PLC在高速線材生產(chǎn)下集卷站控制上的應(yīng)用

禹曉勤，單凌寒，胡慶軍，閆菲，穆太清

（1.天津電氣科學(xué)研究院有限公司 天津 300180；2.中交一航局安裝工程有限公司 天津 300457）

PLC在高速線材生產(chǎn)下集卷站控制上的應(yīng)用

禹曉勤1，單凌寒2，胡慶軍1，閆菲1，穆太清1

（1.天津電氣科學(xué)研究院有限公司 天津 300180；2.中交一航局安裝工程有限公司 天津 300457）

根據(jù)高線集卷站的工藝流程和控制要求，對(duì)集卷站各機(jī)械設(shè)備的閉環(huán)位置控制、順序聯(lián)鎖控制按工藝流程進(jìn)行分析，并根據(jù)不同控制對(duì)象的特點(diǎn)對(duì)實(shí)際用到的位置控制和順序聯(lián)鎖控制的控制程序進(jìn)行介紹。

集卷站；位置控制；順序聯(lián)鎖控制

1 工藝流程

高線的精整區(qū)是指吐絲機(jī)以后到卸卷站的全部設(shè)備，包括斯太爾摩輥道、冷卻風(fēng)機(jī)、集卷站、PF線，稱重掛牌、打包、卸卷站等。這里針對(duì)高速線材廠自動(dòng)化控制最為密集的設(shè)備——集卷站，對(duì)其自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行概括性介紹。

集卷站設(shè)備包括集卷筒、布料器、分離指、鼻錐、左右托板、滾床、運(yùn)卷小車等。其驅(qū)動(dòng)由交流電機(jī)傳動(dòng)及液壓傳動(dòng)兩部分組成。

集卷站的主要作用為將從吐絲機(jī)產(chǎn)出的成品線材由風(fēng)冷線輥道的散卷狀態(tài)通過集卷站的系列聯(lián)動(dòng)將之收集成為成型的可打捆的鋼卷，再由小車將鋼卷與PF線的C型鉤對(duì)中后掛至C1型鉤上。

其工作流程為：由吐絲機(jī)吐出的散卷狀的線圈，經(jīng)散冷輥道至集卷站，經(jīng)集卷筒上方的布料器整理后成自由落體形式落入集卷筒內(nèi)的插板上并慢慢累積，當(dāng)集卷筒內(nèi)的散卷累積至一定高度時(shí)，插板打開；散卷進(jìn)而跌落至已處于上極限位置的托盤上；再經(jīng)一定時(shí)間的延時(shí)后，托盤開始進(jìn)入慢降階段，慢降時(shí)要確保落入集卷筒內(nèi)的散卷仍然在集卷筒內(nèi)完成集卷過程（可使卷型較為好看且為以后定位打基礎(chǔ)）；當(dāng)鋼卷完全落完后，托盤板即進(jìn)入快速下降階段（與此同時(shí)插板關(guān)閉），直至下降到減速位并平緩到達(dá)下降停止位；此時(shí)舉升滾床下降，且托盤的左、右臂同時(shí)打開至打開位；打開到位后，托盤以打開到位的狀態(tài)上升至上極限位，舉升滾床電機(jī)運(yùn)行，將卷芯架移送至下一滾床，同時(shí)舉升滾床前一滾床運(yùn)行，將空卷芯架移送至舉升滾床；托盤開始閉合，舉升滾床鎖定并上升，為下一周期做好準(zhǔn)備，此時(shí)，帶有鋼卷的卷芯架由滾床系統(tǒng)運(yùn)送至翻轉(zhuǎn)裝置，翻轉(zhuǎn)裝置運(yùn)行，將卷芯架平放，小車由卸卷位或等待位，以低位方式行駛至接卷位并上升至高位，之后以高位方式向C型鉤方向運(yùn)行，對(duì)中后下降，再次駛回等待位或直接駛向翻轉(zhuǎn)裝置，接下一卷線材。在以上傳動(dòng)設(shè)備中，滾床行走，滾床旋轉(zhuǎn)，運(yùn)卷小車行走，托盤升降為變頻器帶動(dòng)交流電機(jī)進(jìn)行的傳動(dòng)控制，舉升滾床鎖緊升降，托盤開閉，翻轉(zhuǎn)裝置等為液壓傳動(dòng)控制。

2 系統(tǒng)組成

2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)

需調(diào)速的散卷冷卻輥道、散冷風(fēng)機(jī)、卷芯架驅(qū)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)、運(yùn)卷小車等選用西門子G120系列變頻器。G120系列是西門子為交流電機(jī)提供經(jīng)濟(jì)的高精度的速度、轉(zhuǎn)矩控制開發(fā)的變頻器。通過PROFIBUS網(wǎng)與上級(jí)PLC進(jìn)行通訊，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、交換與監(jiān)控，具有控制性能好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，滿足了軋制線高品質(zhì)、高精度的要求。

2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)

基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)采用西門子S7-400 PLC進(jìn)行控制。CPU型號(hào)為CPU416-2DP，這是一款較高檔的中央處理器，具有較高容量程序存儲(chǔ)能力，性價(jià)比出眾，完全能夠滿足集卷區(qū)以及相關(guān)輔助介質(zhì)系統(tǒng)的順序及邏輯控制需要。在集卷站操作室設(shè)置了2個(gè)ET200的遠(yuǎn)程站，用于采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)及連接操作臺(tái)?；A(chǔ)自動(dòng)化級(jí)PLC和傳動(dòng)級(jí)之間采用Profibus-DP網(wǎng)連接，增加了控制的靈活性。在集卷站操作室設(shè)置工控機(jī)1臺(tái)，上位監(jiān)控系統(tǒng)與基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)PLC之間采用以太網(wǎng)連接，選用西門子WINCC系統(tǒng)，對(duì)收集區(qū)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖Fig.1 Network configuration diagram of the system

