常化退火機組電氣自動化軟件系統定位控制方案設計及實現

高穎

【摘 要】針對常化退火機組生產工藝要求，對其電氣自動化軟件系統進行控制方案設計；選用西門子S7-400PLC進行系統控制，選用西門子PCS7系統作為軟件平臺，系統控制中需要很多精確的帶頭帶尾定位，針對這種情況，在本文詳細闡述了定位控制系統的詳細設計方案。

【關鍵詞】開卷機；活套；卷取機；PLC；定位；自動；軟件

一、機組生產工藝過程描述

1.機組入口段。在鋼卷上到開卷機上后，開卷機的外支撐擺上，卷筒脹緊后，開卷機的二個壓輥擺下，同時小車下降返回等待位（1#鞍座），人工點動開卷機，將帶頭旋轉到適合上開卷的位置，入口穿帶臺導板擺上并伸出到合適的位置，聯合點動開卷機、及其2#壓輥，在帶鋼頭部穿過夾送輥矯直機1#側導輥后停止聯合點動，1#側導輥的1#輥對帶頭進行對中，壓下夾送輥矯直機，入口穿帶臺導板擺下并縮回。至此上卷操作完成。上卷操作完成后，進行“帶頭到切頭剪”穿帶自動，其依據夾送輥矯直機的夾送輥的編碼器和切頭剪前光電管進行帶鋼跟蹤；帶頭達到切頭剪入口夾送輥與剪刃之間后，帶鋼停止，進行1#側導輥的2#輥對中，至此該自動完成。“帶頭到切頭剪”自動完成后，且帶尾剪切自動完成后，就進行帶頭剪切自動。在帶頭剪切自動完成后，進行帶頭到焊機的穿帶自動。在開卷機上剩余鋼卷直徑～Φ780mm時，入口段降速進行甩尾操作，當達到甩尾速度（25m/min）時，夾送輥矯直機的夾送輥和矯直輥壓下，同時No.1張力輥的二個壓輥也壓下。帶尾自動剪切過程中，檢查臺與切頭剪之間的光電管檢測到帶鋼尾部時，需要重新計算剩下部分帶鋼的每刀的剪切長度，保證最后一塊帶鋼的長度不小于300mm，否則它不能落入廢料箱內。在進行帶尾自動剪切過程中，同時進行帶尾自動定位到焊機，還同時進行入口的上卷操作。焊接完成后，啟動“焊縫退火定位自動”，進行焊縫退火處理。在焊縫退火完成后，啟動“焊縫到月牙剪定位自動”，進行焊縫處挖邊處理。在完成焊縫挖邊動作后，入口段就可以最大速度90m/min運行，進行充套操作，充套至入口活套的套量達到滿套量的～95%，以保證下入口段下一次的停車時間內工藝段的速度要保持恒定。在入口活套充套完成后，入口段的速度降低，保持與工藝段速度一致。

2.機組工藝段。常化退火爐主要由下列爐段組成：進口密封室ESCS、預熱爐PH、無氧化爐NOF、爐喉、均熱爐SF、水套冷卻裝置WJCS、出口密封室（DSCS）、空氣噴射冷卻段AJCS、水噴淋冷卻段WSCS。在水噴淋冷卻段出口有一對擠干輥，將帶鋼表面殘余水份擠干。No1熱風干燥器將帶鋼表面烘干后，經過No.6糾偏輥，使帶鋼對中運行，帶鋼經No.2轉向輥、No.3張力輥進拋丸機拋丸處理以去除帶鋼表表面氧化鐵皮。拋丸后的帶鋼經過拋丸后，經過No.1轉向夾送輥，進入清洗裝置，對帶鋼表面進行清洗，在清洗裝置的出口設有一對擠干輥，將帶鋼表面水分擠干，再經過No.2熱風干燥器將帶鋼表面烘干。在No.2熱風干燥器后有No.4張力輥，其與No.3張力輥一起控制拋丸段的張力。然后帶鋼經過No.7糾偏輥，保證帶鋼對中進入出口活套，同上其將帶鋼轉向鋼結構平臺下方運行。再經過No.

3轉向輥后帶鋼就進入出口活套。出口活套內設No.8糾偏輥用于保證活套內帶鋼在機組中心線運行。活套出口設No.9糾偏輥，保證活套出口帶鋼對中，并將帶鋼轉向地面運行。再經過No.4轉向輥后帶鋼就轉入地面上的出口段運行了。

3.機組出口段。帶鋼從No.4轉向輥出來后，經檢查鏡進行帶鋼上下表面的缺陷人工檢測。然后進入No.5張力輥，No.5張力輥與卷取機一起形成出口段的張力控制。帶鋼經過No.5張力輥后，就進入分切剪。在進行上述自動的過程中，同上進行“帶尾卷取自動”，將帶尾準確定位在～4點鐘方向。在帶尾卷取自動完成后，執行“卸卷自動”，將鋼卷從卷筒上卸下并輸送到卸卷鞍座。在鋼卷離開卷筒區域后，立即執行卷“取機鉗口定位自動”，將鉗口定位到與水平成～18°的位置，以利于帶頭的咬入。在“鉗口定位自動”完成后，立即執行“帶頭卷取準備自動”，將出口穿帶導板臺擺上，在該自動完成后，執行“帶頭卷取自動”，將帶鋼在卷取機上卷取3～5圈。然后出口段就可以最大速度55m/min運行，對出口活套進行抽套操作，經活套抽空，以準備進行出口段下一次的停車操作。

