隨著產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，公司的圓鋼主導(dǎo)產(chǎn)品擴(kuò)展到Φ50～160mm,鋼坯斷面由150×150mm2擴(kuò)需到210×280mm2,如何保證鋼坯從加熱爐出爐后能更好實(shí)現(xiàn)除鱗效果，公司決定對(duì)原水除鱗系統(tǒng)進(jìn)行技改，電控設(shè)備主要有編程用計(jì)算機(jī)、西門子S7-200、施耐德變頻器、人機(jī)界面TD200 等。

系統(tǒng)工作方式分為手動(dòng)和自動(dòng)除鱗，同時(shí)具有各種聯(lián)鎖和保護(hù)設(shè)置，從而使該系統(tǒng)一直處于可控運(yùn)作狀態(tài)，通過近三年來的現(xiàn)場應(yīng)用，達(dá)到了相應(yīng)的工藝要求，即除鱗前后鋼坯溫降＜20℃，除鱗水壓力在0.1～40.0MPa可調(diào)，除鱗效果＞99 %。

1 除鱗工藝流程

由于現(xiàn)場采用“一主一輔一備”兩泵工作一泵備用工作制，因此在設(shè)備運(yùn)行前首先要選擇除鱗泵，同時(shí)需滿足變頻器啟動(dòng)條件（水箱的工作水位、液壓站油壓、潤滑站油壓、循環(huán)閥開啟、變頻器無故障），才可以啟動(dòng)變頻器。

變頻器啟動(dòng)后，高壓除鱗泵運(yùn)行，系統(tǒng)處于低頻節(jié)能工作狀態(tài)，高位水箱里的水通過高壓除鱗泵經(jīng)循環(huán)閥返回水箱，做低壓循環(huán)，當(dāng)熱金屬檢測儀檢測到鋼坯信號(hào)時(shí)，循環(huán)閥自動(dòng)關(guān)閉，變頻器高頻運(yùn)作，高壓水從除鱗裝置噴出，清除鋼坯表面的氧化層。鋼坯完全除鱗后，循環(huán)閥自動(dòng)打開，系統(tǒng)又處于低頻節(jié)能工作狀態(tài)，除鱗結(jié)束。

2 工控結(jié)構(gòu)和硬件配置

本系統(tǒng)的動(dòng)力部分由3臺(tái)160kW異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“一主一輔一備”兩泵工作一泵備用工作制，變頻器采用施耐德Altivar 71系列，用以實(shí)現(xiàn)變頻器頻率變化。

工控結(jié)構(gòu)如圖1：西門子S7-200，它具有執(zhí)行指令快、性能穩(wěn)定、簡便靈巧等特點(diǎn);而TD200文本編輯器是所有S7-200系列操作員界面問題的最佳解決方法，在S7-200系列的CPU中保留了一個(gè)專一區(qū)域用于與TD200交換數(shù)據(jù)，TD200直接通過這些數(shù)據(jù)訪問CPU的相關(guān)功能。在本系統(tǒng)中，TD200主要用于進(jìn)出口水壓力顯示與報(bào)警、變頻器調(diào)頻設(shè)定等相關(guān)功能。

圖1 工控結(jié)構(gòu)

2.1 S7-200硬件配置

1) CPU模塊

選擇CPU224。它自帶14路數(shù)字量輸入、10路數(shù)字量輸出，分別反映1#～3#泵變頻器啟動(dòng)、運(yùn)行、故障的相關(guān)狀態(tài)及1#～3#泵變頻器啟動(dòng)、運(yùn)行執(zhí)行情況，同時(shí)該模塊最大可擴(kuò)展256個(gè)數(shù)字量和16個(gè)模擬量通道。

2) 信號(hào)模塊

信號(hào)模塊是連接PLC和外部設(shè)備的接口模塊，通過對(duì)輸入或輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，以便信號(hào)的處理和執(zhí)行。本系統(tǒng)選用的數(shù)字量輸入模塊為EM221，型號(hào)為6ES7 221-1BH22-0XB8，它完成三臺(tái)泵起停的電氣柜面板輸入及除鱗信號(hào)獲得。

數(shù)字量輸出模塊為EM222，型號(hào)為6ES7 222-1HF22-0XA8，用來檢測進(jìn)口、出口水壓力及除鱗狀態(tài)。模擬量輸出模塊為EM231，型號(hào)為6ES7 231-0HC22-0XA8，用以反饋三臺(tái)泵變頻器的實(shí)際運(yùn)行頻率。模擬量輸入模塊為EM232，型號(hào)為6ES7 232-0BH22-0XA8，完成除鱗泵變頻器所需頻率。

3 程序結(jié)構(gòu)

PLC程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，本項(xiàng)目利用西門子STEP7-Micro/WIN32編程軟件，采用模塊式編程方法，分別為主程序、出口水壓力、進(jìn)口水壓力、變頻器自動(dòng)調(diào)頻、變頻器手動(dòng)調(diào)頻等模塊，這大大提高了程序的可移植性和通用性。通過TD200只需改變工藝參數(shù)，就可自動(dòng)完成控制﹑比較﹑運(yùn)算﹑報(bào)警等功能，滿足現(xiàn)場工藝要求。

