議鋼材矯直過程中閉環控制研究

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摘要：萊鋼大H型生產線矯直機區域是整條生產線的核心區域，其性能的優劣直接影響到產品的合格率。其主要功能是將冷床傳輸過來的產成品鋼材進行物理矯直，以達到成品的要求。本方從其控制方式和系統組成上對FM458的使用和技術要點作了詳細介紹。

關鍵詞：FM458；硬件編址；高速訪問；閉環控制

1.前言

在現在的鋼材生產線中，很多生產廠家在矯直機控制上采用傳統的西門子程序，但由于矯直系統往往是作為一個鋼材生產線的最后一個成品環節，矯直機控制的優劣與產品的尺寸達標程度密切相關，傳統的矯直系統在控制上一般采用單PLC400或300控制方式，在每一道次的控制上，都由一個PLC控制。這種控制方式往往在控制精度上達不到理想化的要求，且矯直系統一般要求要有相應快，控制誤差小等特點，單一的PLC控制方式一般達不到這種要求。FM458是一種高速模板，其本身就具有處理數據和運算的功能，在功能上等價成一個PLC400類型的CPU。FM458應用模塊專為SIMATICS7-400站中的高動態性能閉環控制和技術應用而設計，可根據需要采用為：開環控制，閉環控制和運動控制；

萊鋼大H型生產線矯直機采用PLC400與FM458一起共同組成了一個控制系統，并將FM458模板作為現場控制輸出與輸入的中間模板，大大提高了控制系統的反應時間和控制精度，在現代化的軋鋼生產線中有著較廣泛的意義。

2.系統組成

2．1硬件組態

在硬件組態上我們選用西門子的S7400的CPU，設計上我們讓其主要控制數據傳輸，模式轉換等工作。

組態表如下：

1、CPU416PLC400系列

2、CP模板通訊模板

3、FM458自帶運算功能cpu

4、DP模板（FM458自帶）DP通訊塊

5、EXM438擴展通訊模板（I/O模板1）

6、EXM438擴展通訊模板（I/O模板2）

對于FM458模板來說，可選的PLCCPU可以從412系列到417系列。

對于不同的CPU來說FM458可能需要一些更新，更新的主要步驟如下：

a、用STEP7和編程設備將更新文件傳送到空白MMC。

b、將FM458-1DP斷電并插入包含FW更新的MMC。

c、上電。FM458-1DP自動檢測包含FW更新的MMC并啟動FW更新。

在FW更新期間，所有LED均亮起。FW更新完成后，STOPLED將閃爍。

d、將FM458-1DP斷電，并拆除包含FW更新的MMC。更新后的FM458就可以投入使用了。在上述的硬件配置中FM458是通過LE總線與EXM438來通訊的。

硬件CPU416是作為主站控制CPU來運行的，FM458模塊從屬于主站，并與主站和DP網通訊。

在通訊上每個EXM438下掛了四個絕對值編碼器，分別為第二組，第四組，第六組和第八組。

2．2FM458的通訊方式

A、FM458與CPU的通訊

FM458和SIMATICCPU（當然也包括416）之間的通訊有三種方式，

1、通過過程中斷技術可以與SIMATIC－CPU交換4個字節的數據。

2、通過SIMATICI/O的訪問方式可以交換128個字節的數據。

3、通過數據集和數據塊的方式可以交換大量字節的數據。

大H型鋼矯直機系統數據量較大，所以我們采用第三種方式，數據集傳輸方式，這種方式要先通過一個虛擬聯接。

在FM458-1DP上按如下3個步驟組態該連接類型：

1.建立連接：

組態中央通訊塊@CPB（從“SpezKomm”塊系列中）以初始化并監視數據集連接。

2.定義發送和接收數據集：

必須為每個數據集（報文）組態功能塊：

要接收的CRV。

要發送的CTV。

CRV/CTV連接處的數據/輸入：CTS=FM4581DP.P_B連接已連接到P總線耦合模塊，

CFC輸入：

標記CTS/鼠標右鍵/連接到操作數。已組態的模塊名稱（默認為“FM4581DP”）顯示在要連接模塊的選擇列表中。AR/AT=‘channelname.datasetnumber”任何名稱（最多6個字符）和由點分隔的數據集（對應于SCF58/59調用中的RECNUM信息/數據）。值范圍：2到127對于發送和接收數據集如果使用多個數據集，則通道名稱必須唯一，即它們必須各不相同。

3.為數據集分配處理數量：

如果通過“向地址插入連接”對話框將標記的塊輸出和輸入連接到數據集/報文，則將發送標記的塊輸出并從接收數據集中提供輸入。將聯合所有具有該名稱的虛擬連接以形成數據集。仍須為每個值（連接）指定順序編號。僅指定數據集中關聯值的順序，而不是絕對位置。

