随着产业链的延伸，公司的圆钢主导产品扩展到Φ50～160mm,钢坯断面由150×150mm2扩需到210×280mm2,如何保证钢坯从加热炉出炉后能更好实现除鳞效果，公司决定对原水除鳞系统进行技改，电控设备主要有编程用计算机、西门子S7-200、施耐德变频器、人机界面TD200 等。

系统工作方式分为手动和自动除鳞，同时具有各种联锁和保护设置，从而使该系统一直处于可控运作状态，通过近三年来的现场应用，达到了相应的工艺要求，即除鳞前后钢坯温降＜20℃，除鳞水压力在0.1～40.0MPa可调，除鳞效果＞99 %。

1 除鳞工艺流程

由于现场采用“一主一辅一备”两泵工作一泵备用工作制，因此在设备运行前首先要选择除鳞泵，同时需满足变频器启动条件（水箱的工作水位、液压站油压、润滑站油压、循环阀开启、变频器无故障），才可以启动变频器。

变频器启动后，高压除鳞泵运行，系统处于低频节能工作状态，高位水箱里的水通过高压除鳞泵经循环阀返回水箱，做低压循环，当热金属检测仪检测到钢坯信号时，循环阀自动关闭，变频器高频运作，高压水从除鳞装置喷出，清除钢坯表面的氧化层。钢坯完全除鳞后，循环阀自动打开，系统又处于低频节能工作状态，除鳞结束。

2 工控结构和硬件配置

本系统的动力部分由3台160kW异步电机驱动，实现“一主一辅一备”两泵工作一泵备用工作制，变频器采用施耐德Altivar 71系列，用以实现变频器频率变化。

工控结构如图1：西门子S7-200，它具有执行指令快、性能稳定、简便灵巧等特点;而TD200文本编辑器是所有S7-200系列操作员界面问题的最佳解决方法，在S7-200系列的CPU中保留了一个专一区域用于与TD200交换数据，TD200直接通过这些数据访问CPU的相关功能。在本系统中，TD200主要用于进出口水压力显示与报警、变频器调频设定等相关功能。

图1 工控结构

2.1 S7-200硬件配置

1) CPU模块

选择CPU224。它自带14路数字量输入、10路数字量输出，分别反映1#～3#泵变频器启动、运行、故障的相关状态及1#～3#泵变频器启动、运行执行情况，同时该模块最大可扩展256个数字量和16个模拟量通道。

2) 信号模块

信号模块是连接PLC和外部设备的接口模块，通过对输入或输出信号进行相应的转换，以便信号的处理和执行。本系统选用的数字量输入模块为EM221，型号为6ES7 221-1BH22-0XB8，它完成三台泵起停的电气柜面板输入及除鳞信号获得。

数字量输出模块为EM222，型号为6ES7 222-1HF22-0XA8，用来检测进口、出口水压力及除鳞状态。模拟量输出模块为EM231，型号为6ES7 231-0HC22-0XA8，用以反馈三台泵变频器的实际运行频率。模拟量输入模块为EM232，型号为6ES7 232-0BH22-0XA8，完成除鳞泵变频器所需频率。

3 程序结构

PLC程序是整个控制系统的关键，本项目利用西门子STEP7-Micro/WIN32编程软件，采用模块式编程方法，分别为主程序、出口水压力、进口水压力、变频器自动调频、变频器手动调频等模块，这大大提高了程序的可移植性和通用性。通过TD200只需改变工艺参数，就可自动完成控制﹑比较﹑运算﹑报警等功能，满足现场工艺要求。

3.1 除鳞启动、跳闸条件

1) 启动条件：

⑴进水水压 〉1.0MPa。

⑵除鳞泵进水阀门、出水阀门处于开启状态。

⑶循环阀处于开启状态。

⑷液压站系统压力 〉5MPa。

2) 跳闸条件：

除鳞系统压力≥41.0MPa；电机过荷超过设定值；进水水压≤0.6Mpa，进水水压≥1.6Mpa。

3) 系统保护：

在整个系统中，设置了压力保护点，当系统压力超过40.0MPa 时，循环阀打开，系统卸压；当压力超过40.5MPa 时，泵自动关闭，当前两个电气自动保护系统都失灵的情况并且压力超过41.0MPa 时，安全阀起跳，系统泄压，来保护安全阀的频繁起跳而造成安全阀关闭不严。