3.1 除鱗啟動(dòng)、跳閘條件

1) 啟動(dòng)條件：

⑴進(jìn)水水壓 〉1.0MPa。

⑵除鱗泵進(jìn)水閥門、出水閥門處于開啟狀態(tài)。

⑶循環(huán)閥處于開啟狀態(tài)。

⑷液壓站系統(tǒng)壓力 〉5MPa。

2) 跳閘條件：

除鱗系統(tǒng)壓力≥41.0MPa；電機(jī)過荷超過設(shè)定值；進(jìn)水水壓≤0.6Mpa，進(jìn)水水壓≥1.6Mpa。

3) 系統(tǒng)保護(hù)：

在整個(gè)系統(tǒng)中，設(shè)置了壓力保護(hù)點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過40.0MPa 時(shí)，循環(huán)閥打開，系統(tǒng)卸壓；當(dāng)壓力超過40.5MPa 時(shí)，泵自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)前兩個(gè)電氣自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)都失靈的情況并且壓力超過41.0MPa 時(shí)，安全閥起跳，系統(tǒng)泄壓，來保護(hù)安全閥的頻繁起跳而造成安全閥關(guān)閉不嚴(yán)。

3.2 主/輔泵變頻器頻率給定轉(zhuǎn)換

由于工藝需求，現(xiàn)場除鱗采用“一主一輔一備”兩泵工作一泵備用工作制，主泵變頻器頻率給定由TD200 中“系統(tǒng)設(shè)定頻率”地址VW75直接輸入，并有PLC失電自保持?jǐn)?shù)據(jù)功能。輔泵變頻器頻率給定可根據(jù)除鱗進(jìn)、出口水壓力進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)頻，以滿足軋制不同規(guī)格產(chǎn)品除鱗所需的水壓力，PLC失電數(shù)據(jù)自動(dòng)清零。

以1#變頻器為例來分析，圖2中，通過M0.5來實(shí)現(xiàn)1#變頻器主泵/輔泵頻率給定方式的轉(zhuǎn)換，M0.5=0為主泵頻率給定方式,VW276通過圖3進(jìn)行頻率的編程處理，產(chǎn)生頻率模擬信號(hào)AQW0給變頻器1; M0.5=1為輔泵頻率給定方式,VW270通過圖4進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)的PID運(yùn)算，來完成變頻器的頻率AQW0給定。

圖2 1#變頻器主/輔泵頻率給定方式轉(zhuǎn)換

3.3 主泵變頻器頻率給定的編程

圖3為人機(jī)界面TD200由地址VW75向CPU224傳送頻率數(shù)量值，數(shù)值范圍為0～50,經(jīng)SIMATIC整數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算指令，產(chǎn)生0～32000的數(shù)字量，這相對(duì)于變頻器模擬頻率0-50HZ,由圖2方式傳送到輸出模塊模擬通道AQW0，形成0～10VDC電壓作為變頻器頻率的給定值。

圖3 主泵變頻器頻率給定的編程

圖4 PID運(yùn)算

3.4 輔泵變頻器頻率給定的編程

STEP7-Micro/WIN 32提供了圖4 PID指令，以實(shí)現(xiàn)除鱗水壓閉環(huán)控制過程。圖4參數(shù) Auto-Manual為變頻器調(diào)頻自動(dòng)/手動(dòng)選擇。

1) 變頻器調(diào)頻為自動(dòng)

圖4中，當(dāng)M1.1=1時(shí)，變頻器調(diào)頻為自動(dòng)，經(jīng)過 PID的比例、積分、微分運(yùn)算，從VW270輸出到輸出模塊模擬通道AQW0 （圖2），PID指令中參數(shù)PV-I 為過程值，來自現(xiàn)場出水壓力實(shí)際值，它通過壓力變送器傳送到輸入模塊模擬通道AIW2，Setpoin-R為設(shè)定值，數(shù)值在0—100范圍,它在指令向?qū)гO(shè)定,這里VD234 只能輸入一個(gè) 0.0－100.0 的實(shí)數(shù)，例如：若輸入 20，即為過程值的 20％，本系統(tǒng)出水壓力值量程為0～40Mpa，則此處的設(shè)定值 20 代表8 Mpa（即40Mpa的 20％）。

2) 變頻器調(diào)頻為手動(dòng)

圖4中，當(dāng) M1.1 =0 時(shí)，變頻器調(diào)頻為手動(dòng)，PID 將進(jìn)行手動(dòng)相應(yīng)計(jì)算，由PID外部參數(shù) ManualOutput作為設(shè)定值,ManualOutput數(shù)值范圍為 0.0-1.0 之間的一個(gè)實(shí)數(shù)，代表輸出范圍的百分比，如VD272輸入 0.5，則VW270輸出一個(gè)滿值范圍內(nèi)的50％到圖2中AQW0。

3) PID內(nèi)部參數(shù)設(shè)定

微分時(shí)間：0秒；積分時(shí)間：5秒；采樣時(shí)間：1秒；增益：1；偏差：0。

4) PID外部參數(shù)設(shè)定

圖5 PID參數(shù)VW702 VD234設(shè)定

圖6 PID參數(shù)VD272設(shè)定

PID外部參數(shù)的設(shè)定經(jīng)SIMATIC數(shù)學(xué)運(yùn)算、傳送指令（如圖5、圖6）求得。其中：VD24為設(shè)定出口水壓力地址；VD66為出口水壓力上限地址；AIW2為實(shí)際出口水壓力地址； VW220為設(shè)定頻率值地址。

4 結(jié)束語

自該除鱗投入使用來，電氣控制系統(tǒng)反應(yīng)速度快、控制精度高，除鱗效果十分明顯，達(dá)到了如下指標(biāo)：

1）根據(jù)軋制不同品種規(guī)格產(chǎn)品，除鱗泵能提供除鱗所需水壓力。
2）在熱軋坯料到來時(shí)可以在兩三秒內(nèi)將管網(wǎng)水壓力迅速升到所需壓力，保證除鱗效果。
3）在熱軋坯料離開后，除鱗泵能迅速進(jìn)入節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。
4）除鱗前后，熱軋坯料表面溫降低于20攝氏度 。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“西門子S7-200在高壓水除鱗系統(tǒng)中的應(yīng)用”，作者為鄧國華。）