河北钢铁集团邯钢冷轧厂 河北 邯郸 056003
摘要：本文分析了基于PLC的酸洗线DCS优化控制，对其优化控制的思路以及优化控制的措施进行了分析，并研究了基于PLC的酸洗线DCS优化控制的具体的方式和方法，希望能够为今后的研究提供参考和借鉴。
关键词：PLC，酸洗线，DCS，优化
前言
在基于PLC的酸洗线DCS优化控制的过程中，要进一步思考其优化控制的方法，对其优化控制的具体的要求进行把握，采取更好的优化控制的措施，才能够提高优化控制的质量。
1、过程控制、顺控、安全联锁全部在DCS系统中完成
DCS于常规的集中式控制系统相比较的特点。实现了分散控制。它使得系统控制危险性分散、可靠性高、投资减小、维护方便。实现集中监视、操作和管理。使得管理与现场分离，管理更能综合化和系统化，采用网络通信技术，这是DCS的关键技术，它使得控制与管理都具实时性，并解决系统的扩充与升级问题。
在我国的工业化进程中，对于过程的控制一般来说都是使用分散控制的类型，而对于操作、管理、监督则大多以集中管理的方法。随着社会经济的发展我国的工业化规模也不断扩大，对于工业化的各种控制方式的选择变得越来越困难。
顺控是工业控制过程中重要的一环，大量采用离散的开/关信号，执行较复杂的逻辑控制功能来完成间断的、批量的工业生产过程。
安全联锁一般只须要执行较简单的逻辑功能。
过程控制系统要求用模拟信号，完成复杂的数字及逻辑运算功能。
过去，由于技术上的原因，加上传统观念对人们的影响，世界上许多国家的设计资料及规范均要求把过程控制与安全联锁分开，这就造成大量的装置过程控制与顺控，特别是过程控制与安全联锁系统分别采用相互独立的控制系统。随着生产工艺越来越复杂，随着4C技术突飞猛进地发展，DCS已取代了常规控制仪表完成过程控制，PLC取代了继电器完成顺序控制及安全联锁。DCS与PLC无论从硬件结构，还是在软件上都很相似，而现在DCS系统在功能上要比PLC强得多，DCS有很好的操作监视界面，有丰富的管理软件，有很强的控制功能，可利用率已达到99.9999%。用DCS取代PLC，在1套工业装置中即完成过程控制又要完成顺控，特别是安全联锁，这是完全可能的，并且在工业界中已有考虑应用，这也是工业自动化发展的一个方向。
从系统结构上看。从系统硬件构成来看，DCS系统是由上位管理计算机，操作站和控制站等组成，而有些DCS系统还设立了专门的逻辑控制站，(即PLC)如TDC-3000的LM。1个控制站(包括独立的逻辑控制站)就相当于1台PLC，其硬件结构也与PLC基本相同，包括I/O模件、通讯模件(站内部)、存贮模件和CPU运算模件。从软件及通讯上来看DCS的基本出发点就是分散控制，每一个控制站与控制站，控制站与操作站、上位机之间是相对独立的，不论哪一个站出现故障都不会对其他站造成影响，如果选用高分散型的控制站还可进一步把危险分散。因此从系统结构上看DCS的一个现场控制站对整个系统可以说是独立的，其可靠性完全可以和1台PLC相比，仅受本站内故障的影响。
2、基于PLC和DCS的优化控制研究
酸洗线以S7-300PLC为核心控制单元，采用集散控制思想，将分散在生产线各区域的设备通过工业以太网和PROFIBUS现场总线相连，从而达到分散控制、集中操作、分级管理的目的。通过传感器实时采集现场工艺参数并存储相关数据，分析后以直观的方式展示出来并快速反馈到生产现场中，达到精确控制的目标，并提高企业管理水平。以G120变频器为主传动控制，S120为辅控对研磨刷进行位置控制，通过PID调节模块来对烘干机、热水温度进行精确控制，从而达到提升质量和节能的目的。Wincc组态软件负责生产的实时监控、设备状态监测、历史数据查询等功能，实现对现场设备的远程监控和在线故障诊断，提高了酸洗线的自动化水平，实现精度高、实时性好的参数测量及控制。中控室的作用是按照经验设定酸洗工艺参数，进行在线调整。控制系统中充分集成了Wincc通用监控系统、PLC控制技术和Profibus-DP现场总线技术和工业以太网技术，系统网络控制结构如图1所示。
