1 引言
目前，西门子PLC以其强大的功能，优越的性能和良好的稳定性，在各行各业的生产线的控制中被广泛地使用，尤其是在轧钢领域应用得更是普遍。冷轧实验机的控制系统对控制器的精度和速度的要求都很苛刻，因为冷轧机的产品原料通常都很薄，轧制过程厚度控制的难度较大，同时还要对张力、速度进行精确控制。作为实验机，不仅要控制好，同时还要对控制过程的实验数据精确的测量，以便对工艺过程参数做进一步地分析和研究。
整个冷轧的机械部分包括主轧机(机架、两支撑辊和工作辊)、卷取机、减速机等。控制部分包括主传动电机、电动压下电机、左/右卷取电机、西门子直流调速器和液压缸。液压站中的五个电机和润滑站中的工艺润滑、设备润滑两个电机、加热器等。
2 系统的硬件设计
控制系统包括两部分，即控制部分和数据采集处理部分。控制部分采用西门子公司的S7-400系列PLC，并利用FM458作为高速模拟量控制器，与ET200组成ProfibusDP网，对分散的对象如操作台的控制时减少接线。使用S7-300PLC作为从站对液压站和润滑站进行控制。利用S7-400系列的443-1完成S7-400
主液压缸位移的测量选用德国的MTS绝对值传感器，左/右卷机的转速测量选用雷恩增量编码器，利用FM458控制器通过FM438-1扩展板上的绝对值和增量编码器模块读取位移和转速值，另外卷径也是通过增量编码器计算出来的。冷轧薄带钢在卷取时的张力是通过力传感器检测的。硬件配置见图1所示。
图1 控制系统硬件配
3 系统原理设计
首先慢速点动将原料带钢上卷，此时的主传动电机和卷取电机都是由S7-400站上的FM458通过6RA70直流调速器来控制的，其反馈信号如电机的速度是由FM438上的增量编码器检测，电机电流有调速器提供。构成速度闭环和电流(即转矩)闭环，同时通过力传感器检测到带钢的张力，完成力闭环控制。然后在触摸屏上输入工艺参数，如轧制的道次及相应的厚度值等。带钢的厚度控制是有MTS高精度位移传感器检测液压缸的位置，通过FM438模板上的绝对值编码器采集信号，经过PID算法后，输出电压值到高速伺服阀，从而完成对液压缸的位置闭环控制。当轧辊需要大位移移动时，需要对压下电机的控制来完成。
轧机在工作之前，液压站要首先工作，即要将主泵和背压泵打开，冷却水泵打开，以降低油温。将加热器打开，使乳化液的温度控制在50℃左右，打开搅拌电机时乳化液温度均匀。打开工艺润滑泵和设备润滑泵。
乳化液的温度控制是有S7-315 CPU，通过8通道模拟量输入模块7KF02检测来自温度变送器的温度值，通过与设定值的比较，控制两个加热器的通和断。当实际温度与设定温度相差较大时，两个加热器都打开，当实际温度接近设定温度的一个范围内时，关掉一个加热器。当轧机工作时，S7-315还要检测乳化液出口处的压力，并将压力、温度、液压站滤油器的状态等值通过Profibus-DP网发送到S7-400主站中的DB块中，以便在HMI计算机上显示，同时将速度、电流、张力等信号保存的数据库中。
4 系统通讯设计
在控制系统中将S7-400设为主站，将S7-300设为从站，它们之间的地址映射关系见图2和图3。
●Mode:通讯模式，MS为主从方式的通讯模式。
●Partner DP Addr:DP通讯伙伴的地址。
●Partner Addr:通讯伙伴的输入/输出地址。
●Local Addr:本站的输入/输出地址(S7-300站的地址)。
●Length:连续的输入/输出地址区的长度为32个字节。
●Consistency:数据的连续性。
图2 主、从站的地址映射关系
图3 报警信号发送到主站
5 系统软件设计
冷轧实验机机组的控制软件分为两部分，一部分是轧机的逻辑控制，即由梯形图或语句表编写，另一部分是模拟量闭环控制，由CFC结构流图编写。液压站部分的软件都是由梯形图或语句表编写。
液压站部分的软件分为模拟量检测，即乳化液温度和压力，温度控制;逻辑控制。具体的子程序块及其功能如下。
(1) 模拟量检测及主从站通讯子程序:完成乳化液温度、压力的检测，温度控制，并将温度、报警信号等，发送的S7-400主站，同时主站要对从站中控制乳化液的两个阀进行控制。
(2) AGC及弯辊站逻辑控制子程序:完成
(3) 水泵及搅拌器的逻辑控制子程序:完成液压站的油温控制，使其温度保持在一定范围内，按工艺要求完成搅拌器电机逻辑控制，使乳化液的温度保持均匀。
(4) 工艺润滑和设备润滑站电机逻辑控制子程序
(5) 故障报警子程序:当液压站油温持续过高、滤油器堵塞、乳化液温度不工艺在要求范围内等，将产生报警信号。
(6) 公共子程序:公共子程序包括很多，如图4、图5、图6示出了数据标。度变换、数据类型转换、控制算法、数据处理等子程序。
图4 标度变换子程序
图5 温度逻辑控制子程序
图6 数据检测子程序
6 结束语
该实验轧机的控制系统采用了性能稳定稳定、抗干扰性强的西门子系列PLC，使整个设备的运行安全可靠，完全达到了设计要求，利用该设备承揽了与韩国一家公司的润滑油性能研究的科研项目。该实验机是具有自主知识产权的设备，得到了国家九八五自然科学基金的资助，在此
