棒材生產(chǎn)線冷床自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

寧中赫+崔桂梅

摘要：自動控制系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)管理中起著至關(guān)重要的作用，本文以冷床的自動控制系統(tǒng)為研究對象，分析了棒材加工工藝的流程和冷床設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成。通過研究棒材的冷卻控制工藝以及冷床設(shè)備的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)作業(yè)要求，采用了PLC自動控制技術(shù)，運用軟件工程的設(shè)計方法與原則實現(xiàn)了主要功能模塊，完成了自動化解決方案。

關(guān)鍵詞：冷床；棒材加工；自動控制；PLC

中圖分類號：TP278 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0009-01

1 前言

棒材軋鋼廠通常包含加熱爐加熱→軋機軋制→裙板輥道→過跨冷卻→冷剪→收集包裝等流程，在成層區(qū)域和裙板輥道之間的冷床為過跨冷卻使用的基本模塊，起到空冷棒材的用途和把棒材輸送至冷剪區(qū)成層設(shè)備上，冷床在完整的工藝流程中是非常重要環(huán)節(jié)，以及其自動化的程度對生產(chǎn)有著非常重要的作用。

2 主要技術(shù)手段與總體設(shè)計思路

冷床卸鋼是通過兩個拖動拉桿同時進行操作，采用液壓制動器制動。卸鋼時的全段輥道以一個特定速度進行，經(jīng)人工手動方式來確定輥道速度，這個過程是通過調(diào)整變頻器面板的可調(diào)電位器來實現(xiàn)的。由于鋼材在輥道上做的是加速運動，所以會慢慢拉長和下一支鋼的距離長度。棒材生產(chǎn)線冷床上卸鋼機構(gòu)的裙板動作對冷床設(shè)備的穩(wěn)定運行具有至關(guān)重要的意義。如果裙板動作出錯，下游工藝線可能受其影響而產(chǎn)生較嚴(yán)重的錯誤，因此必須在上卸鋼機構(gòu)設(shè)置強約束條件，一方面裙板的動作周期需要謹(jǐn)慎的設(shè)定并且需要多次實驗和修正來確定，另一方面必須使裙板的拋鋼信號和冷床的步進動作信號產(chǎn)生互鎖關(guān)系，以避免拋鋼過程中動齒條動作造成“跑鋼”的情況。

當(dāng)今社會由于大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，可編程序控制器得到了空前的發(fā)展和應(yīng)用，目前企業(yè)的目標(biāo)都是工業(yè)自動化，在工業(yè)自動化工藝的條件下，可編程序控制器PLC被大量的應(yīng)用在步進式冷床中，其在軟硬件方面的對推動軋鋼過跨冷卻技術(shù)的保障使企業(yè)受益匪淺。為了減少熱停工，增強軋制流水線的安全運行，并進一步增強系統(tǒng)控制功能，在系統(tǒng)中加入一套升級后的PLC控制裝置，通過PLC對冷床和軋機分別進行網(wǎng)絡(luò)控制。

3 冷床自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

自動控制系統(tǒng)的設(shè)計需要從硬件和軟件兩個方面來考慮。對于硬件的器件選型首先要能夠滿足系統(tǒng)的控制要求，其次必須考慮節(jié)約成本和便于擴展、改造、維護。另外，為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，避免意外事故造成設(shè)備或者人身損害，即使在硬件設(shè)計方面有一些冗余也是可以接受的，也就是說，必須充分考慮系統(tǒng)運行過程中可能存在的隱患，然后對其加強檢測和控制。冷床自動控制系統(tǒng)上鋼裝置在某一特定時間點將倍尺飛剪切后的軋件送到冷床上，倍尺剪剪切的長度，水冷輥道的速度，精軋機末架速度都會對冷床上的軋件造成影響。對于軟件的設(shè)計，開發(fā)人員在對一個可編程控制器設(shè)計自動化項目時大都采用以下基本步驟，如圖1所示。其中生成一個組態(tài)圖是一個關(guān)鍵步驟：生成符合設(shè)計要求的文檔之后，緊接著要確定項目要求的控制設(shè)備種類，以及可編程控制器的結(jié)構(gòu)通過由工藝流程的模板進行確定。一般生成的組態(tài)圖需要指定以下要求：CPU類型；I/O模板的類型和數(shù)量；物理輸入和輸出的組態(tài)。

分析冷床自動控制系統(tǒng)的邏輯流程，根據(jù)其工作流程設(shè)計了冷床自動控制系統(tǒng)的硬件，使用SIMATIC STEP 7軟件對硬件進行組態(tài)，對SM321模塊和SM322模塊的信號進行定義，并進一步完善冷床控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計。工業(yè)以太網(wǎng)則被應(yīng)用于PLC各系統(tǒng)以及與人機界面HMI中；在HMI上，根據(jù)操作規(guī)程，工人選擇上鋼裝置的組數(shù)、中位停留時間還有上鋼延時時間。最終，PLC通過各種設(shè)定值和信號來控制上鋼裝置液壓閥的動作。

4 結(jié)語

本文在對冷床自動控制技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，進一步完善了自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，并從硬件和軟件兩個方面來考慮工業(yè)自動化對冷床工藝的要求。硬件主要從安全以及冷床自動控制系統(tǒng)上鋼裝置兩方面作為出發(fā)點，運用軟件工程的設(shè)計方法與原則實現(xiàn)了主要功能模塊，完成了自動化解決方案，并對設(shè)計程序結(jié)構(gòu)進行了研究。

參考文獻

[1]王衛(wèi)兵，高俊山.可編程控制器的原理及應(yīng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.1.

[2]王豐.棒材生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)改造設(shè)計[J].機床與液壓，2010，14：114-116.

[3]黃旭東.大棒材軋鋼生產(chǎn)線傳動系統(tǒng)及其控制技術(shù)的研究[D].天津大學(xué)，2014.