GEFanuc系列90-30PLC在ACCU轧机中的应用与特 .docx

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1、精品名师归纳总结GE Fanuc 系列 90-30 PLC 在 ACCU轧机中的应用0 引言ACCU轧机是接受两辊斜轧工艺、广泛应用于无缝钢管生产线的世界上先进的轧管机。它将穿孔后的毛管插入芯棒后喂入轧机，在轧辊与导盘的协同作用下前进并延长，将毛管轧成薄壁管材。由于用长芯棒生产，管材内壁光滑无刮伤。ACCU轧机机组把握设备较多， 且设备工艺间连锁关系复杂，是钢管热轧线上的核心机组。该机组与相邻的穿孔、定径机组也存在实时数据交换，连续作业需求使其自动化与实时性要求高，因而对它的把握只适于用先进的自动把握装置来完成。当今，ACCU轧机把握系统主要设备一般都接受运算机集散把握系统 DCS或可编程把握

2、器 PLC两大类。应用 DCS系统时， ACCU轧机的把握分布于局域把握网的一个或多个工作站，而局域网上同时挂接轧线上其它机组的如干工作站，操作员站和工程师站供应了人机接口，通过操作员站或工程师站的键盘可输入各类操作命令和数据、调用状 态画面，结果可在CRT上显示及打印。应用这种实现模式，系统把握与经管功能都较强，但缺陷是投资大且通用性与可移植性差。而应用PLC时，投资就相对较低且随着PLC与网络技术的不断进展，基于以太网的PLC网络逐步普及开来，不但利用了单体PLC功能性价比高的 特长，集中经管功能也大为加强，各把握系统之间集成便利。GE 90-30PLC 是 GE Fanuc 系列90 可

3、编程把握器家族中的一员，它成本低、性能高，不仅其CPU具有内置 PID、间接寻址、中断把握等强大的功能， 并且除了多种类型开关量及模拟量I/O 外，仍有轴定位模块、 Genius 通讯模块等功能很强的特殊模块供选择。对于如 ACCU轧机把握这类复杂的工业自动化应用场 合而言，能供应更经济有效的解决途径。本文以某公司已投入在线作业的ACCU轧机系统为例， 描述了机组工艺流程、 把握系统功能需求和接受GE90-30PLC作为基本把握单元的整个把握系 统设计及实现。 1 机组工艺流程ACCU轧机机组主要设备分布如图1-1 所示。机组主要工艺流程如下：穿孔后的毛管经星轮翻料机月牙挡料钩横移链对齐辊道对

4、齐辊道翻料钩予穿台芯棒插入毛管步进梁入口台限动小车启动芯棒夹钳动作、芯棒予旋转启动斜送辊升起并旋转限动小车前进到 2.85M（可设定） 限动位置主机负荷继电器得电 导盘润滑启动、 机内定心夹紧、 1-3 号芯棒夹持器闭合、 限动小车以极低的限动速度运行开头轧制停芯棒旋转、斜送辊降下并停转轧制完成（负荷继电器掉电）限动小车高速回退芯棒夹钳打开限动小车连续回退到 Home位置停止管子在出口台拖出辊升起并旋转、上导板打开管子送往定径机入口辊道。同时回抽芯棒由毛管步进梁 1#冷却辊道1-3# 冷却辊道依次启动芯棒送到冷却台架芯棒冷却旋转冷却步进梁芯棒润滑及定位辊道定位辊道翻料钩予穿台（供下次芯棒插入使

5、用）。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 1-1 ACCU 轧机主要设备分布图2 系统把握范畴与功能需求ACCU轧机电气传动与自动化系统把握范畴总体包含以下装置：直流可控硅调速把握装置、沟通传动把握装置、沟通变频调速把握装置、自动化把握装 置、液压把握系统、干稀油润滑电控装置。按系统把握功能需求，应中意如下把握功能：速 度曲线设定、位置调整及显示、次序规律把握、交直流传动调剂、故障诊断及报警。全部设备可分为两大类：A 在线设备指相关信号进PLC，依据在线规律把握其动作，对交直流传动而言，将把握其启停和完成相应的速度曲线。依据 ACCU轧机设备布局与工序之间连接关系，在线设备划分

