带钢热连轧加热炉钢坯定位控制系统改造研究.pdf

带钢热连轧加热炉钢坯定位控制系统改造研究 陈予嘉 ( 湖北省机电研究设计院, 湖北 武汉 430070) study on modification of billet positional control system of heating furnace in the hot strip continouous mill chen yu ?jia ( hubei province research and design institute of machine and electron, wuhan 430070, china) ? ? 摘要: 对原钢坯定位控制系统进行了升级改造, 硬件 方 面将 主 plc 上的 cpu924 927 换 成 cpu945, 4 块数字位置译码器 ip241 模板移植到主 机架上, 取消原机架; 软件方面使用 2 种标准功能块 fb156 和 fb157对 ip241 进行了初始化与同步化, 修改了 cpu 与 cp 间的通讯处理程序和钢坯定位 程序. 较好解决了系统兼容和升级性能的难题. 关键词: plc; 钢坯定位控制系统; 通讯模板 中图分类号: t p273; t g307 文献标识码: a 文章编号: 1001?2257( 2010) 07?0029?04 收稿日期: 2010?03 ?07 abstract: t he original billet positional control system is modified, cpu924 927 on the main plc are replaced by single cpu945 of s5?115u, and the four pieces of digital position encoder ip241 are moved to the main frame, the original frame is can? celled; the initialization and the synchronization of ip241 are carried out with two standard function blocks fb156 billet positional control sys? tem; communication module 0 ? 引言 武钢某热轧厂的加热炉控制系统, 其主 plc 为 德国西门子公司生产的 simat ic s5 ?150u 系列产 品 1. 该控制系统自 90 年代初改造后运行至今, 大 部分备品备件已超周期工作, 运行不十分稳定, 影响 了生产; 且该系统计算机模块老化损坏后, 订不到同 样的备件, 将使整个热轧厂有瘫痪的可能, 造成的损 失不可低估. 为了避免这类事故的发生, 必须对该系 统进行升级改造. 1 ? 系统结构 1. 1? 原控制系统配置 连轧加热炉计算机控制系统: 1 台 s5?150u 系 列的主 plc( cpu 由 4 片 cpu924 927 组成) 和 4 台 cpu944 的 plc, 其中 s5?150u 是控制加热炉前 辊道的钢坯定位, 4 台 cpu944 为 s5?150u 的子系 统, 分别控制 1# 4# 加热炉步进梁、 出钢等设备. 这 5 台 plc 通过多功能集线器与上位机数据通讯, 4 台 cpu944 又通过多功能集线器传送数据给 s5? 150u plc. 其系统配置如图 1 所示. 图 1? 改造前系统配置 1. 2? 炉前钢坯定位控制 加热炉的炉前辊道由 8 组辊道( b1 b8) 组成, 每 2 组为一座 炉子的炉 前辊道, 如图 2 所示, cmd10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 为跟踪区检测器, 冷金属检测器 cmd11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 为 ?29? ? 机械与电子?2010( 7) 炉墙保护检测器, cmd31, 32, 33, 34 为入炉检测 器 2. 图 2? 加热炉前辊道 2 ? 改造方案 2. 1? 方案分析 通过综合考虑, 确定采用将 s5?150u 更换成 s5?115u 型, cpu924 927 升级成 cpu945 的方 案 2 . 调试耗时短, 改造成功率高, 更加适合于热连 轧的生产实际. 2. 2? 方案实施 采用 s5?115u cpu945, 硬件结构布置如图 3 所示. 软件升级主要包括: 数字位置译码器 ip241 与 编码器通讯; 修改通讯程序和钢坯定位程序; 修改 cpu 与通讯模块 cp 和 ip241 的同步化程序等. 图 3? 改造后的主 plc 配置 2. 2. 1? 数字位置译码器 ip241 与编码器通讯 3- 4 数字位置译码器 ip241 使用编码器匹配模板, 以获得 2 个位置编码器的实际位置, 并将这些实际 位置与每个位置编码器多达 16 个轨道的起始与终 止设定点进行比较( 或是单通道操作下的 32 轨道选 择) . 就其功能而言, ip241 模板与凸轮控制相似, 1 条轨道相应于 1 个电子凸轮. 