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　　本文從硬件組態(tài)和軟件設(shè)計(jì)方面介紹了ControlLogix系統(tǒng)和PowerFlex 700S變頻器在矯直機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)變頻器的主從調(diào)速做了詳細(xì)的介紹。

　　1. 前言

　　矯直機(jī)是現(xiàn)代軋鋼廠生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一，它對(duì)改善鋼板板型，減少改判和提高成材率具有重要意義。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和交流變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的數(shù)字控制系統(tǒng)和交流矢量變頻技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。濟(jì)鋼中板廠一號(hào)矯直機(jī)改造就充分了應(yīng)用了羅克韋爾先進(jìn)的ControlLogix系統(tǒng)和PowerFlex 700S變頻器。該系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)，操作靈活簡(jiǎn)單，系統(tǒng)維護(hù)量也大大降低。

　　2. 基本工藝

　　矯直機(jī)主要用來(lái)鋼板矯直，改善板型，有效減少鋼板漂曲而改判。該系統(tǒng)包括輸入輸出輥道、兩臺(tái)矯直主電機(jī)、頂部?jī)膳_(tái)壓下電機(jī)、以及四個(gè)角落的四個(gè)壓力傳感器和位移傳感器。通過(guò)壓下電機(jī)先擺好輥縫，然后鋼板經(jīng)輸入輥道帶入矯直機(jī)。兩臺(tái)矯直主電機(jī)選擇聯(lián)動(dòng)或者單動(dòng)實(shí)現(xiàn)矯直功能。在該系統(tǒng)中，關(guān)鍵要實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)主矯直電機(jī)的主從運(yùn)轉(zhuǎn)和壓下輥縫的準(zhǔn)確定位和標(biāo)定。

　　3.系統(tǒng)配置說(shuō)明

　　該矯直機(jī)控制系統(tǒng)采用了羅克韋爾先進(jìn)的ControlLogix控制系統(tǒng)和功能強(qiáng)大的PowerFlex變頻器。ControlLogic系統(tǒng)覆蓋了先進(jìn)的控制平臺(tái)、開(kāi)放透明的網(wǎng)絡(luò)總線和全方位的監(jiān)控方案。PowerFlex 700S變頻器是羅克韋爾PowerFlex7系列電力傳動(dòng)平臺(tái)中性能最強(qiáng)大的可編程控制器。它不但可以提供高性能的變頻控制，而且同時(shí)能提 供位置控制與伺服控制。矯直機(jī)系統(tǒng)的硬件配置如圖1、2所示。

圖1 系統(tǒng)硬件配置圖（以太網(wǎng)）

圖2 系統(tǒng)硬件配置圖（控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)）

　　3.1 ControlLogix控制系統(tǒng)的控制器Logix5562

　　ControlLogix5562控制器支持多達(dá)32個(gè)不同任務(wù)，使你能分解復(fù)雜的控制應(yīng)用，并以合適的周期執(zhí)行。根據(jù)應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)展內(nèi)存。單一機(jī)架中可放置多個(gè)控制器，均衡負(fù)荷，提高系統(tǒng)性能。處理器與處理器之間的通訊不需要編寫(xiě)應(yīng)用代碼。具有高集成的運(yùn)動(dòng)控制的能力，不再需要單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)控制器和軟件。模塊化網(wǎng)絡(luò)接口，為不同應(yīng)用提供合適的通訊，足夠的輸入輸出能力，能夠滿足大系統(tǒng)的應(yīng)用。模擬量和數(shù)字量模板使用同樣的機(jī)制進(jìn)行尋址，I/O標(biāo)簽將根據(jù)系統(tǒng)中機(jī)架的位置和在機(jī)架中的物理槽號(hào)自動(dòng)生成。當(dāng)將I/O模板分配給控制器時(shí)，自動(dòng)創(chuàng)建I/O數(shù)據(jù)區(qū)。靈活方便的網(wǎng)橋，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的橋接和路由器通過(guò)基板完成而不需要處理器的參與，軟件可組態(tài)。