6、为以下7 个把握区域：1） 横向输送链区。区域设备包含月牙挡料器、毛管横移链、对齐辊道及对齐辊道翻料钩。2） 入口台区。区域设备包含限动小车、限动小车芯棒夹钳、芯棒予旋转、1#-3# 芯棒夹持器、导盘润滑、机内定心。3） 芯棒插入区。区域设备包含1#-2# 芯棒支持器和芯棒插入传动设备。4） 毛管步进梁区。区域设备只含毛管步进梁。5） 本体区。区域设备包含上、下轧辊和上、下导盘主传动。6） 芯棒循环区。区域设备包含1#-3# 冷却辊道、冷前辊道挡料器、冷却步进梁、芯棒冷却旋转、新芯棒给料器、循环芯棒给料器、1-2# 芯棒润滑定位辊道、芯棒润滑装置。7） 出口台区。区域设备包含1-2 段拖出辊及

7、上导板。设计中之所以将毛管步进梁设备单独分区，是由于该设备贯穿多个区域设备的把握，而且它的旋转角度精确性也很关键，其停位准 确方能保证其它区域的自动初始条件有效，防止设备碰撞。将它单独分区，不但简洁手、点 动干预，更关键的仍考虑到便于调试或将来试车时，通过程序就可以模拟仿真自动轧管过程。B 离线设备指相关信号不进PLC，其把握方式与在线规律无关。离线设备包括上下辊入、出口压下调整。上下导盘水平、垂直调整。入口台、予穿台、拖出辊高度调整。上下辊喂入角调整。在把握系统实现上，对于不受PLC把握的离线调整设备，接受常规把握方式，即在操作台设转换开关或按钮、电位器，直接把握直流调速装置（直流传动时）或

8、MCC（沟通传动时）。由旋转编码器和数字显示器获得位置调整结果。而对于在线设备，由GE90-30PLC来完成把握，操作方式有自动、半自动、手动三种，使之能中意现场实际生产的需要。PLC把握包含了次序把握、速度及位置把握、显示报警。其中，次序把握依据检测元件的信号反馈，完成上述7 个把握分区各设备启停联琐。速度及位置把握包括芯棒插入、限动小车的定位把握和毛管步进梁、冷却步进梁速度把握系统。在芯棒插入的一个工作周期 中，有两个芯棒位置要求定位特别精确：一个是待穿位置，一个是插入完成位置。而限动芯可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结棒周期中，要求 Home位置、限动起始位置定位精确。为了

9、保证定位精度和牢靠性，这两个位置把握系统同时接受APM轴定位智能把握模块和PLS可编程开关两种措施进行速度与位置控制。在使用轴定位模块（APM）工作时，由 APM比较给定位置和 Encoder 检测的实际偏差，按设定的速度、加速度运算出一个速度给定值送到芯棒插入或限动小车的直流调速装置，由相应直流传动电机完成速度及定位把握。在使用PLS工作时，由 PLS开关点检测实际位置，PLC依据 PLS结果按速度曲线运算速度给定值并送进直流调速装置。对于毛管步进梁和冷却步进梁，就接受 PLS开关由 PLC进行分段速度把握。工艺要求在尽可能缩短周期的前提下中意物料轻抬轻放， Home位置精确。 PLC显示报

10、警功能就实现在各类事故或故障时，通过电笛、指示灯、画面显示准时通知操作人员相应信息。3 系统硬、软件配置 3.1系统硬件配置ACCU轧机把握系统设计基于这样的思想：中意工艺设备要求，确保自动化水平，优化系统结构，增强运行的稳固性。本系统接受美国GE Fanuc 公司的系列 90-30 PLC 作基本把握单元，完成整个轧机在线设备的自动把握功能。系列90-30 PLC 具有系统易扩展、配置灵敏、交互式编程、界面友好、易于操作、系统功能强、具有I/O 点监测报警、易于查找故障等特点，是完成现代工业自动把握的一种较理想设备。把握系统由两台PLC组成，实现对ACCU轧机在线 7 个分区的把握，两台PL

