西门子S7-300 PLC控制系统在承钢高线自动打包机中的应用
1 引言
自动打包机是现代高速线材生产线特有的设备，它集机械、电气、液压控制为一体，动作准确，为现代化的线材生产线构筑了一道靓丽的风景线。
我厂2004年9月从瑞典SUND-BIRSTA公司引进的PCH-4KNB/5000P型打包机，于2004年底投入使用。该设备位于高线的精整区，对由P-F线的C型勾输送过来的水平盘卷(卷重800~2800kg，外径/内径为φ1250/850mm)进行自动水平压实，并用打包线沿线卷方向成90°等分打四个平行接头。
打包后的线卷最小长度大约为600mm，大大方便了盘卷的储藏、运输。
本文首先结合瑞典方面提供的外文技术资料及自己的理解，对自动打包机的自动化构成及动作过程进行介绍。然后根据近两年的现场维护经验，对该打包机日常维护中出现的故障进行总结分析。
2 控制系统配置
2.1 控制系统的硬件配置
打包机的PLC系统是由一套S7 315-2DP和七套ET200S及一套E900组成，具体配置如图1所示。
PLC主站采用西门子公司S7-300系列的CPU315-2DP，通过DP网与其它从站进行数据通讯，并进行数据处理。高速计数器模板型号为6ES7 138-4DA03-0AB0，共7块，拥有脉冲编码器7个。其中，G1、G2分别为1#、2#压实车位置和速度反馈;G3为升降台位置反馈;1S18、2S18、3S18、4S18为送线装置的位置反馈。
2.2 控制系统的硬件配置
(1) PLC软件采用西门子的STEP7 V5.2。
(2) HMI软件采用Beijer Electronics公司的E_DESIGNER_V6.13。图2为打包机的主画面。
●通过画面可以看到打包机各部分的基本状态。使用时只需通过画面边上的功能键即可进行相应操作和画面的切换，简单实用。
●具备调整功能，可对许多参数进行调整，例如压实力、升降高度等。
●可提供打包机的诊断信息，当打包机出现故障时，该系统将显示有关的HMI画面。
3 控制原理及功能
3.1 液压系统
液压系统为打包机的核心部分，其工作的可靠性直接决定了打包机动作是否正常可靠，这其中油温控制就成为打包机液压控制部分的关键。本系统采用PT100作为测量元件，测量值直接送入8#站的模拟量输入模板的第一个通道PIW248。在PLC程序中，该温度值每5s检测一次，经过程序工程量化后传入数据块DB80中的DBW0。
油温的控制要求:油温T>65℃:报警并停泵;油温T≥60℃:报警但不停泵;油温T＜20℃:报警但不停泵;油温T＜15℃:报警并停泵;油温T＜30℃:加热器启动;油温T≥35℃:加热器停止。
3.2 打包机主体
(1)升降台在两个液压缸的推动下，可沿垂直方向上下移动。实现压实、打包操作期间，支撑盘卷并使其对正中心的功能，动作共分两步。接近开关S10(升降台初始位检测)、编码器G3(检测升降台高度)。升降台的两次升降高度均可由画面更改;
(2)打包机的4套弯曲线道系统安装在2#压实车上，并由一根中心轴导向。打包机动作时，线道系统在液压马达的驱动下，向1#压实车水平移动。接近开关S13(线道最前位)、S14(线道初始位)、S15(线道向前减速位)、S16(线道向后减速位);
(3)2#压实车依靠车轮在轨道中移动，支撑可移动线道系统。压实动作是由固定在轨道上的两个液压缸驱动。接近开关S6(2#压实车初始位)、编码器G2(2#压实车前进速度和位置)、光电开关S8(检测2#压实车进入待打包线卷区);
(4)1#压实车与2#压实车结构相似，但其上面装有4个送线机构，4个打包头。接近开关S3(1#压实车初始位)、编码器G1(1#压实车前进速度和位置)、接近开关S12(检测线道闭合)。送线机构主要由送线轮和导轮组成，通过液压马达驱动。接近开关S4(检测送线机构中是否有线)，编码器S18(送线长度，控制送线/拉直捆线)。打包头主要由扭结、剪切和夹紧机构组成。整个打包头可整体由送线位置S20(打包头初始位)移至打包位置。S1(扭结装置在扭结位)，S2(扭结装置在送线位)，S3(扭结是否结束)，S5(夹紧机构中是否有线夹紧)。
