西门子PCS7系统在小棒材轧制系统的应用

张秀利

摘  要：介绍西门子SIMATIC PCS7系统在小棒材轧制系统的应用;重点介绍PCS7系统的组成和项目特点

关键词：PCS7系统;小棒材轧制;WinCC画面

1 小棒材轧制线项目的PCS7系统的结构组成

1.1 PCS7系统概述

西门子的SIMATIC PCS7集散控制系统是集DCS、PLC以及远程I/O站为一体的新型全集成控制系统，具有分散控制、集中管理的优点，控制装置和现场仪表全部数字化，安装方便、成本低、维护管理智能化等特点，它代表了当今控制系统的发展方向。

1.2 轧制线系统结构

东特集团大连基地的轧线搬迁项目是在2010年落成，开始试运行的。西门子公司PCS7系统是主控系统，系统通过服务器（SERVER）将工程师站（ES）、自动化系统（AS）和操作员站（OS）三者，利用工业以太网连接在一起。工厂操作员可在过程模式下在操作员站（OS）上操作并监视整个轧钢过程，PCS7系统为操作员显示所有轧钢过程画面。自动化系统（AS）用于控制轧钢过程（开环和闭环控制）的所有动作，而操作员站将从自动化系统中读取过程值并在人机画面中以图形形式显示这些值。工程师站（ES）对整个 PCS 7 系统进行组态 ，采用集成的全局数据库和统一的组态工具 SIMATIC MANAGER对整条轧钢线项目进行建立、处理和归档。过程值达到或超过自動化系统指定限值时，操作员站的人机画面中还会立即显示警告和报警。这使操作员可以快速确定整条轧线中出现问题环节的确切位置。人机界面系统（HMI）的操作员站启动时的界面上方带有菜单栏。通过这个菜单栏，可以调用厂区界面和局部区域的操作员界面。我们通过任何一个操作站都可以调用每一操作站的界面，如果需要限制个别操作界面，可以通过设定权限来控制操作员的操作界面范围，PCS7的人机系统是相当灵活的，可以无限拓展和增减。操作员界面按逻辑设计，只有对正常生产必要操作信息才会显示出来。在需要的情况下才显示的信息，会根据相应的命令来显示。

1.3 轧钢系统的实际应用

1.3.1自动化系统工作模式

1.3.1.1 操作模式。定义了3种主要操作模式：

①自动模式。只有在自动模式下才可以进行生产。在此模式下，轧制过程由PLC系统根据目前的轧制程序表设定来进行控制。只有所有设备状态显示为浅绿色时主桌面上的GROUP START/轧制启动功能才对操作员开放。使用FAST STOP/快速停车按钮可以在任何时间中断自动操作自动模式。从TOMATIC/自动模式切换到MAINTENANCE/维修模式将立刻激活禁止要钢功能并且停止轧制过程。②维护模式。维修模式不是为生产目的而设计的。维修模式只用于维修和检查运行情况和传动系统的情况。所有被控制的传动系统可以被启动、停止并且可以被加速到100%的正常速度。③就地模式。自动和维修操作模式可以通过HMI上的功能键来选择。就地模式通过HMI预选，并且通过就地可获取的操作员站上的启动按钮来激活。就地模式只有在维修和发生故障期间使用。在就地模式情况下，操作员手动控制各种运动的实现。个别的运动只有在互锁条件满足的情况下才能实现。就地模式允许情况：从面板上爬行轧机或其它传动设备、爬行飞剪、换辊。主控制台操作员可以选择就地模式，并且可以在本地操作箱上锁定此模式。在主控制台操作员能够再次选择自动模式之前，本地站必须释放就地模式。未经主操作台允许选择的就地模式将被控制系统忽略。轧制过程仍旧保持当前操作模式。停电后的上电，中断的运动不允许自动处理，而是必须由操作员复位。

1.3.1.2 改变操作模式。模式切换大致包括5种情况，自动模式与维护模式的相互切换、自动模式与本地模式的相互切换、组模式、就地模式和单动模式。整个轧制过程分为粗轧区、一中轧区、二中轧区、Kocks区、冷床区几个不同的区域。

1.3.2 PCS7系统的级联控制特点

自动控制系统为轧制提供了级联控制。级联控制是指你可以手动修改主传动系统中某一个的速度，而自动控制系统将根据以前存在的速度关系来改变其他上游传动系统的速度与之相适应。轧制过程有3种模式：自动、维修和就地。同样，有3种模式可以运行传动系统：成组、单动和本地。一般来讲，正常的生产过程和模拟轧制传动系统（不选择或者是空过）通常都是要在自动和组模式下进行的。注意，在轧制过程中选择单一模式必然会引起堆钢。如果开始轧制，永远不要忘记将所有的传动系统切换到组模式。如果某一个传动装置工作在单一模式，而其他的传动装置工作在组模式，那么这个单一模式的传动装置将不会跟随调整变化它的速度，因此速度的不匹配势必引起堆钢。级联控制为经验丰富的操作员提供了一个调整轧机以达到实现最大产量的手段。

1.3.2.1 操作员站。

级联控制由中央控制台上的按钮和选择切换开关来控制。每个传动系统都有一个按钮。按这个按钮意味着将改变传动系统的速度。一直点亮一个指示灯表明选择了这个按钮。如果一旦选择了某个传动系统，那么直到另外一个传动系统被选择或者重新启动PLC之前这个传动系统将一直处于被选择的状态。有一个选择切换按钮用来切换单一模式和级联模式。

单一模式的意思是只有选定的传动系统的速度会被改变。

级联模式的意思是选定的传动系统和其上游的所有传动系统的速度都会被改变。

有一个五档选择切换按钮用来提高或降低速度。慢加速档以每秒1%的速度加速，快速加速档以每秒3%的速度加速;减速方向：慢减速是1%每秒，快减速3%每秒。

1.3.2.2 监视系统。

速度改变，操作员可以通过HMI人机画面观察到及时的变化。每次按下选定的按钮时，下面的界面就会自动打开。旧的速度显示一直保留为选择传动系统那一时刻的速度。为了确保级联系统无故障的工作，注意每次更换新品种时，数据都要从操作回存到修改。这将有助于自动化系统程序清空某些缓冲器，并通过技术功能和级联干预来寻找速度改变之间的平衡。有时只有一个机架的一个轧机设备被改变。为保证轧制的平滑重启，只需选择这个机架级联降速1%，这将增加1%的张力有助于防止重新启动后的堆钢。自动化系统将在下两根钢坯后取消此张力，这都是PCS7系统的独特之处。

2 结论

综上所述是PCS7系统在我们特钢集团的一个实际应用，日益完善的控制理论会在工业控制场所发挥所长，占据半壁江山。在自动化控制技术的应用过程中，配合以高科技的材料、先进的设备、完善的管理体系以及正确的操作流程，自动化控制技术将会在未来的社会发展中起到至关重要的作用。