對于CFC代碼編譯，與數據集關聯的數據以遞增順序排列在存儲器中。例如，順序編號的分配可存在間隙，以便可以方便且連續地插入數據。

與“通過外設訪問進行數據傳送”相反，對于虛擬通訊，將始終連打包數據，無任何間隙。組態工程師必須通過謹慎地分配順序編號，確保將數據保存為字或雙字限制，以獲得高處理速度。順序編號不提供關于地址的信息，也不指定偏移量。如果S7程序需要數據集（例如以字節為單位）中值的偏移量，則可根據先前所有已定位值的總和，并在考慮到其數據類型（INT類型的長度為2，REAL/DINT類型的長度為4）計算得出。

B、FM458與PROFIBUS－DP的通訊

FM458與PROFIBUS-DP的通訊主要有以下特性

主站

FM458-1DP通訊模塊可在PROFIBUS上單獨（單機）工作，也可與其他主站一起進行所主站操作。

共享輸入

僅為每個連接到PROFIBUSDP的從站分配一個主站（參數化主站），并且從站最初只能與該主站進行通訊。其他主站可以使用“享輸入”讀取從站輸入數據。FM458-1DP作為主站和從站支持此功能。

時鐘周期同步

FM458-1DP及其用戶程序可與PROFIBUS時鐘周期同步。從站到從站通訊組態的從站相互之間可“直接”交換數據而不用FM458-1DP中進行組態。

數據長度在每個方向上可對于每個從站最多傳送244字節。一致性報文內的數據始終保持一致。

DP編址方式

在與DP總線聯接通訊過程中主要的技術要點是CFC塊的編址，編址方法如下：

1、通道名稱

最多8個字符ASCII字符，“@除外所有在接口X3處訪問FM458-1DP的傳送塊和接收塊的通道名稱必須不同（“Multiple”數據傳送模式除外）。對于PROFIBUSDP，通道名稱沒有任何特殊含義。在通道名稱后輸入“.”。

2、地址階段1

將從站PROFIBUS地址指定為地址階段1。對每個傳送和接收通道，僅可分配一次從站PROFIBUS地址。值范圍：0,3-1233...123：尋址外部從站。在地址階段1后輸入“.”。

3、地址階段2：

最多由2個字符組成。第1個字符：字節請求

“1”：標準PROFIBUS設置以“Motorola格式”（最字節之前）傳送數據。高字節在最低“0”:例外設置以“Intel格式”（最低字節在最高字節之前）傳送數據。該設置可用于使用Intel格式進行內部數據管理的通訊伙伴（例如SIMATICTDC）。

第2個字符：可選，僅接收器“R”：第二個主站讀取數據即實現訪問。僅可為接收通R”。

2．3控制流程

大H型鋼矯直機的FM458分別與主站CPU下掛的各種元件進行通訊用上面所述的第一種方式進行數據變換，這種交換方式下主要傳輸的是從二級系統傳來的各種設備的物理參數以及在矯直過程所需的各種設定參數，并通過DB塊作為接收和發送的緩存區。主要數據如下：

①矯直輥的設備參數，液壓缸的設備參數，軸向的最大行程。

②1至9號輥的軸向設定參數與實際數值。

③2，4，6，8號輥的DS側與OS側設定壓下值與實際值。

④現場各種元件到位信號與動作輸出。

⑤2，4，6，8號輥的現場設定壓力值與實際值。

數據是通過DB塊來進行傳輸的，實現了FM458與CPU通過P總線的通訊，屬于上面所說的第一種通訊方式。

對于由FM458自帶的DP總線和EXM438的訪問則是通過上述第二種通訊方式。

①DP線上掛載了1到9號輥的軸向編碼器。

②兩個機架橫移編碼器，三個ET200站。

③兩個EXM438上分別掛載了2和4號輥，6和8號輥的兩側的8個壓下編碼器。

④8個壓下壓力傳感器，和8個兩側壓下伺服閥

控制流程圖如下：

由于矯直機系統應用了FM458使其具有了響應時間更快，檢測更精確的特點，從精軋機軋出的鋼材可以通過矯直機最大程度的保證了產品的一次合格率，系統自投產以來運行穩定，沒有出現FM458所導致的故障出現。

3．總結

利用FM458的高速特性可以在現有PLC系統中獲得更高精度的控制工藝，可以提高產品的尺寸合格率，在現場線性位置或者其它檢測元件要求精度很高的區域尤為重要，且由于FM458為西門子自帶產品，具有很高有的兼容性，避免了耦合而出現的問題，在現代化的工業控制過程中具有極高的發展前景。