(5) 打包过程。当带有盘卷的钩子停在打包机中心线位置，定位夹紧器闭合锁定，并发出信号启动打包机的工作循环:
●线架电磁阀得电，气动抱闸打开；
●1#、2#压实车在液压缸的驱动下同时向盘卷移动。同时，升降台提升；
●1#、2#压实车压实盘卷的同时线道系统闭合；
●送线机构送出捆线；
●当捆线经过S4时,编码器S18开始记8700个脉冲,当线经过S2后,再记395个脉冲,并且开始减速,一直到捆线夹紧位,线被夹住不动；
●捆线拉紧并将剩余的捆线送回线库；
●完成扭结，剪切装置切断打包线；
●线道系统后退；
●线道系统和压实车返回初始位。同时升降台下降至初始位，打包好的盘卷挂在C型钩上。
对于最大盘卷整个过程大约32S。
(6)安全防护装置。4KNB型打包机在安全方面借鉴了以往的经验，采取了一系列手段，保证了设备的安全运行。操作台设置了检修用钥匙开关，当此开关被按下并拔下钥匙后，则主操作台不能进行操作。四个送线机构上的机旁箱均设置急停按钮。一个便携式操作箱，维修时可用来操作打包头，此时，主操作台上的一切操作都被禁止。只有当操作箱插入主操作台插座时，主操作台才能进行操作，否则，主操作台上除紧急停车指令外，其它指令都被锁定。
4 日常故障分析表
如附表所示。
5 结束语
打包机自瑞典SUND BIRETA引进以来，虽然在使用中也曾出现过许多问题，但基本上满足了当初的合同要求，平均扭结失败率小于0.4％，扭结抗拉强度大于原线材抗拉力的92％。系统采用S7-300与E900相结合的DP网通讯方式，控制精度高，可靠性强，同时增强的系统自诊断功能，方便了维护，提高了设备作业率。
摘自：控制工程中文网
自动打包机是现代高速线材生产线特有的设备，它集机械、电气、液压控制为一体，动作准确，为现代化的线材生产线构筑了一道靓丽的风景线。
我厂2004年9月从瑞典SUND-BIRSTA公司引进的PCH-4KNB/5000P型打包机，于2004年底投入使用。该设备位于高线的精整区，对由P-F线的C型勾输送过来的水平盘卷(卷重800~2800kg，外径/内径为φ1250/850mm)进行自动水平压实，并用打包线沿线卷方向成90°等分打四个平行接头。
打包后的线卷最小长度大约为600mm，大大方便了盘卷的储藏、运输。
本文首先结合瑞典方面提供的外文技术资料及自己的理解，对自动打包机的自动化构成及动作过程进行介绍。然后根据近两年的现场维护经验，对该打包机日常维护中出现的故障进行总结分析。
2 控制系统配置
2.1 控制系统的硬件配置
打包机的PLC系统是由一套S7 315-2DP和七套ET200S及一套E900组成，具体配置如图1所示。
PLC主站采用西门子公司S7-300系列的CPU315-2DP，通过DP网与其它从站进行数据通讯，并进行数据处理。高速计数器模板型号为6ES7 138-4DA03-0AB0，共7块，拥有脉冲编码器7个。其中，G1、G2分别为1#、2#压实车位置和速度反馈;G3为升降台位置反馈;1S18、2S18、3S18、4S18为送线装置的位置反馈。
2.2 控制系统的硬件配置
(1) PLC软件采用西门子的STEP7 V5.2。
(2) HMI软件采用Beijer Electronics公司的E_DESIGNER_V6.13。图2为打包机的主画面。
●通过画面可以看到打包机各部分的基本状态。使用时只需通过画面边上的功能键即可进行相应操作和画面的切换，简单实用。
●具备调整功能，可对许多参数进行调整，例如压实力、升降高度等。
●可提供打包机的诊断信息，当打包机出现故障时，该系统将显示有关的HMI画面。
3 控制原理及功能