3.2 主/辅泵变频器频率给定转换

由于工艺需求，现场除鳞采用“一主一辅一备”两泵工作一泵备用工作制，主泵变频器频率给定由TD200 中“系统设定频率”地址VW75直接输入，并有PLC失电自保持数据功能。辅泵变频器频率给定可根据除鳞进、出口水压力进行手动或自动调频，以满足轧制不同规格产品除鳞所需的水压力，PLC失电数据自动清零。

以1#变频器为例来分析，图2中，通过M0.5来实现1#变频器主泵/辅泵频率给定方式的转换，M0.5=0为主泵频率给定方式,VW276通过图3进行频率的编程处理，产生频率模拟信号AQW0给变频器1; M0.5=1为辅泵频率给定方式,VW270通过图4进行手动和自动的PID运算，来完成变频器的频率AQW0给定。

图2 1#变频器主/辅泵频率给定方式转换

3.3 主泵变频器频率给定的编程

图3为人机界面TD200由地址VW75向CPU224传送频率数量值，数值范围为0～50,经SIMATIC整数数学运算指令，产生0～32000的数字量，这相对于变频器模拟频率0-50HZ,由图2方式传送到输出模块模拟通道AQW0，形成0～10VDC电压作为变频器频率的给定值。

图3 主泵变频器频率给定的编程

图4 PID运算

3.4 辅泵变频器频率给定的编程

STEP7-Micro/WIN 32提供了图4 PID指令，以实现除鳞水压闭环控制过程。图4参数 Auto-Manual为变频器调频自动/手动选择。

1) 变频器调频为自动

图4中，当M1.1=1时，变频器调频为自动，经过 PID的比例、积分、微分运算，从VW270输出到输出模块模拟通道AQW0 （图2），PID指令中参数PV-I 为过程值，来自现场出水压力实际值，它通过压力变送器传送到输入模块模拟通道AIW2，Setpoin-R为设定值，数值在0—100范围,它在指令向导设定,这里VD234 只能输入一个 0.0－100.0 的实数，例如：若输入 20，即为过程值的 20％，本系统出水压力值量程为0～40Mpa，则此处的设定值 20 代表8 Mpa（即40Mpa的 20％）。

2) 变频器调频为手动

图4中，当 M1.1 =0 时，变频器调频为手动，PID 将进行手动相应计算，由PID外部参数 ManualOutput作为设定值,ManualOutput数值范围为 0.0-1.0 之间的一个实数，代表输出范围的百分比，如VD272输入 0.5，则VW270输出一个满值范围内的50％到图2中AQW0。

3) PID内部参数设定

微分时间：0秒；积分时间：5秒；采样时间：1秒；增益：1；偏差：0。

4) PID外部参数设定

图5 PID参数VW702 VD234设定

图6 PID参数VD272设定

PID外部参数的设定经SIMATIC数学运算、传送指令（如图5、图6）求得。其中：VD24为设定出口水压力地址；VD66为出口水压力上限地址；AIW2为实际出口水压力地址； VW220为设定频率值地址。

4 结束语

自该除鳞投入使用来，电气控制系统反应速度快、控制精度高，除鳞效果十分明显，达到了如下指标：

1）根据轧制不同品种规格产品，除鳞泵能提供除鳞所需水压力。
2）在热轧坯料到来时可以在两三秒内将管网水压力迅速升到所需压力，保证除鳞效果。
3）在热轧坯料离开后，除鳞泵能迅速进入节能运行状态。
4）除鳞前后，热轧坯料表面温降低于20摄氏度 。

（编自《电气技术》，原文标题为“西门子S7-200在高压水除鳞系统中的应用”，作者为邓国华。）