精整設(shè)備自動化控制淺析

代昀　顏潔

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，人類文明的進(jìn)步，現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)，應(yīng)該向著節(jié)約資源、降低能耗、綠色環(huán)保的方向發(fā)展。并且產(chǎn)品的種類、精度和數(shù)量都應(yīng)滿足廣大消費(fèi)者心理和實(shí)際的需求。然而，精整設(shè)備所生產(chǎn)的產(chǎn)品如何滿足實(shí)際需要，取決于它的機(jī)械性能和機(jī)械制造精度，同時(shí)還必須與先進(jìn)的自動化控制理念和先進(jìn)的自動化控制設(shè)備相結(jié)合。為此，我們根據(jù)多年來對精整設(shè)備的自動化設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用，探討分析了如何應(yīng)用可編程控制器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和自動化設(shè)備組成自動化控制系統(tǒng)，對精整設(shè)備進(jìn)行的自動化控制。

關(guān)鍵詞：精整設(shè)備；自動控制；工業(yè)網(wǎng)絡(luò)；可編程控制器

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、精整設(shè)備的作用與種類

1 精整設(shè)備的作用：就是對帶鋼或金屬板材的形狀進(jìn)行平整度處理，并將這些板材加工成用戶所需要的尺寸和單位重量的合格產(chǎn)品，最后按質(zhì)量等級進(jìn)行打印、包裝。

2 精整設(shè)備的種類

精整設(shè)備按其性能可分為：平整機(jī)、橫剪機(jī)、縱剪和重卷機(jī)、矯直和拉矯機(jī)。

二、精整設(shè)備的機(jī)械組成與工藝流程

在種類繁多的精整設(shè)備之中，我們只針對目前應(yīng)用廣泛的，而且設(shè)備工藝比較復(fù)雜的橫切機(jī)組，進(jìn)行自動化設(shè)計(jì)分析和自動化控制分析。橫切機(jī)組的工藝設(shè)備組成和工藝流程圖如圖1所示。

三、橫切機(jī)組自動化控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

橫切機(jī)組的電氣自動化控制方案、設(shè)計(jì)、選型和調(diào)試根據(jù)設(shè)備的現(xiàn)場布置和工藝的需要，我們把具體方案劃分為：主傳動部分、交流控制部分、自動化控制和網(wǎng)絡(luò)通訊部分以及自動化儀表部分。幾個(gè)主要部分具體設(shè)計(jì)方案如下：

1 主傳動部分

ABB公司ACS800系列變頻調(diào)速裝置。該型變頻調(diào)節(jié)器速裝置具有IGBT功率器件，采用全數(shù)字技術(shù)?？刂破骷八锌刂乒δ芫袇?shù)設(shè)定功能，速度反饋采用脈沖發(fā)生器，控制精度高。主回路采用了公共母線的供電方案。整流裝置進(jìn)線電壓AC380V，經(jīng)進(jìn)線電抗進(jìn)入整流回饋單元。

由車間變壓器引入交流AC380V電源，一是通過整流裝置給直流母線排供電；二是經(jīng)自耦變壓器并通過回饋裝置連接直流母線排。直流母線排同時(shí)給各個(gè)調(diào)速裝置-逆變器供電，從而調(diào)節(jié)雙夾送輥、輥矯直機(jī)、夾送測量輥、擺動輥道、定尺輥道、輥矯直機(jī)、輸送輥道和擺輥的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行速度的控制。

2 交流控制部分

由車間變壓器二次引入交流AC380V電源，為剪切機(jī)、低壓油站、高壓油站、加熱器、其它設(shè)備控制和PLC柜提供所需的動力電源。

3 自動化控制和網(wǎng)絡(luò)通訊部分

自動化控制部分，我們采用一臺可編成控制器（PLC）和ET從站以及人機(jī)界面（HMI）組成自動化控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)通訊部分我們應(yīng)用德國西門子（SIEMENS）公司分層分級的通訊技術(shù)，進(jìn)行自動化控制和監(jiān)控。

（1）可編成控制器（PLC）：是自動化控制的基礎(chǔ)和核心。之所以應(yīng)用西門子公司可編成控制器SIMATIC S7-400，因?yàn)樗吆芏鄡?yōu)點(diǎn)，如：CPU中央處理器功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展多種功能模塊；選用ET模塊可建立從站，對多點(diǎn)分散I/O進(jìn)行收集和控制；通過選用功能模塊，能非常方便的實(shí)現(xiàn)模擬量輸入/輸出模塊之間的轉(zhuǎn)換；PROFIBUS現(xiàn)場總線“開放”式的通信接口，能接納不同廠家制造生產(chǎn)的分散I/O裝置和現(xiàn)場設(shè)備；采用正確的網(wǎng)絡(luò)通訊，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場智能信號裝置、調(diào)節(jié)裝置和人機(jī)界面與可編程邏輯控制器（PLC）之間的數(shù)據(jù)傳輸。特別是PLC SIMATIC S7-400的系統(tǒng)軟件的應(yīng)用，對完成硬件組態(tài)，程序編制、調(diào)試、監(jiān)視、文檔資料處理和系統(tǒng)診斷等工作，起到了決定性作用。觸摸屏作為——人機(jī)界面（HMI）的應(yīng)用，它不但取代了原始的按鈕，更主要的是能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控，從而給設(shè)備維修人員快速解決現(xiàn)場設(shè)備故障和維護(hù)提供了方便。

