西門(mén)子S7-300在熱鍍鋅機(jī)組帶鋼振動(dòng)阻尼系統(tǒng)上的應(yīng)用

夏江濤　陳　剛　李　華

（武漢鋼鐵集團(tuán)公司研究院，湖北武漢　430080）

西門(mén)子S7-300在熱鍍鋅機(jī)組帶鋼振動(dòng)阻尼系統(tǒng)上的應(yīng)用

夏江濤陳剛李華

（武漢鋼鐵集團(tuán)公司研究院，湖北武漢430080）

連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組帶鋼從鋅鍋至冷卻塔塔頂轉(zhuǎn)向輥的這一段較長(zhǎng)范圍內(nèi)，帶鋼在氣刀和冷卻風(fēng)機(jī)等對(duì)帶鋼的作用下，會(huì)使帶鋼產(chǎn)生振動(dòng)，影響到了帶鋼鋅層的厚度控制。本文介紹了S7-300PLC在熱鍍鋅生產(chǎn)線上帶鋼磁力式振動(dòng)阻尼系統(tǒng)上的應(yīng)用，保證包括PLC系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行效果。經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)可以有效解決帶鋼抖動(dòng)問(wèn)題。

PLCWinCC振動(dòng)阻尼系統(tǒng)

1　引言

連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組帶鋼從鋅鍋至冷卻塔塔頂轉(zhuǎn)向輥的這一段較長(zhǎng)范圍內(nèi)，帶鋼不允許有任何形式的接觸式依托點(diǎn)，在氣刀和冷卻風(fēng)機(jī)等對(duì)帶鋼的作用下會(huì)使帶鋼產(chǎn)生振動(dòng)從而引起一系列問(wèn)題，既影響鍍鋅帶鋼的質(zhì)量又增加了金屬鋅的消耗。為了解決這一問(wèn)題，在氣刀上方安裝有磁力式的防振動(dòng)阻尼裝置，采用磁力非接觸式穩(wěn)定原理，利用與帶鋼表面垂直的異向磁力最大限度地抑制帶鋼的振動(dòng)振幅。整個(gè)振動(dòng)阻尼系統(tǒng)采用了西門(mén)子公司的SIMATIC S7-300控制系統(tǒng)，人機(jī)界面采用WinCC系統(tǒng)，能夠有效的解決帶鋼振動(dòng)問(wèn)題。

表1　系統(tǒng)控制配置表

圖1　安裝示意圖

2　工藝簡(jiǎn)介

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，在鋅鍋沉沒(méi)輥和塔頂轉(zhuǎn)向輥之間數(shù)十米的帶鋼僅僅依靠張力的作用保持穩(wěn)定。帶鋼的橫向無(wú)規(guī)則振動(dòng)直接導(dǎo)致氣刀噴嘴與帶鋼的距離的變化，想完成對(duì)鋅層厚度的控制是很困難的。通過(guò)一般手段，如控制張力或者改善氣刀噴嘴形狀可以減小振動(dòng)，但不能從根本上解決問(wèn)題。想有效直接解決振動(dòng)，最直接的辦法是安裝夾緊輥。但是熱鍍鋅作業(yè)線上，在鍍層結(jié)晶冷卻前是不允許直接接觸鋅層的。磁式振動(dòng)阻尼系統(tǒng)通過(guò)安裝在帶鋼兩側(cè)能在帶鋼上產(chǎn)生異向磁力的磁力裝置，以異向磁力作用抑制帶鋼的橫向移動(dòng)，其產(chǎn)生的力學(xué)效果類(lèi)似于夾緊輥。

整個(gè)系統(tǒng)由幾個(gè)部分組成：

（1）磁力調(diào)節(jié)系統(tǒng)：調(diào)節(jié)電流以達(dá)到控制磁力的大小。

（2）帶鋼距離測(cè)量傳感器：用于測(cè)量電磁裝置與帶鋼的距離。

（3）裝置行走機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)電磁裝置與帶鋼之間的距離。

（4）輔助設(shè)施：包括氣動(dòng)冷卻機(jī)構(gòu)，磁力測(cè)量等。

（5）控制系統(tǒng)：PLC及人機(jī)界面，系統(tǒng)的自動(dòng)控制與操作、數(shù)據(jù)記錄等。

3　SIMATIC S7-300控制系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)硬件與通訊方式

西門(mén)子可編程控制器S7-300，屬于通用型PLC，特點(diǎn)是循環(huán)周期短，能用于復(fù)雜過(guò)程的控制，模塊化設(shè)計(jì)，完全可以達(dá)到控制要求，且能提供不同檔次的器件進(jìn)行選型。本阻尼系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用的配置見(jiàn)表1。

系統(tǒng)采用的通訊方式是西門(mén)子的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線。PROFIBUS是用于自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放式工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可確保實(shí)現(xiàn)集成通訊，是一種高速低成本的通信。PROFIBUS的物理層是RS-485接口。最大傳輸速率是12M比特/秒，最多可以與127個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)中可以接串接中繼器，用光纖通信距離可達(dá)90km。其網(wǎng)絡(luò)中還有很大擴(kuò)展空間，可接入很多種總線設(shè)備，如智能I/O站，智能開(kāi)關(guān)，也能接入其他控制終端，如智能從站、PG機(jī)、遠(yuǎn)程控制設(shè)備、無(wú)線設(shè)備等。