3 程序控制

3.1 位置控制功能塊實(shí)現(xiàn)

集卷站使用位置控制的設(shè)備是托盤的升降變速控制和小車的正反向行走控制。2套設(shè)備均采用絕對(duì)值碼盤反饋。以小車為例，在STEP7程序中采用閉環(huán)控制，速度設(shè)定分為3個(gè)階段，在啟動(dòng)階段，速度采用20%給定速度，當(dāng)速度達(dá)到15%后，進(jìn)入過程階段速度采用80%給定速度，當(dāng)接近預(yù)訂位置時(shí)，速度積分下降到5%，這樣可使小車的啟動(dòng)及停止的加減速十分平穩(wěn)，并且在達(dá)到設(shè)定停止位置時(shí)加入了死區(qū)閉環(huán)反饋的環(huán)節(jié)，使其位置誤差達(dá)到較小的范圍。小車為正負(fù)3 mm、盤卷板為正負(fù)2 mm。閉環(huán)數(shù)據(jù)值均通過各設(shè)備電機(jī)所帶動(dòng)的絕對(duì)值編碼器來實(shí)現(xiàn)反饋和數(shù)據(jù)修正，并且在各個(gè)設(shè)備的固定位置點(diǎn)設(shè)置了編碼器清零的功能，大大減少了設(shè)備運(yùn)行的誤差。因運(yùn)卷小車所接鋼種不同，其鋼卷重心時(shí)常產(chǎn)生變化，在程序中還加入了小車行程補(bǔ)償?shù)墓δ?，確保其與C型鉤對(duì)中的平穩(wěn)性。閉環(huán)位置控制流程圖見圖2。

圖2 閉環(huán)位置控制流程圖Fig.2 A closed-loop position control flow chart

3.2 順序聯(lián)鎖控制功能

集卷站系統(tǒng)本身由多個(gè)可以相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行，而實(shí)際生產(chǎn)中是相互聯(lián)動(dòng)的子系統(tǒng)組成并按照工藝要求進(jìn)行一定順序的聯(lián)鎖動(dòng)作。各個(gè)動(dòng)作的啟動(dòng)和完成可以觸發(fā)另外的設(shè)備動(dòng)作，各個(gè)動(dòng)作間需要相互協(xié)調(diào)和順序聯(lián)鎖，觸發(fā)均通過延時(shí)或者編碼器的反饋值以及接近開關(guān)的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。例如：滾床子系統(tǒng)。滾床系統(tǒng)由舉升滾床、翻轉(zhuǎn)滾床、旋轉(zhuǎn)滾床、運(yùn)輸滾床組成，起到了承上啟下的作用。首先舉升滾床要和升降托盤相互連鎖，使鋼卷可以順利的由集卷筒轉(zhuǎn)移至卷芯架上。然后就是卷芯架的運(yùn)輸，依靠各滾床接近開關(guān)的互鎖，使得8個(gè)卷芯架能在滾床上順序運(yùn)行。最后由翻轉(zhuǎn)滾床和運(yùn)卷小車配合，將鋼卷移送到C型勾上。

3.3 自診斷功能

自診斷功能包括故障診斷和故障處理兩部分。其中故障診斷部分，除了由傳動(dòng)裝置，電氣裝置上報(bào)的故障外，還可以自主判斷一些非正常狀態(tài)。如在預(yù)定時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)滾床到位信號(hào)未到達(dá)，判斷是否遇到卡鋼；又如接觸器合閘命令發(fā)出后，在預(yù)設(shè)的時(shí)間為收到反饋信號(hào)等。由非正常狀態(tài)出現(xiàn)后，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，在上位機(jī)報(bào)警界面可以查詢報(bào)警信息。故障處理方面，在程序中加入了人工干預(yù)接口，可以在發(fā)生非正常情況時(shí)，程序能夠切換至故障模式進(jìn)行人工干預(yù)，待解除故障后再切換至正常運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù)接鋼工作。自診斷功能在實(shí)際應(yīng)用中起到了很好的效果。

4 結(jié)論

該高速線材集卷站從2014年10月熱負(fù)荷試車成功至今，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、可靠，對(duì)散卷的收集工作完全由PLC自動(dòng)化程序自行完成，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)化水平。為軋線的整體軋制速度提升和過鋼間隙的縮短提供了的保障。對(duì)高線的生產(chǎn)效益提高起到了相當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)作用。

［1］王一謙.某高速線材及大盤卷工程集卷站自動(dòng)化控制系統(tǒng)［J］.山西冶金2010，33（4）：35-36.

［2］許修業(yè).軋制過程自動(dòng)化［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1989.

［3］潘新民.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M］.北京：人民郵電出版社，1988.

Application of PLC in the High-speed Wire Collection Station

YU Xiaoqin1，SHAN Linghan2，HU Qingjun1，YAN Fei1，MU Taiqing1
（1.Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China；2.Installation Engineering Co.，Ltd.，CCCC First Harbor Engineering Company Ltd.，Tianjin 300457，China）

Closed-loop position control，sequential interlock control of machinery equipment in coil collecting station according to the technical processes and operation requirements of high line coil collecting station were analyzed.It also gave an introduction of practical operation procedures of position control and sequential interlock control based on the characteristics of different controlled objects.

coil collection station；position control；sequence interlock control

TP273

A

10.19457/j.1001-2095.20161013

2015-09-15

修改稿日期：2016-04-19

禹曉勤（1971-），男，本科，工程師，Email：18630924797@163.com