实现数字位置译码器 ip241 与编码器的通讯, 就是要解决如何编写标准功能块 fb156 和 fb157 参数, 对 ip241进行初始化和同步化. a. ip241 的初始化要运用 s5 ?115u cpu945 的 专用功能块 fb156. 其功能有: 为模板提供 2 个通道 的轨道起始与终止设定点, 包括零位移. 如需要, 则 设置中断标识符位; 要发送的数据是在一个数据块 中, 在调用功能块之前, 用户必须将这一个数据送入 该数据块中; 模板上的数据在初始化之前要被删除 掉, 即进行清零操作, 以便读出固件释放并送入数据 块; 通常在冷启动时, 在组织块 ob21 中调用这一标 准功能块, 而在自动再启动时, 则在组织块 ob22 中 调用该功能块. 其功能块的语句如下. ? ? ? : ju fb156 ? ? pafe ? : name: per: wpaspfe: bgdb 参 数说明如表1所示. 根据fb156功能及语句 表 1? 功能块 fb156参数说明 名称参数类型数据类型说? ? 明 bdgbdky模板地址和数据号 pafeqbi参数赋值出错 spfeqbi模板故障( sp 位) 表说明, 以炉前 b1 辊道为例, ip241 模板地址为 176, 数据块号为 101, 采用标准 i/ o 区域, 而对 pafe 和 spfe 参数的赋值只要与其它块的参数赋 值不雷同即可, 它仅起 诊断“ 的作用( paef 参数 当检测到参数赋值出错信息时置为 1“, 假如在规 定时间内模板没有将 sp 位复位, 则 she 参数置为 1“) . 因此, 对标准功能块 fb156 参数赋值如下. ? ? : ju fb156? pafe ? : f 190. 4 name: per: wpaspfe: f 190. 5 bgdb: xy176, 101 b. ip241 的同步化要运用 s5?115u cpu945 的 专用功能块 fb157. 其功能有: 读实际值; 读轨道标 识符位; 读、 取消或修改一个轨道的设定点; 同步化; 通常在循环程序中调用. 在调用 fb157 之前, 初始 数据必须送至带有功能块 fb156 的模板. 其功能块 的语句如下. ? ? : ju fb157? kb ? ? : name:st: spdb:pafe: bef:spfe: w: 参 数说明如表2所示. 根据fb157功能及语句 表 2? 功能块 fb157 参数说明 名称参数类型数据类型说? ? 明 spdbdky轨道号和数据号 befdks命令; 块执行功能 wqd真值或轨道点设置输出( 根据命令) kbqd轨道标志位输出 stqby控制位输出 pafeqbi参数赋值出错 spfeqbi模板故障( sp 位) ?30? ? 机械与电子?2010( 7) 表说明, 以炉前 b1 辊道为例, 由于cpu 和ip241 的 同步采用的是软件上同步, 相应地就应该用零位移 通道 1 或零位移通道 2, 在程序中, 零位移通道 1 对 应的是 b1 辊道, 而零位移通道 2 对应的是 b2 辊 道, 所以对 b1 辊道而言, 其轨道号为 32, 用户数据 块号为 101, 轨道设定点参数、 轨道标识位输出参数 以及控制位输出参数赋值分别为 11, 13 和 16, 而对 pafe 和 spfe 参数的赋值与 fb156 中的 pafe 和 spfe 参数的赋值意义一样, 也仅仅要求与其它 块的参数赋值不雷同即可, 同样起到 诊断“的作用 ( paef 参数当检测到参数赋值出错信息时置为 1“, 假如在规定时间内模板没有将 sp 位复位, 则 spfe 参数置为 1“) , 只是参数置 1“时, 其产生故 障的原因不同. 因此, 对标准功能块 fb157 参数赋 值如下. ? ? ? : ju fb157 ? ? kb ? ? : dd13 name: per: wstst: dr16 spdb: ky32, 101pafe: f190. 0 bef: ks ssspfe: f190. 1 w: dd11 为了能够明显看到在转动编码器的过程中, ip241 是否采到了此信号, 在编程中, 沿用了原程序 中的功能块 fb25, 如果对 ip241 初始化和同步化成 功, 以及各个参数设置准确无误, 则在该功能块中应 能看到数据字 dw 的变化. 其主程序如下. ? ? ob1? ? ? ? pb2 segment1? ? ? segment1 : ju pb1: ju fb10 : ju pb2: ju fb25 : be: be pb1fb10 segment1? ? ? segment1 : c db101: c db20 : ju fb156 : * * *: be : be 2. 2. 2? 同步通讯处理程序 4- 5 由于更换 cpu 后, 用于 cpu 与 cp 之间的通 讯处理程序( hdb) 的集成化特殊功能块不同, 在控 制系统中, hdb 包括以下几项系统调用. a. send. 发送数据 cp, 即启动该功能块向页 面编址的模板传送数据的作业. 在 send?direct 模 式下, 为指定的作业传送数据. 在 send?all 模式 下, 能为任何作业传送数据, 功能块用作 dma( 直 接存储器存取) 的代替. b. receive. 