　　3.2控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet

　　控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)時(shí)間有苛刻要求的應(yīng)用場(chǎng)合的信息傳輸。它為對(duì)等通信提供實(shí)時(shí)控制和報(bào)文傳送服務(wù)，它作為控制器和I/O設(shè)備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)的能力。它提供如下功能：

　　l 對(duì)在同一鏈路上的I/O，實(shí)時(shí)互鎖，對(duì)等通信報(bào)文傳送和編程操作，均具有相同的帶寬。

　　l 對(duì)于離散和連續(xù)過(guò)程控制應(yīng)用場(chǎng)合，均具有確定性和可重復(fù)性功能。

　　ControlNet是基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊新模式，用于PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊網(wǎng)絡(luò)。它可鏈接拖動(dòng)裝置、串并行設(shè)備、工業(yè)PC、人機(jī)界面等。它還可以溝通邏輯控制和過(guò)程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率為5Mbps,可尋址節(jié)點(diǎn)為99個(gè)，同軸電纜傳輸距離為3Km,光纖傳輸距離為30Km.。

　　本控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了兩個(gè)。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈接拖動(dòng)裝置，具體應(yīng)用為1336PLUS2變頻器和PowerFlex700s變頻器。一路鏈接1794-ACN15分站模塊，采集各個(gè)變頻柜的合分閘指令和燈信號(hào)。

　　3.3設(shè)備網(wǎng)DeviceNet

　　設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線是一種低成本高性能的工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備網(wǎng)應(yīng)用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的控制局域網(wǎng)（CAN）協(xié)議，建立了設(shè)備網(wǎng)的應(yīng)用協(xié)議。它具有公開(kāi)的技術(shù)規(guī)范和廉價(jià)的通信部件.

　　設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的基于CAN技術(shù)的64個(gè)節(jié)點(diǎn)，多支線的網(wǎng)絡(luò), 允許用戶用一根電纜去連接500m（1641ft）以內(nèi)的設(shè)備并遠(yuǎn)至用戶的可編程控制器，無(wú)需用導(dǎo)線把每個(gè)設(shè)備和一個(gè)I/O機(jī)架連接起來(lái).

　　設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是基于生產(chǎn)者/客戶模式（Producer/Customer）網(wǎng)絡(luò)模式，這是最現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，生產(chǎn)者/客戶模式使控制數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)操作的每一個(gè)單元，可以更有效地利用網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。生產(chǎn)者/客戶模式同時(shí)可以顯著地減少網(wǎng)絡(luò)通信量，因?yàn)樗试S狀態(tài)切換的報(bào)文發(fā)送，以作出更快的響應(yīng)，同時(shí)，周期性的報(bào)文發(fā)送，以提供更好的確定性。對(duì)等通信允許數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息在設(shè)備間進(jìn)行交換。

　　本系統(tǒng)中的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中鏈接了四個(gè)直線位移傳感器，用于矯直機(jī)壓下系統(tǒng)的輥縫標(biāo)定和顯示，具體標(biāo)定方法在軟件里面設(shè)定。

　　3.4工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet

　　工業(yè)以太網(wǎng)是一個(gè)既可以進(jìn)行控制操作又可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞的網(wǎng)絡(luò)，它對(duì)于那些高速的，對(duì)時(shí)間有苛刻要求的應(yīng)用場(chǎng)合是一種完美的選擇，它甚至不需要用戶自己建立規(guī)劃。.具有很強(qiáng)的兼容性，幾乎可以與所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用包進(jìn)行連接。EtherNet/IP通訊模塊使用通用工業(yè)協(xié)議（CIP）。CIP使用生產(chǎn)者/消費(fèi)者網(wǎng)絡(luò)模式代替源/目的（主/從）模式。生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式減少了網(wǎng)絡(luò)通訊量，增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。

　　1756-ENBT模塊可用于ControlLogix控制器通過(guò)EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備通訊的接口，或者作為在EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)上的一組1756 I/O模塊的適配器。該模塊支持I/O控制，生產(chǎn)者/消費(fèi)者標(biāo)簽和MSG指令通訊，與人機(jī)界面（HMI）通訊，組態(tài)和編程，為1756 I/O模塊提供適配器功能，可作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)布診斷和狀態(tài)信息。工業(yè)以太網(wǎng)功能強(qiáng)大，在本系統(tǒng)中主要用于數(shù)據(jù)采集和人機(jī)界面通訊功能。

