西门子模块6ES7211-0BA23-0XB0产品齐全
1 引言
无缝钢管生产线按工艺流程一般分为三个区域：穿孔区；连轧区；定径区（张减区）。穿孔区主要负责把坯料加工成为中空的钢管（毛管）；连轧区主要负责把毛管轧制成为符合要求的半成品（荒管）；定径区（张减区）主要负责对荒管进行外径的微小修正。穿孔区的工艺为斜轧，对毛管质量起着关键作用的设备是主轧机及三辊抱芯。三辊抱芯由液压伺服比例阀控制，其主要作用是保证三辊抱芯的实际位置位于参考位置的偏差范围内，从而起到导向作用。
2 三辊抱芯功能简介
三辊抱芯装置机械结构如图1所示。
图1 三滚抱芯的机械结构图
三个导辊按照120o分布，其中下面两个导辊，上面一个导辊，三滚的内切圆直径即为其导向物料的外径。三个导辊由同一个液压缸控制，油缸的动作通过一系列的机械机构可以同时改变三个导辊的位置，（三辊的内切圆直径）。一般根据工艺不同，穿孔区一般安装6组三辊抱芯装置，每个三辊抱芯前有2对热探。
轧制前三辊抱芯位于顶杆位置，对顶杆起到导向作用。轧制过程中，随着坯料被轧制成为毛管，6对三辊抱芯在得到各自的热探信号后，依次打开到毛管位，对毛管进行导向。当轧制结束后，三辊抱芯同时旋至打开位置，翻料臂将毛管翻出。更换顶杆后，三辊抱芯再次旋至顶杆位，重复以上过程，轧制另一个毛管。
在一根毛管轧制的过程中，三辊抱芯要动作3次，即顶杆位，毛管位，打开位，而这些动作均要求在0.5-1s内完成，并且保证1mm之内的位置偏差。所以三辊抱芯位置的jingque度，动作快慢直接关系到整条生产线的运行以及产品的质量。
3 三辊抱芯控制
3.1 基本控制原理
三辊抱芯的控制基本分为两种。
（1）采用机械调整和节流阀配合驱动。这种方法的优点是驱动控制简单，设备动作时间短，即使用常规的三位四通阀，节流阀来控制液压缸的行程，但是这种方式的缺点也很明显，就是每次更换轧钢规格的时候都需要手动进行调节，浪费了大量的时间。其次是控制的精度比较低，对轧钢的质量造成很大的影响。
图2 液压伺服比例系统
（2）用液压伺服比例阀进行控制，这种控制方法能很好的保证三辊抱芯的精度，一般误差都可以控制在0.5-1mm，此外如果采用单独的液压站来驱动6个三辊抱芯，系统压力比较稳定的情况下，其动作时间也能控制在0.5s内。更换轧钢规矩的时候，仅仅需要从HMI改变参考位置，节省了大量的时间。液压伺服比例系统的控制如图2所示。伺服比例阀通过自带的集成线性放大器，可以连续地调节伺服比例阀的开度，这是与普通液控阀的大不同。由于伺服比例阀的开度是连续可调的，因此供给油缸的liuliang也是连续可调节的。这样就实现了对油缸的速度、推力的连续调节和控制，保证了三辊抱芯的位置总是在参考的位置范围内。
3.2 控制系统配置及软件实现
采用ABB公司的AC450系列PLC控制。油缸的行程由内置的位移传感器给出4-20mA的模拟量输入信号。经过系统分析处理后，把开度指令转换成4-20mA的模拟量信号发送给伺服比例阀的集成放大器，控制其开度。由于输入的位移信号与三辊抱芯的开口度为线性关系，所以很容易推出它们之间的关系。具体步骤如图3所示（输入信号X；三辊抱芯的参考直径Y；输出信号Z，皆为4-20mA）。
图3 液压伺服比例系统控制调节流程图
（1）将标准管1（直径已知）放入三辊抱芯内，手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下，可以得到内置位移传感器的输入信号-X1,标准管的直径已知-Y1。
（2）将另外一根标准管（直径已知）放入三辊抱芯内，手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下，可以得到内置位移传感器的输入信号-X2,标准管的直径已知-Y2。
（3）将X1,X2,Y1,Y2带入方程式Y=kX+b,求得k,b,就可以得到实际位置。
（4）参考位置ref pos－实际位置act pos=Δpos,然后进行PID调节，得到4-20mA的模拟量输出信号，作用于伺服比例阀的集成放大器，控制其开度。
（5）PID调节程序的流程如图三所示。在本程序的PID调节器中，P，I调节是分开的。PLC系统首先检查实际位置与参考位置的偏差Δ，当偏差较大的时候，PI调节器均起作用，但主要是P（比例）调节，这样响应比较快，这时候PID调节器给出较大的开度，使油缸高速、大推（拉）力运行；当偏差较小的时候，P调节停止，只有是I（积分）调节，这时候PID调节器给出较小的开度，使油缸低速、小推（拉）力运行。该程序在偏差不等于零的情况下，积分调节器就一直处于工作状态，这样就能保证实际位置无限靠近参考位置，一直处于动态调整中。
4 实际应用效果及调试注意事项
PLC程序的PID控制在实际应用中起到了非常好的效果，偏差均能保证在1mm之内，动作时间能控制在0.5s。由于P，I调节是分开，当偏差大的时候，P快速调节；偏差小的时间，I进行微调。这样能既能保证运行时间又能保证定位的精度。实际调试中需要注意的几点：
（1）6个三辊抱芯有时候同时动作，所以液体站必须保证稳定的压力，储压器要处于工作状态。
（2）机械部件必须保证良好的润滑，负责摩擦阻力会影响油缸的运动。
（3）液体部件要保证良好的密封，否则对系统的运行也十分不利。
（4）调试中，P（比例系数）的给定，积分系数，积分时间有比较好的配合；
此外PLC的扫描时间以及油缸位移传感器的采样时间要快，否则容易产生超调现象。