从 cp 接收数据, 即启动该功能 块从页面编址的模板 接收数据的作业. 在 re? ceive?direct 模式下, 是为一项特定的作业接收数 据的, 在 receive?all 模式下, 可为任何一种作业 接收数据, 该功能块用作 dma 的替换. c. fet ch. 往返传送数据, 即启动一个作业, 以便经由通讯处理器从通讯网络上的另一个节 点取数据. 该功能块在 receive?all 模式下接收 数据, 仅能为特定作业取数据( fetch?direct 模 式) . d. reset. 复位一个工作, 即经指定的接口对 正在执行的作业进行复位. e. synch ron. 同步 cpu 与 cp, 当可编辑控 制器启动时, 为与应用程序通讯, 该功能块初始化页 面编址模板上接口, 至 synchron 执行后, 数据 管理块才能正确处理. 不同 cpu 提供不同 hdb 功 能块, s5?115u cpu945 与 s5?150u cpu924 927 的 hdb 功能块对应关系如表 3所示. 表 3? hdb 功能块对照 块名 s5 ?115u cpu 945 块号 s5 ?150u cpu924 927 块号 sendfb244fb180 receivefb245fb181 fet chfb246fb182 resetfb248fb183 synchronfb249fb185 ? 参 照表的对应关系, 将原 150u 软件中的 fb180, fb181, fbi82, fb183 及 fb185 一一更换为 fb244, fb245, fb246, fb248 和 fb249, 且为了模 块兼容, 各功能块参数赋值要重新输入. 所以 cpu 应先与 ip241 同步, 进行信号状态的读入并存储和 运算, 然后才与其通讯模块 cp535 进行同步, 即在 原程序 ob20?22 中应先执行 ju pb1( 在 pbl 中调 用 fb156, fb157 分别对 ip241 进行初始化和同步 化) 后, 执行 ju fb249 对通讯模块 cp535 同步. 由于 cpu945 与 cpu924 927 对 ip241 初始 化功能块 fb156 中, bgdb 参数指定的数据块内容 不同, 即对数据字定义范围不同, 重新在 pb1 定义 了初始化程序. 在 ip241 初始化程序中, 采用了 db101?104, 而原程序中布料程序 fb52 功能块中也 ?31? ? 机械与电子?2010( 7) 运用了 db101?104, 为便于查看程序, 将 fb52 功能 块一一对应更换为 db21 ?24, 且 db21?24 中的内容 做了适当修改, 主要依据 cpu 中由 bgdb 参数指 定数据块中数据字的使用范围( 10?181 和 10?256) 不同, 而进行修改和增加. 2. 2. 3? 延时程序 4- 5 由于 cpu 是扫描工作方式, 更换 cpu 后, 计 算机扫描频率不一致. 为了使与原系统一致, 经过反 复调试后, 特增加了一延时功能块 fb29. 在编写该 程序块过程中, 运用了累加器、 传送、 转载、 计数器和 计时器等工作原理. 采用计时器和计数器目的是为 了对延时后计时器停止和计数器的复位. 计数器采 用的是升计数. 该程序功能块 fb29 如下. ? ? fb29? ? ? ? moo1 : an f62. 0 segment1: = f62. 0 name : t ime? ? ? : a c3 : l fw60: l kt200. 0 : c db9: sd t3 : l kf+ 0a f62. 0 : t dw10cu c3 moo2 : l kf+ 1 : + fan t3: : t dw10: bec : l kf+ 32760: lc c3 : f: t fw60 : jc= m001: r c3 : l dw10: * * * : ju= m002 ? ? segment2 : be 2. 2. 4? 钢坯定位程序 4- 6 在修改钢坯定位程序中, 钢坯定位精度要控制 在 50 m 之内, 如未达到则执行定位程序功能块 fb19. 然而经反复调试后, 发现钢坯定位未在控制 精度范围内时, 却不能跳转到定位程序功能块 fb19, 从而造成钢坯不能准确定位. 通过运用 rs 触 发器, 结合逻辑 与“功能, 到达控制精度时, 在语句 jc= m002 之前的语句运行逻辑结果不全为 1“, 则 跳过 jc= m002 继续扫描, 而紧接 jc= m002 之后 两语句的逻辑输出为 1“, 从而执行定位程序功能块 fb19. 其原钢坯定位程序( 程序中的功能块 fb100 中的 segment2 ?7 和 segment9程序) 如下. ? ? fb100 ? ? ? : jc= m002 segment2: l dd234 : l kg+ 150000+ 03 : l dd234: - g : l kg+ 500000+ 02: t dd240 : = g: ju fb19 : s f44. 6: : l kf+ 0. 0: : a f44. 6* * * 修改后的钢坯定位程序如下. ? ? fb100? ? ? : jc= m002 segment2: an f86. 0 : s f86. 0 : l d