（2）網(wǎng)絡(luò)通訊：我們選用工業(yè)企業(yè)的通訊網(wǎng)絡(luò)模式，它可劃分為三級：工廠級Ethernet、車間級PROFIBUS-FMS和現(xiàn)場級PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。

①工廠級Ethernet以太網(wǎng)通訊：工業(yè)以太網(wǎng)是目前控制領(lǐng)域研究和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)可用于設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的過程通訊網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點(diǎn)在于利用交換技術(shù)、全雙工和自適應(yīng)技術(shù)一起使用，并可靈活的選擇網(wǎng)絡(luò)性能和數(shù)據(jù)傳輸率。另外，以太網(wǎng)還可以基于因特網(wǎng)技術(shù)，提供世界聯(lián)網(wǎng)的解決方案。

②車間級PROFIBUS-FMS：是用于實(shí)現(xiàn)車間監(jiān)控和通訊任務(wù)的紐帶。同時(shí)還完成可編程序控制器PLC、PC機(jī)和Ethernet之間需要的數(shù)據(jù)傳送任務(wù)。

③現(xiàn)場級PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA通訊

（a）PROFIBUS-DP：是全球總線國際標(biāo)準(zhǔn)，可提供功能強(qiáng)大的過程和現(xiàn)場通訊。它開放的現(xiàn)場總線特性，適用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。PROFIBUS-DP在這一級，可以將較低層的分布式I/O等數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)到中高層。其傳輸特點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間短，抗干擾性強(qiáng)。

（b）PROFIBUS-PA：是一種用于分散式自動控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備的通訊系統(tǒng)，它以PROFIBUS-DP為基礎(chǔ)，覆蓋過程自動化的整個(gè)過程。適用于不同種類的現(xiàn)場設(shè)備之間的相互操作能力。PROFIBUS-PA現(xiàn)場總線通過轉(zhuǎn)換器件可連接傳輸?shù)絇ROFIBUS-DP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中。

④檢測元件與自動化儀表：檢測元件和自動化儀表的選擇，對橫切機(jī)組的剪切精度和運(yùn)行速度起決定作用。為此如：編碼器、光電開關(guān)、接近開關(guān)和低壓電器等產(chǎn)品，一定選擇國內(nèi)外產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品牌產(chǎn)品。

四、調(diào)試過程

1 橫切機(jī)組單臺設(shè)備分別進(jìn)行手動和自動調(diào)試運(yùn)行

本著操作簡單、使用方便的原則，我們讓全線各臺設(shè)備可以單動、 也可以全線聯(lián)動。機(jī)組的工作速度可在主控操作臺上的人機(jī)界面（HMI）上設(shè)定，由現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP將控制信息傳至PLC，通過PLC控制逆變器驅(qū)動變頻電機(jī)，以滿足生產(chǎn)要求。

2 自動剪切調(diào)整

根據(jù)工藝要求設(shè)定定尺長度，機(jī)組進(jìn)入自動狀態(tài)， PLC根據(jù)所測鋼板長度，控制夾送測量輥的運(yùn)行和剪機(jī)的剪切，以達(dá)到定尺剪切的目的。所有工藝參數(shù)的設(shè)定顯示均由HMI完成。

3 剪切機(jī)剪切速度調(diào)整

橫切機(jī)組設(shè)備之中，剪切機(jī)對鋼板切口質(zhì)量和鋼板剪切速度起決定作用。通過遠(yuǎn)程I/O和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線和PLC控制，使得剪切機(jī)在工作時(shí)的剪切力、 剪切工作速度和返程速度，都能滿足工藝要求，從而為提高產(chǎn)品的質(zhì)量帶來保障。

結(jié)語

在精整設(shè)備自動化控制開發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，我們應(yīng)用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、PLC可編程離散型I/O控制和整流逆變調(diào)速技術(shù)現(xiàn)結(jié)合控制方法，設(shè)計(jì)完成了對很多精整設(shè)備的自動化控制。如：昆明鋼鐵公司的定尺停剪機(jī)組；摩洛哥馬格里布鋼鐵公司（Maghreb steel Co.）1725橫切機(jī)組；哈東輕重卷機(jī)組等。由于采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，經(jīng)現(xiàn)場的調(diào)試和使用充分證明，其精整設(shè)備自動化控制設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠，用戶均給予了高度贊揚(yáng)。

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