设备分散在整个生产车间，在无缝钢管自动化生产线上的传感器、控制仪表以及电动机控制设备所需接收和发送的信息量较少，但为了达到对整个现场设备的精准控制，在生产时，对通信的实时性要求较高，图1是某公司无缝钢管自动化生产控制系统组成。

图1 无缝钢管自动化生产控制系统

从无缝钢管自动化生产控制系统图可以看出，整條总线的控制由一台S7-300 PLC完成，S7-300 PLC作为整条PROFIBUS-DP现场总线控制中心，是总线中的DPM1，在运行中，S7-300 PLC以一定格式的报文形式与总线中的众多从设备交换信息。图中的工控机是PROFIBUS-DP现场总线中的二类主站（DPM1），通过配备专门的PROFIBUS-DP总线适配卡与总线相连，工控机上运行WINCC过程监视软件，该软件具有良好的开放性和灵活性，完全能够胜任整个无缝钢管生产线上各设备的监控和参数设置。无缝钢管生产线上的设备种类很多，根据不同种类设备的特点，采取了不同的方式接入到总线，其中一些简单的I/O设备，通过接入西门子ET200与总线相连，这类设备数量众多，主要分布在矫直机组区、轧辊机区、穿孔机组区以及加热炉区；各种主传动电机通过西门子的全数字直流调速装置6RA70与总线相连；轧辊的位置控制则由S7-200 PLC完成，S7-200 PLC通过扩展模块EM277与PROFIBUS-DP总线相连。

2.2 上位机软件功能

借助工控机上的WINCC过程监视软件实现整个系统的组态以及对整个系统的监控，上位机软件主要实现如下功能：

（1）对生产线的监控：在组态成功后，工控机能够实时获取到整个系统的运行参数，借助这些从系统中获取的数据就可以很容易完成各种可视化的实时模拟界面，通过这些可视化的模拟界面，管理人员就可以很容易知道整个系统的运行情况。由于需要监控的设备众多，为了能够更清晰了解各区生产的细节，制作了多个实时界面，例如为了监控穿孔辊的位置以及设置相关的参数，制作一个专门操作界面，借助该界面，用户可以看到无缝钢管生产线穿孔的生产过程，在出现问题时，用户也可以借助界面上的按钮操作完成急停等操作。

（2）异常报警记录：整条无缝钢管生产线大部分时间都能正常平稳运行，对于偶尔出现的故障，上位机软件具有报警显示、记录功能。操作工作人员可以及时发现问题，并做出相应的处理，所有的报警都会有记录，用户可以借助查询，很容易发现某个设备在某段时间出现的故障信息。

（3）历史数据存储以及报表功能：在生产过程中各设备发送过来的历史数据以及操作员对系统操作的历史数据，上位机都会分类存储在本地硬盘，此外上位机还能根据用户的要求自动生产报表。历史数据对于查找问题，调整控制流程非常重要，例如轧辊的准确位置对于生产出合格的无缝钢管非常重要，借助历史数据，操作员可以调整轧辊位置控制算法，找出最优位置，确保生产出合格优质的无缝钢。

参考文献

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