3.2軟件設(shè)計(jì)與人機(jī)界面

編程軟件采用西門(mén)子公司的STEP 7 V5.4。STEP 7包括的編程語(yǔ)言有三種，分別為梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）和邏輯塊圖（FBD），通過(guò)軟件的項(xiàng)目管理器可以啟動(dòng)工程項(xiàng)目及編程工具，進(jìn)行硬件配置和程序編寫(xiě)，并能在線訪問(wèn)PLC內(nèi)存進(jìn)行監(jiān)視和編輯。

在生產(chǎn)線鋅鍋操作室里設(shè)置了一臺(tái)上位機(jī)用于在線操作，人機(jī)界面系統(tǒng)采用西門(mén)子工程控制軟件WinCC6.0來(lái)實(shí)現(xiàn)，用于設(shè)備的各種參數(shù)輸入顯示等功能。通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面可以查看報(bào)警畫(huà)面、磁力調(diào)節(jié)電流歷史趨勢(shì)圖、阻尼裝置與帶鋼距離趨勢(shì)圖等系統(tǒng)控制器相關(guān)數(shù)據(jù)，并可以保存供日后分析使用。

WinCC有強(qiáng)大的編程環(huán)境，用戶可隨時(shí)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要編制并產(chǎn)生新的功能，在上位機(jī)上設(shè)置后就能在畫(huà)面上顯示并使用。

4　系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

阻尼裝置有2套行走機(jī)構(gòu)，磁力裝置、帶鋼距離測(cè)量傳感器安裝在一個(gè)不銹鋼箱體內(nèi)，依靠行走機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電磁鐵與帶鋼之間的距離。驅(qū)動(dòng)采用變頻器調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)時(shí)，箱體以30mm/s的速度自動(dòng)定位，在接近目標(biāo)時(shí)，程序控制減速以達(dá)到最佳位置。帶鋼運(yùn)行的情況下，箱體可以在20分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)到位。

帶鋼從兩個(gè)箱體之間穿過(guò)，需要不間斷地測(cè)量磁力裝置與帶鋼表面的距離。距離過(guò)大，磁力裝置達(dá)到相同效果需要更大的磁力；距離過(guò)小，帶鋼的抖動(dòng)或帶鋼板形產(chǎn)生的形變會(huì)使帶鋼表面與阻尼裝置相接觸?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)安裝在箱體上的兩個(gè)激光位置傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)帶鋼的位置變化（測(cè)量范圍為30～100mm，精度為0.1%），動(dòng)態(tài)分析阻尼效果，并同時(shí)調(diào)節(jié)磁力裝置到帶鋼表面的距離和驅(qū)動(dòng)磁力裝置的電流以達(dá)到最佳的阻尼效果。

5　應(yīng)用效果

在使用之前，帶鋼在沒(méi)有非接觸式帶鋼防抖動(dòng)裝置的制約時(shí)，最大抖動(dòng)幅度達(dá)4mm左右。系統(tǒng)投入使用后，操作人員只需在HMI上進(jìn)行控制或參數(shù)調(diào)節(jié)，當(dāng)阻尼裝置箱與帶鋼之間的距離及電流輸出值平穩(wěn)后，帶鋼的抖動(dòng)幅度僅僅在1mm以下。振動(dòng)裝置在不工作或當(dāng)鋅鍋的氣刀等系統(tǒng)需要拆卸和維護(hù)時(shí)，可以沿其滑道移回，不影響鋅鍋三大件的更換和維護(hù)。其安裝后示意圖如圖1所示。

6　結(jié)語(yǔ)

以S7-300為控制系統(tǒng)的防帶鋼振動(dòng)阻尼裝置在某廠鍍鋅線投入運(yùn)行以后，通過(guò)一段時(shí)間的使用，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，帶鋼振動(dòng)減輕之后，鋅層厚度及鍍層均勻，在保證質(zhì)量的前提下生產(chǎn)出來(lái)的熱鍍鋅帶鋼能節(jié)約大量的鋅原料。一般鍍鋅層厚度為50g/m2～200g/ m2，現(xiàn)在僅單面鍍鋅層厚度可減少2.5g/m2，隨著目前鋅價(jià)的攀升，一條年產(chǎn)十萬(wàn)噸的生產(chǎn)線僅降低鋅耗即可節(jié)約數(shù)百萬(wàn)元的成本，這對(duì)于熱鍍鋅生產(chǎn)企業(yè)降本增效有著重大意義。

［1］Anno Jordan.控制熱鍍鋅帶鋼振動(dòng)降低生產(chǎn)成本［J］.鋼鐵譯文集，2008，（1）：45-47.

［2］KAWANISHI MASAMI etc.MITSUBISHI HEAVY IND LTD.STRIP SHAPECORRECTING AND DAMPING DEVICE.日本.No.JP2001117689，2002-10-31.

夏江濤（1982—），男，漢族，湖北武漢人，碩士研究生，工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化。