3.1 液压系统
液压系统为打包机的核心部分，其工作的可靠性直接决定了打包机动作是否正常可靠，这其中油温控制就成为打包机液压控制部分的关键。本系统采用PT100作为测量元件，测量值直接送入8#站的模拟量输入模板的第一个通道PIW248。在PLC程序中，该温度值每5s检测一次，经过程序工程量化后传入数据块DB80中的DBW0。
油温的控制要求:油温T>65℃:报警并停泵;油温T≥60℃:报警但不停泵;油温T＜20℃:报警但不停泵;油温T＜15℃:报警并停泵;油温T＜30℃:加热器启动;油温T≥35℃:加热器停止。
3.2 打包机主体
(1)升降台在两个液压缸的推动下，可沿垂直方向上下移动。实现压实、打包操作期间，支撑盘卷并使其对正中心的功能，动作共分两步。接近开关S10(升降台初始位检测)、编码器G3(检测升降台高度)。升降台的两次升降高度均可由画面更改;
(2)打包机的4套弯曲线道系统安装在2#压实车上，并由一根中心轴导向。打包机动作时，线道系统在液压马达的驱动下，向1#压实车水平移动。接近开关S13(线道最前位)、S14(线道初始位)、S15(线道向前减速位)、S16(线道向后减速位);
(3)2#压实车依靠车轮在轨道中移动，支撑可移动线道系统。压实动作是由固定在轨道上的两个液压缸驱动。接近开关S6(2#压实车初始位)、编码器G2(2#压实车前进速度和位置)、光电开关S8(检测2#压实车进入待打包线卷区);
(4)1#压实车与2#压实车结构相似，但其上面装有4个送线机构，4个打包头。接近开关S3(1#压实车初始位)、编码器G1(1#压实车前进速度和位置)、接近开关S12(检测线道闭合)。送线机构主要由送线轮和导轮组成，通过液压马达驱动。接近开关S4(检测送线机构中是否有线)，编码器S18(送线长度，控制送线/拉直捆线)。打包头主要由扭结、剪切和夹紧机构组成。整个打包头可整体由送线位置S20(打包头初始位)移至打包位置。S1(扭结装置在扭结位)，S2(扭结装置在送线位)，S3(扭结是否结束)，S5(夹紧机构中是否有线夹紧)。
(5) 打包过程。当带有盘卷的钩子停在打包机中心线位置，定位夹紧器闭合锁定，并发出信号启动打包机的工作循环:
●线架电磁阀得电，气动抱闸打开；
●1#、2#压实车在液压缸的驱动下同时向盘卷移动。同时，升降台提升；
●1#、2#压实车压实盘卷的同时线道系统闭合；
●送线机构送出捆线；
●当捆线经过S4时,编码器S18开始记8700个脉冲,当线经过S2后,再记395个脉冲,并且开始减速,一直到捆线夹紧位,线被夹住不动；
●捆线拉紧并将剩余的捆线送回线库；
●完成扭结，剪切装置切断打包线；
●线道系统后退；
●线道系统和压实车返回初始位。同时升降台下降至初始位，打包好的盘卷挂在C型钩上。
对于最大盘卷整个过程大约32S。
(6)安全防护装置。4KNB型打包机在安全方面借鉴了以往的经验，采取了一系列手段，保证了设备的安全运行。操作台设置了检修用钥匙开关，当此开关被按下并拔下钥匙后，则主操作台不能进行操作。四个送线机构上的机旁箱均设置急停按钮。一个便携式操作箱，维修时可用来操作打包头，此时，主操作台上的一切操作都被禁止。只有当操作箱插入主操作台插座时，主操作台才能进行操作，否则，主操作台上除紧急停车指令外，其它指令都被锁定。
4 日常故障分析表
如附表所示。
5 结束语
打包机自瑞典SUND BIRETA引进以来，虽然在使用中也曾出现过许多问题，但基本上满足了当初的合同要求，平均扭结失败率小于0.4％，扭结抗拉强度大于原线材抗拉力的92％。系统采用S7-300与E900相结合的DP网通讯方式，控制精度高，可靠性强，同时增强的系统自诊断功能，方便了维护，提高了设备作业率。
摘自：控制工程中文网
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