冷軋機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

馮慶彪

摘要：冷軋機(jī)是一種新型的板材冷軋加工設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)不同厚度的板材加工，廣泛應(yīng)用于冶金、鋼鐵業(yè)。冷軋機(jī)的生產(chǎn)能力逐步提升，提升其生產(chǎn)精度，滿足高品質(zhì)生產(chǎn)需求是當(dāng)前的主要工作。對冷軋機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)厚度這一核心目標(biāo)的控制。

關(guān)鍵詞：冷軋機(jī);電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng);PLC技術(shù)

引言

冷軋機(jī)廣泛用于板材的生產(chǎn)和加工。根據(jù)軋輥組數(shù)及生產(chǎn)方式不同，可以進(jìn)行不同批量、種類、規(guī)格生產(chǎn)加工作業(yè)。實(shí)現(xiàn)冷軋機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化，能夠提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量，滿足高精度的使用需求。

1冷軋機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求分析

冷軋機(jī)工業(yè)生產(chǎn)高度智能化、自動(dòng)化的形勢下出現(xiàn)的一種高性能的板材加工設(shè)備。它的主要目的是為了滿足人們工作生活中所需的不同厚度、板形的板材的需求。其電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展，從一定程度上，決定了其功能的實(shí)現(xiàn)。對電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要滿足功能性需求以及非功能性需求。

功能性需求是指：一、根據(jù)生產(chǎn)加工的需求，對冷軋機(jī)的生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，執(zhí)行四輥冷軋機(jī)的工藝流程，完成不同厚度的板材加工。要求冷軋機(jī)能夠完成人機(jī)交互，即可以在人工、半人工及無人三種情況下完成作業(yè)。二、實(shí)現(xiàn)冷軋機(jī)的自動(dòng)報(bào)警功能，能夠進(jìn)行自診斷和保護(hù)。當(dāng)軋機(jī)出現(xiàn)生產(chǎn)故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并響應(yīng)警報(bào)停止作業(yè)。從而有效減少廢料產(chǎn)出并保護(hù)冷軋機(jī)，降低設(shè)備維修率。

非功能性需求是指：一、系統(tǒng)需要具備集成性，使系統(tǒng)中的各獨(dú)立的設(shè)備、功能模塊、信息元素之間形成一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)集中控制;二、硬件構(gòu)成及軟件設(shè)計(jì)簡便，易調(diào)試，方便進(jìn)行功能拓展;三、系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，降低出錯(cuò)率，提升生產(chǎn)效率。

2 PLC技術(shù)在冷軋機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢

PLC是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它是工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化的充分體現(xiàn)，結(jié)合了當(dāng)前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與通訊技術(shù)。它采用可編輯存儲(chǔ)器來執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC技術(shù)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中具有明顯優(yōu)勢，能夠充分滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能性需求和非功能性需求。

首先，它采用單片機(jī)形式，集成度高。也就減少了PLC機(jī)的體積和重量。同時(shí)具備電路保護(hù)和自診斷功能，能夠穩(wěn)定運(yùn)行;其次，PLC技術(shù)的編程語言簡單，采取少量的命令語句就可以實(shí)現(xiàn)程序編寫。因此，其在拓展時(shí)，也更加的便捷，能夠通過不同的組合來實(shí)現(xiàn)功能上的調(diào)整。第三，具備完整的輸入/輸出功能模塊，可應(yīng)對不同的工業(yè)生產(chǎn)器件產(chǎn)生的信號(hào)，完成指令。PLC主要由主機(jī)、輸入/輸出I/O接口、電源、編程、輸入/輸出擴(kuò)展單元等組成。

3冷軋機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

3.1輥縫調(diào)節(jié)

在軋制前，通過觸摸屏對生產(chǎn)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。各項(xiàng)參數(shù)由不同的傳感器進(jìn)行信號(hào)采集和反饋。在板材厚度調(diào)節(jié)中，輥縫屬于初級(jí)精度調(diào)節(jié)。因此，應(yīng)以輥縫為優(yōu)先控制指標(biāo)，來調(diào)整板材的加工厚度。軋制過程中，軋輥若出現(xiàn)位移，則輥縫值與預(yù)設(shè)值出現(xiàn)偏差。位移傳感器對軋輥的位移進(jìn)行檢測，并將偏差輸入到伺服閥線圈上，使伺服閥動(dòng)作驅(qū)動(dòng)壓上油缸，軋輥快速移動(dòng)，直至與預(yù)設(shè)輥縫值相一致。此時(shí)位移偏差信號(hào)消失，輥縫調(diào)節(jié)結(jié)束，上位機(jī)接收信號(hào)，正常執(zhí)行生產(chǎn)操作。當(dāng)軋輥移動(dòng)的過程中，測厚儀對板材的厚度進(jìn)行測量，當(dāng)軋輥已經(jīng)無法進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，偏差信號(hào)仍然存在時(shí)，表示輥縫移動(dòng)已經(jīng)無法繼續(xù)完成厚度控制指標(biāo)。此時(shí)系統(tǒng)接收信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)入張力調(diào)節(jié)。

3.2張力調(diào)節(jié)

張力的調(diào)節(jié)作用于冷軋機(jī)的開卷機(jī)和收卷機(jī)。生產(chǎn)精度要求越高，對張力的調(diào)節(jié)要求越嚴(yán)格。根據(jù)板材的受力分析，張力調(diào)節(jié)存在極限值，當(dāng)超過極限值時(shí)，板材會(huì)出現(xiàn)斷裂。因此本系統(tǒng)考慮將按照比例值與積分值分離調(diào)節(jié)的方式來控制張力的釋放。根據(jù)調(diào)節(jié)需求，PLC與直流調(diào)速器建立通訊，控制電流值，確保張力按照線性比例值增大，并在達(dá)到極限值前賦予積分值，降低板材斷裂的概率。