　　4. 兩臺(tái)PowerFlex700s變頻器的主從調(diào)速

　　矯直機(jī)的主傳動(dòng)由兩臺(tái)電機(jī)完成，可以選擇單動(dòng)或者以一臺(tái)為主的主從傳動(dòng).在主從傳動(dòng)的多變頻器系統(tǒng)中，帶有同步鏈接功能的PowerFlex700S變頻器是一款性能非常杰出的控制設(shè)備。同步鏈接功能是一種高性能、高速度的變頻器與變頻器之間的同步數(shù)據(jù)鏈接。采用這種同步鏈接，就不必為變頻器之間的轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳遞設(shè)計(jì)處理器與現(xiàn)場(chǎng)總線，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)鏈接配置，即可以完成多臺(tái)變頻器間的負(fù)載共享。在圖3所示的框圖中，是一個(gè)以一號(hào)變頻器為主二號(hào)為輔的傳動(dòng)連接圖。一號(hào)變頻器跟隨主編碼器的位置和速度給定值運(yùn)行，然后一號(hào)變頻器會(huì)將從主編碼器反饋回的速度和位置給定值通過(guò)同步鏈接的方式發(fā)送到二號(hào)變頻器，此時(shí)的二號(hào)變頻器被設(shè)定為跟隨同一個(gè)給定進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，具體的參數(shù)設(shè)置和鏈接在框圖中已體現(xiàn)。同理，以二號(hào)變頻器為主的傳動(dòng)鏈接框圖跟框圖3相似。

圖3 兩臺(tái)700S變頻器主從控制鏈接框圖

　　5.軟件設(shè)計(jì)和上位監(jiān)控

　　編程軟件使用RSLogix5000來(lái)實(shí)現(xiàn)。在程序設(shè)計(jì)中采用了模塊化設(shè)計(jì)思維，一個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)程序塊。每個(gè)邏輯塊中包含了這個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)的邏輯控制、故障診斷、上位顯示信息。在主程序中不斷調(diào)用各個(gè)子程序。這種程序設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單、清晰、高效。尤其在現(xiàn)場(chǎng)故障處理時(shí)能夠快速的找到相應(yīng)的程序塊，查出故障原因，有效的減少設(shè)備影響時(shí)間，從而大大提高了生產(chǎn)效率。圖4是在RSLogix5000編程軟件中的程序結(jié)構(gòu)。

　　上位監(jiān)控軟件由RSView軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。每臺(tái)上位機(jī)上同時(shí)具備操作站和工程師站的功能，可以在線切換。RSView提供友好的人機(jī)界面和方便的操作方式。畫(huà)面包括：工藝畫(huà)面、輥縫顯示和標(biāo)定、壓力顯示、趨勢(shì)顯示、報(bào)警指示、報(bào)表畫(huà)面等標(biāo)準(zhǔn)功能畫(huà)面。在RSView設(shè)計(jì)中為了更好的顯示輥縫實(shí)際值和方便操作人員進(jìn)行輥縫標(biāo)定，在畫(huà)面中做了相應(yīng)的輥縫標(biāo)定和顯示畫(huà)面，如圖5所示。

圖4 在RSLogix5000編程軟件中的程序結(jié)構(gòu)

圖5 矯直機(jī)監(jiān)控畫(huà)面

　　6. 結(jié)束語(yǔ)

　　ControlLogix控制系統(tǒng)和PowerFlex 700S變頻器在矯直機(jī)中的應(yīng)用，很好的利用了羅克韋爾先進(jìn)的控制平臺(tái)、靈活方便的網(wǎng)絡(luò)通訊能力和功能強(qiáng)大的變頻器。整個(gè)系統(tǒng)具有運(yùn)行高效、可靠，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，軟件操作簡(jiǎn)單，易于檢修和維護(hù)等特點(diǎn)。