5 结束语
该系统已经在衡阳无缝钢管厂，成都无缝钢管厂投入使用。系统运行可靠，定位精度、动作时间均能达到要求，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。
某乙烯厂聚丙烯装置TS2/060-B2型氮气压缩机是意大利SIADMACCHINEIMPIANTI公司生产的往复式压缩机，主要用于对常压氮气增压以满足工艺系统需求。由于压缩机投用多年再加上恶劣的现场环境，原控制系统经常出现故障，严重影响了装置的正常运行，急需改造。
2 工艺过程与旧控制系统老化问题
从界区来的常压氮气由级气缸吸入，被压缩，送入冷却器和冷凝分离器，在分离器中湿的气体由换热器除去冷凝水，冷凝水必须经合适的阀门进行周期性的排泄。压缩、冷却，干燥后气体送至下一级，同样的循环在每一级进行。常压氮气经氮气压缩机压缩后，高压氮气供主催化剂输送用，高高压氮气通过管线与工艺系统连通，供工艺系统气密用。高压氮气送入缓冲罐中，压力为1.0Mp。高高压氮气压力为3.7Mp。氮气压缩机必须在有润滑油润滑时工作，润滑油由润滑油泵提供，设定一个润滑油低压压力开关PSL646为3.5bar，低低压压力开关PSLL649为3bar,使压缩机不在无润滑油时工作。
机组控制系统主要由位于现场控制盘内的5块单片机电路板与部分继电器组成，完成机组的启动、停车、报警、联锁等。由于多年来一直未曾使用，控制系统中单片机电路板出现了部分锈蚀，元件运行极不稳定，如吸入口压力低报PSL640信号输入后，无输出报警信号；PALL641、PAHH645、PAHH643、TAHH642在无输入信号的情况下，偶尔出现报警，其报警会引起联锁停车，而原单片机电路板无法购买到，所以迫切需要改造。改造为性能稳定、成本低廉的S7-200PLC控制系统。
3 PLC控制系统硬件配置
选用S7-200PLC的型号为CPU226DC/DC/DC24输入/16输出，订货号为6ES7216-2AD22-0XB0；选用扩展模块的型号为EM22324VDC数字组合8输入/8输出，订货号为6ES7223-1BH22-0XA0，继电器用原系统中已有的。利用STEP7-Micro/WINV4.0软件强大的功能编制程序，然后通过PC/PPI电缆将程序下载到S7-200PLC中。I/O地址分配如附表所示。
附表I/O地址分配
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4 PLC控制系统软件设计
根据原控制系统的逻辑关系在STEP7-Micro/WINV4.0环境下设计了PLC梯形图，下面说明了一些主要程序的设计方法。
4.1滑油压力信号、累积报警和停车程序
K24为一接通延时继电器，延时时间为15秒。当氮气压缩机停止时，继电器K24线圈断开，K24的常闭触点闭合，内部继电器M1.0、M1.1接通，M1.0、M1.1的常开触点闭合，由于原控制系统中的压力开关、温度开关都是触点断开报警，所以氮气压缩机停止时即使油泵润滑油的压力非常低，也不会产生报警，即PAL646、PALL649灯都是熄灭状态。当氮气压缩机运行时，K24接通，延时15秒后，K24常闭触点断开，M1.0线圈的通断由润滑油压力低报开关PSL646控制，M1.1线圈的通断由润滑油压力低低报开关PSLL649控制。在PLC上电后，正常状态下，PSL646、PSLL649的触点都是闭合的，所以M1.0、M1.0都是接通的，不会产生报警。当PSL646、PSLL649中有一个或都在报警状态时，报警开关的触点断开，就会产生报警。为此，内部继电器M1.0和M1.0的常开触点可以看作报警点来设计累积报警和联锁停车。
不会危机设备安全但设备已经在不正常状态下工作时的报警开关设置为累积报警，当这些报警开关中有一个产生报警，QA641断开，在DCS上产生累积报警；危机设备安全的报警开关设置为累积停车，当这些报警开关中有一个产生报警，QA642断开，在DCS上产生联锁停车。润滑油压力信号、累积报警和累积停车程序梯形图如图1所示。
图1油泵润滑油压力信号、累积报警和累积停车梯形图
4.2报警确认、试灯和消音程序
报警确认、试灯和消音按钮是本控制程序必不可少的，由于所有的报警点的程序设计方法一样，下面仅以PSL640为例分别介绍。
（1）报警确认与试灯程序的设计。应用西门子PLC内部定时器T33和T34产生一个闪烁信号，当PSL640报警后，PAL640闪烁，按下S9确认后，如果PSL640处于报警状态，则PAL640一直亮，报警恢复则灭；如果报警后未按下S9确认，无论是否还在报警状态，则PAL640一直闪烁，直到按以下S9。S8为试灯按钮，按下S8则灯亮。如图2所示。
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图2报警确认和试灯梯形图
（2）报警与消音程序的设计。当PSL640报警后，K44输出，喇叭响，按下消音按钮S10后，停响；如果未按下S10，即使报警恢复正常，但喇叭仍响，直到按一下S10按钮才停响。见图3。
图3报警、消音梯形图
5结束语
西门子S7-200系列PLC功能强大，配置灵活，工程设计简单、方便，在恶劣的环境下能运行稳定，极适合在石油化工现场装置控制系统中应用。改造后的系统投入运行后可靠性高，故障率低，控制jingque，减少了维护人员的工作量，大大地tigao了经济效益。