2.2研磨刷的位置控制与电流控制
铜带要取得光亮的表面，研磨是必不可少的工序。然而成品与半成品对于质量要求也有所不同，半成品讲究带面干净并去除上道工序产生的擦划伤缺陷，而成品讲究的是表面光亮纹路细腻，针对这两种的要求，要取得最佳的效果研磨刷的压下量控制很有讲究，过重将会导致刷印明显并且产生大量铜粉污染水质，过轻表面清洁及粗糙度达不到要求，对于表面缺陷的深度进行位置控制，引入西门子S120变频器，使用变频器的伺服功能作为研磨刷上下移动位置的闭环控制，通过画面设定达到预期的刷洗的深度，这是解决问题的方法之一。然而对于成品运用电流的控制方法就比较合适，通过在画面中测试研磨刷空载电流值，再根据画面电流设定与实际电流反馈，运用PLCPID功能到达轻刷的功能。
图1结构图
2.3卷取机张力控制与带尾自动减速停车
卷取恒张力的控制与卷取的直径变化有关，要保证收卷过程中的张力稳定，在保证速度环处于饱和的状态下那么直径的运算是很重要的。卷取机直径D的运算方法一种采用厚度积分法D=D0+2h(D0卷取机初始直径h铜带厚度)，另一种运算方法根据公式D=Vi/πn(V线速度i传动比n电机转速)即可算出动态直径，在运行过程中进行自动切换实时比对。在卷取前侧的张力辊处加入张力传感器，根据张力辊包角变化与卷取直径变化进行动态补偿，达到张力稳定的目的。同理在开卷侧当计算出来的直径小于带尾某个直径时实现自动减速，通过光电传感器实现自动停车。
2.4管理计算机与操作员站
管理计算机既是工程师站又是操作员共享计算机，通过KVM连接实现画面共享，管理计算机采用研华工控机，内嵌Wincc、Step7、Starter、IbaPda记录分析软件，Wincc与s7-300PLC通过以太网进行通信，使操作员能随时设置现场工艺参数，了解各参数的变化规律，做到全局掌控，及时发现问题。还可以完成参数的显示、修改、报警、分析和管理，实现工艺参数在线修改、自动生成统计报表等功能。利用Step7编程软件、Starter传动软件进行编辑、修改与监控。而引入IbaPda软件对PLC运行变量进行实时记录，为维护分析打下坚实的基础。通过连接外网实现远程诊断服务。
本文设计的酸洗线控制系统以S7-300PLC为核心控制单元，采用了DCS集散控制思想，同时引入了工业以太网和PROFIBUS现场总线技术，很好地实现了分散控制、集中操作、分级管理的目的。通过西门子变频器对研磨刷的位置和与电流进行了高效的PID闭环控制，使铜带表面质量大大改善。通过张力计算和动态补偿技术实现了卷取机张力控制与带尾自动减速停车的功能，管理计算机与操作员站可以完成生产监控、数据存储与管理等任务。通过优化设计，新的酸洗线控制系统运行稳定可靠、操作便捷高效、生产效率大大提升，达到了很好的经济效益。
3、结束语
综上所述，本文基于PLC的酸洗线DCS优化控制进行了探讨，并对其总体的方案和方法也进行了总结，希望可以为今后的基于PLC的酸洗线DCS优化控制的具体的工作提供借鉴。
参考文献：
[1]夏翠莉，朱万军主编.冷轧带钢生产[M].北京:冶金工业出版社.2017.59
[2]朱立，孙本良编著.钢材酸洗技术[M].北京:化学工业出版社.2017.45
论文作者:马玉宾
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/21
标签：酸洗论文; 系统论文; 联锁论文; 分散论文; 直径论文; 功能论文; 现场论文; 《防护工程》2018年第31期论文;