11、C通过 Genius 通讯模块进行相互的把握数据交换。全部调速装置作为PROFIBUS-DP从站，连入 DP现场总线网络。通过两个PLC中 CPU单元（ CPU364）的以太网接口连接到 HUB或以太网交换机，进而与上位机PC连接。系统配置如图3-1 所示。图 3-1 ACCU 轧机 PLC系统配置图3.2硬件配置特点两台 PLC 硬件配置类似，有利于削减备件储备。为了使用户能更便利的判定与查找故障源， 在 I/O 配置选型时， 选用了两类 DI 开关量输入模块， 一种是 8 路 220VAC（IC693MDL231），用于来自操作台的信号输入，如按钮、转换开关等。另一种是16 路 24VDC

12、（ IC693MDL646），用于来自现场检测元件的信号输入，如热探、光电开关、接近开关、PLS 等。同样选用了两类DQ开关量输出，一种为16 路 220VAC（ IC693MDL940），用于操作台指示 等。而另一种为 8 路 24VDC（ IC693MDL930），用于驱动现场电磁阀等（需通过中间继电器）。虽然系统全部速度给定与把握都是通过上位机、现场总线及PLC的软给定（数字给定），但为了进一步确保系统牢靠性，配置上增加了硬接线形式的给定和把握，即使显现以太网或可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Profibus网通讯反常时，系统也能接受模拟给定工作。选用了4 路模拟量输入A

13、I模块（IC693ALG220），用于上下辊及导盘的转速电位器给定（当通讯显现反常时接受）。两类模拟量输出 AQ模块，一种为 8 路（ IC693ALG392），用于到电流表或转速表的显示。另一种为2路（ IC693ALG390），用于沟通变频及直流调速装置的把握给定 （当通讯反常时投入） 。3.3 系统软件配置 3.3.1 PLC编程平台 GECIMPLICITY Machine EditionCIMPLICITY Machine Edition 是 GE Fanuc 推出的一个可以在统一的工作平台下同时开发多目标规律把握、运动控制等的新一代软件。它供应一个公共的环境用于配置、编程、调试和爱

14、护用户应用软件。其强大功能可以大大缩短应用软件开发、调试时间。应用ME开发 ACCU轧机 PLC软件的步骤如下：打开CIMPLICITY Machine Edition，在显现的对话框中，选择空工程OK，工程名为accu_plc1 （或 plc2 ），右击工程名后，在加入目标选项中，选择GEFanuc PLC的系列 90-30 PLC，对自动生成的 Target1进行硬件配置，配置方法为右击机架和槽号，通过替换模块或加入模块完成。需要留意的是Profibus主模块配置完后，仍要依次加入从模块，选SIEMENS的MASTERDRIVES CBP后x ，设置站号和 PPO4协议模式，站号设置应与调

15、速装置的相应参数设置一样。全部硬件组态完成后，须校验一下，无错误（仅有程序为空的警告）时，可以在规律的程序块栏下编写梯形图程序，缺省只有主程序块_main，可通过右击选新LD 块加入各个子程序块。在每个程序块内编写相应的把握程序。程序编写完后需进行校验，无错误后，方能下载到 PLC把握器内，第一次下载只能通过串口，将CPU以太网的 IP 的址写入，之后，就可以直接通过以太网来通讯了。3.3.2上位机 SCADA软件平台GE CIMPLICITY HMI Plant Edition接受 GE CIMPLICITY HMI Plant Edition作为 ACCU轧机上位机监控软件的开发平台。 C

16、IMPLICITY HMI软件是 GE Fanuc在数十年工业自动化体会积存基础上，与微软Microsoft合作开发的业界最优秀的人机界面软件之一，它功能强大并易于使用。在上位机PC上（操作系统为 Windows2000 专业版） 安装 PE并运行，新建 ACCU_ROL工L 程， 定义工程属性，在“选项”中选中“ Basic Control”与“ Database Logger ”，因本工程中要用VB脚本编辑大事并且在数据库中记录点值（为趋势使用） 和大事信息， 在“协议”中选中“ Series90Ethernet ”，因 PLC与上位机通讯接受以太网TCP/IP 。在“安全”的“资源”项中