3.3軋制保護(hù)功能

軋制速度與壓力的控制與輥縫和張力的調(diào)節(jié)相類似，均通過傳感器來檢測偏差信號(hào)，通過通訊驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器行動(dòng)，完成所有指標(biāo)的調(diào)節(jié)。行動(dòng)過程中，測厚儀完成對板材厚度信號(hào)的采集，當(dāng)厚度符合設(shè)定值時(shí)，偏差信號(hào)消失。所有的通訊均通過profibus-dp協(xié)議來完成，當(dāng)下位機(jī)發(fā)生故障問題時(shí)，通過通訊協(xié)議向上位機(jī)進(jìn)行信號(hào)反饋，上位機(jī)接收信號(hào)后，即刻停止作業(yè)。

冷軋工藝的生產(chǎn)廢料產(chǎn)生多出現(xiàn)在穿帶的過程中，易出現(xiàn)原坯料堆積。因此，在本系統(tǒng)中，針對穿帶過程中的三項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行檢測，來減少穿帶卡頓，帶來的堆積。第一，通過傳感器檢測穿帶帶頭的位置，確保帶頭在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過洗槽。當(dāng)發(fā)生誤差?t時(shí)，PLC接收反饋信號(hào)，停止作業(yè);第二，預(yù)設(shè)電機(jī)力矩電流值。電流值不低于預(yù)設(shè)值，當(dāng)出現(xiàn)變量?A時(shí)，動(dòng)作停止;第三，檢測變頻器的速度，控制速度變量?v，變頻器的速度過高或者過低時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，停止穿帶作業(yè)。

3.4自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)

自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)是對設(shè)備軋制信息、質(zhì)量狀況、設(shè)備控制情況等各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，并生成相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表。其中包括道次報(bào)表、卷次報(bào)表、班次報(bào)表、日次報(bào)表、軋輥報(bào)表等，可提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)報(bào)表。自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)內(nèi)置了強(qiáng)大的搜索功能，方便快捷地查詢所需料卷信息。同時(shí)也提供了詳細(xì)的料卷數(shù)據(jù)信息、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、重要數(shù)據(jù)趨勢圖等。具體功能

3.5軋制管理系統(tǒng)

軋制管理系統(tǒng)是對設(shè)備軋制所需信息、計(jì)劃、工藝、控制、質(zhì)量、軋輥等各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納匯總，并可下載到設(shè)備進(jìn)行軋制操作。其中包括日班計(jì)劃、參數(shù)設(shè)定、軋輥管理、質(zhì)量監(jiān)控、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等一系列的數(shù)據(jù)操作，內(nèi)含強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理功能，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)提高生產(chǎn)效率，系統(tǒng)高度的自動(dòng)化大大減少了設(shè)備對操作經(jīng)驗(yàn)的依賴性，同時(shí)也減少操作人員工作強(qiáng)度。具體功能如下：

軋制計(jì)劃：既可由工藝操作人員選擇并下載數(shù)據(jù)到二級(jí)系統(tǒng)，按計(jì)劃生產(chǎn)，也可以根據(jù)軋制工藝，自動(dòng)計(jì)算編排軋制產(chǎn)品的工藝道次和參數(shù)。其后操作人員可以模型干預(yù)，修改自動(dòng)計(jì)算的軋制參數(shù)，下載到系統(tǒng)并投入設(shè)定。

選擇歷史參數(shù)：選擇歷史軋制最優(yōu)參數(shù)參考。軋輥管理：當(dāng)前使用軋輥數(shù)據(jù)顯示;軋輥數(shù)據(jù)記錄等。

質(zhì)量監(jiān)控：質(zhì)量相關(guān)參數(shù)曲線顯示。軋制歷史：歷史軋制數(shù)據(jù)查詢，軋制數(shù)據(jù)顯示等。

冷軋工藝的生產(chǎn)廢料產(chǎn)生多出現(xiàn)在穿帶的過程中，易出現(xiàn)原坯料堆積。因此，在本系統(tǒng)中，針對穿帶過程中的三項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行檢測，來減少穿帶卡頓，帶來的堆積。第一，通過傳感器檢測穿帶帶頭的位置，確保帶頭在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過洗槽。當(dāng)發(fā)生誤差?t時(shí)，PLC接收反饋信號(hào)，停止作業(yè);第二，預(yù)設(shè)電機(jī)力矩電流值。電流值不低于預(yù)設(shè)值，當(dāng)出現(xiàn)變量?A時(shí)，動(dòng)作停止;第三，檢測變頻器的速度，控制速度變量?v，變頻器的速度過高或者過低時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，停止穿帶作業(yè)。

結(jié)束語

軋機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)方便、直接、高效地完成了對軋機(jī)的自動(dòng)化控制，對調(diào)試人員、生產(chǎn)操作人員、工藝技術(shù)人員及生產(chǎn)維護(hù)人員提供了良好的技術(shù)支持。完善的控制系統(tǒng)，不僅可以提高系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約生產(chǎn)操作人員的時(shí)間，提高生產(chǎn)維護(hù)工程師的效率，而且還可以顯著提高軋制產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，為工藝人員提供方便、直觀、大量的數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品的質(zhì)量的穩(wěn)定性提供了可靠的技術(shù)保證。

參考文獻(xiàn)

[1]王克亮.高精度冷軋自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].中國高新技術(shù)企業(yè).2016（15）

[2]霍巖巖，謝海云.基于冷軋自動(dòng)化技術(shù)的西門子控制系統(tǒng)[J].科技視界.2014（20）

[3]王永霞.探究軋鋼電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造技術(shù)及其應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件.2018（23）

（作者單位：新華冶金集團(tuán)）