17、新建ACCU资源，“角色”使用系统缺省的三种，除系统的经管员用户外，在“用户”中新建一个使用 密码的用户，让 ACCU资源为其所用，以便以后在某些画面能限制未授权用户的拜望。但由于这样做至少用户名是明确的，虽然密码可以隐匿，系统使用久了也简洁知晓，所以对于一些 关键画面和环节，就是通过编写代码建立并隐匿了用户名和密码，使各类用户分级，并在画面运行的状态下，授权用户可以修改他的用户名和密码。定义使用S90_TCPIP 协议的端口以及系统占用端口的PLC1和 PLC2两台设备（在 TCP/IP 中写入相应 PLC的 CPU的 IP 的址，只是最终一位不同，以确保在同一网段，上位PC 机也要使用同一

18、网段的固定IP 的址），接下来就可以定义系统点标识（设备点或虚拟点）和编辑系统画面了。4 应用软件结构和功能特点 4.1 PLC 程序结构与功能特点ACCU轧机 7 个在线把握分区的设备把握由PLC1 和 PLC2 共同承担。二台 PLC分别把握以下分区：PLC1 把握：横向输送链区、毛管步进梁区、芯棒插入区、 芯棒循环区。PLC2 把握： 入口台区、本体区、 出口台区。4.1.1PLC1 程序结构与功能_MAIN：依据各区的初始预备条件完成相应子程序调用，PLC启停初始化。ALARM：全部指示灯、电笛、外表显示。CIRAUTO：芯棒循环区自动程序。CIRMAN：芯棒循环区手动程序。CNVBA

19、：K 变频与工频倒换的备用辊道把握程序。ESTOP：紧停的相关处理。ETHNE：T 将直流调速装置有关状态字数据打包转换后通过以太网传给上位机 HMI。GDATA： PLC1 与 PLC2 把握数据交换。HENAUT：O 横移链区的自动程序。 HENMA：N横移链区的手动程序。INSAPM：芯棒插入的 APM校零，取上位机HMI 的设定数据。INSAUTO：芯棒插入的自动程序。INSMAN：芯棒插入的手动程序。PROFIB：分解和打包与直流调速装置交换的数据。WLKAUT：O 毛管步进梁区的自动程序。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结WLKMA：N毛管步进梁区的手动程序。4.1.

20、2 PLC2程序结构与功能_MAIN： 子程序调用， PLC启停初始化。ALARM： 全部指示灯、电笛、外表显示。ESTOP： 紧停的相关 处理。ETHNET：将直流调速装置有关状态字数据打包转换后通过以太网传给上位机HMI。 GDATA： PLC1 与 PLC2 把握数据交换。INTAPM：入口台的 APM程序的校零，取上位机HMI下载数据。INTAUTO：入口台自动程序。INTMAN：入口台手动程序。MAIN：本体的把握程序。OUTAUT：O出口台的自动程序。OUTMA：N出口台的手动程序。PROFIB：分解和打包与直流调速装置交换的数据。4.1.3PLC程序特点从上面可以看出，两台PLC

21、接受了类似的程序结构，只是把握设备的分区不同而已。PLC程序都接受了梯形图形式编 写，这样的目的是为了使程序的可读性、易爱护性更好， 均由主程序块 _MAIN依据各个分区的初始条件调用或直接调用其它的各个子程序块。层次清楚，并且为了在PLC 中查找故障更快捷，在每个分区的自动程序块的开头行，都汇总了该分区全部检测与执行元件的开关量输入/ 输出点（依动作次序），全部变量和把握段落都给出了中文描述，便于用户对程序的懂得。4.2上位机 SCADA应用软件与功能特点ACCU轧机上位机 SCADA应用软件完成与之通过以太网通讯的两台PLC 的数据采集与监控。创建的主要系统画面包括主画面、机组概貌、检测元

22、件状态、分区自动答应、速度参数设定、位置监控画面、直流调速系统状态、主机/ 导盘运转答应、主机 / 导盘运转参数、报警记录等。4.2.1主要画面功能1 主画面。在工程运行时，自动进入该界面。在该画面中，显示当前报警历史中有无活动报警的提示，可以通过画面按钮直接调用系统其他画面。另外仍设置了退出系统按钮，当按下时，要求输入密码，正确后，会提示两种退出方式，一种是不停止服务器，工程在后台运行。另一种是停止服务器和工程。这样即使生产时，便利有权限用户在不中止工程的情形下，临时作其它工作，如进入 PLC 程序编辑等。或在完全检修停电时，终止工程的运行，使数据库记录数据不再无谓膨胀。2 机组概貌画面。该

23、画面以色块形式显示了ACCU全部在线设备的实时状态，设备未运转时为灰色，正转或升起时（阀）为绿色，反转或降下时（阀）为黄色，为节约视觉空间，各设备均以传动号标识，画面上有查看帮忙按钮，按下会弹出传动号定义画面。画面的左上方集中给出了7 个把握分区的当前操作方式的自动/ 手动文本指示。3 检测元件状态画面。 标示了全部在线检测元件的位置与当前状态，PLS的角度， 并且能自动弹出每个检测元件的功能描述。4 分区自动答应画面。画面以文本和状态色块结合形式集中显示了7 个分区中每个分区的自/ 手动状态，和自动初始条件每哪一项否中意。并且也显示了两个ProfibusDP网络的每个装置的当前网络连接状态。

24、5 速度参数设定画面。进入该画面之前会自动弹出权限检查画面，有身份验证和修改选项。将给三次身份检查机会，连续三次错误会自动退出界面，如身份OK，就自动进入速度参数设定画面，在画面中由工艺人员输入喂入角、直径等工艺参数，主机轧辊、导盘、辅机（调速装置）线速度给定（画面可正/ 逆向翻页），在 HMI 中，会自动依此换算出PLC把握给调速装置的给定包括转速RPM和工程量值。这样的特点在于可以减轻PLC的 CPU运算负担。设置了设定数据送PLC的按钮，以触发设定值的变化，不仅便利提前输入下批轧制数据，而且在将来有多个上位机时，确保到PLC 的数据受控。6 位置监控画面。 显示了 APM轴定位系统芯棒插

25、入、限动小车的位置调剂状态， 实时 / 历史位置趋势图。7 直流调速系统状态画面。集中显示了ACCU轧机全部直流调速 装置是否预备好、运行、轻故障、重故障的状态信息。8主机 / 导盘运转答应画面。显示了上、下辊及导盘运转的初始条件中意状态。9主机 / 导盘运转参数画面。以柱状图和趋势图形式显示了上、下辊及导盘的实时运转速度、每台电机电流、总电流，并给出了这些参数的历史趋势调用入口。10报警记录画面。综合显示了全部报警历史信息，包括报警项、数目、是否确认、报警日期和时刻， 描述等。供应对报警的确认、 删除等把握。4.2.2上位机应用软件特点1多层次分级用户的建立。不仅通过PE 平台的“用户”功能

26、建立授权用户， 仍通过编写代码进行文件拜望去建立多级用户档案，增加了保密性、 灵敏性。2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结交互性好。许多画面都给出了弹出式帮忙信息，在不阻碍用户视线前提下，使用户猎取大量有用信息。3最大化信息量。供应把握设备的细化信息，不但保证工艺人员通过HMI 自动运算下达工艺参数，也使设备爱护与技术支持人员能直接通过HMI 有效提取信息。可通过画面直接查找故障。4历史数据处理。数据库中的历史数据将定期自动转储到硬盘，方便将来对数据的检索。5画面美观、有用。画面的颜色充分考虑了视觉影响，使信息易捕获且不伤视力。信息分类并供应多种表达及入口，更加有用。6退出系统功能。一般来说，许多上位机不设置退出系统功能，但为了一机多用，在此设置了两种形式的退出功能。更好的中意了用户所需。5 终止语接受了 GE Fanuc 解决技术方案的 ACCU轧机把握系统不但节约了投资成本，而且设备稳固性高。两台系列90-30 PLC硬件与软件相像的设计，不但使用户削减备件开支，而且也使用户对系统更简洁懂得。上位机通过以太网通讯也使把握信息可以很简洁从把握层无缝过渡到经管层。系统自投入以来始终牢靠运行的实践已说明白它给用户带来的利益。可编辑资料 - - - 欢迎下载