二、定位系統

定位的主要功能如下：將定位設置值諸如卷徑、重量、角度、圈數等轉化為長度；計算帶鋼實際位置；計算制動距離；輸出切換點。

3.多個定位同時啟動。在一個速度定位器上可同時啟動多個定位。在這種情況下，帶鋼定位控制器總是首先完成實際行程距離與定位設置值最接近的那個定位器。定位參數：定位設置值、實際行程距離、定位結束速度以及定位設置值與實際行程距離的差一同作為定位器的輸入值。

4.計算剩余定位長度。當定位結束速度為0時，剩余定位長度為定位設置值與實際行程距離的差。定位控制器總是認為定位結束速度為0。如果定位結束速度不為0，定位設置點將會更快到達。定位器這時會在定位剩余長度上加一個修正值，以補償該定位結束速度。

6.切換點定位。帶鋼定位切換點不是一個真正的帶鋼定位點。因此，當線協調控制激活交換點定位時，MRG并不控制帶鋼的速度，而是計算帶鋼行程。當帶鋼行程到達定位設置點時，MRG發出定位完成信號，帶鋼的速度不受任何影響。

7.故障處理。系統故障：在每個系統故障OB中，一個故障信息被置位。如果產生一個系統故障，MRG內部產生快停。故障信息通過系統故障接口傳送給主令并通過主令傳送給HMI。

三、帶鋼定位在常化退火機組中的應用

由于帶頭、帶尾需要處理，因此必須定位。LCO傳送定位觸發信號和定位長度給MRG，它能初始化32個定位，每個定位歸屬于指定的速度線：定位1～11，速度線1；定位12～21，速度線2；定位22～32，速度線3。定位過程：首先要設定定位號，通過輸入信號ANST初始化定位（包括定位開始和定位長度）；通過輸入信號LOE復位定位信號。如果觸發了一個定位，LCO拷貝數據（設定點和控制字）到MRG，MRG根據數據信息完成定位，并發送相應的狀態信號給LCO。

1.入口段自動部分。自動功能在如下的區域里實現：

功能描述：帶頭穿帶到切頭剪——帶頭從夾送矯直機以穿帶速度輸送到切頭剪；帶頭剪切——帶頭定位、分切剪入口夾送輥壓下、剪切、廢鋼輸出，重復以上動作，直到達到預先選擇的剪切次數為止；帶頭到焊機——帶頭從切頭剪通過剪前夾送輥以穿帶速度輸送到焊機，定位到焊機后停止；帶尾剪切——按照廢鋼設定長度定位到分切剪，切完第一刀，然后帶尾到焊機定位動作，把帶尾輸送到焊機的出口段，接著，帶尾碎片定位、分切剪入口廢鋼夾送輥壓下、剪切、廢鋼輸出，重復以上動作，直到達到預先選擇的剪切次數為止；帶尾到焊機——帶尾第一刀剪完后帶尾被送到焊機并定位；焊縫退火定位自動——帶鋼沖孔后，將焊縫定位到退火位置，觸發信號為焊縫檢測儀信號；焊縫自動到月牙剪——焊接完成后，將焊縫自動定位到月牙剪，以便月牙剪進行自動沖切月牙；焊縫自動挖邊——當焊縫準確定位到月牙剪之后，月牙剪自動動作，準確定位后進行沖切動作。

2.入口段帶鋼定位。

1#線定位

2#線定位

備注：對每一個定位來說定位距離至少應為：距離>（v2-v02）/2a，其中v=定位開始時的速度，v0=定位末了的速度，a=定位期間加速度。

3.出口段自動部分。

功能概述：焊縫到分切剪——根據TRACK跟蹤信號，焊縫到分切剪附近停車，剪切；焊縫剪切——在需要鋼板取樣和廢板剪切，或是焊縫檢測儀檢測出焊縫時，機組降速以進行分卷，剪切的動作；帶尾到卷取機——完成機組出口焊縫剪切，取樣，后帶尾自動運行到卷取機4點鐘的位置，為卸卷做準備。

4.出口段帶鋼定位。定位2～11，速度線1；定位12～21，速度線2；定位22～32速度線3。

1#線定位

2#線定位

備注：對每一個定位來說定位距離至少應為：距離>（v2-v02）/2a，其中v=定位開始時的速度，v0=定位末了的速度，a=定位期間加速度。

四、總結

帶鋼定位系統的精確性決定了冷軋生產線的連續性，在實際運行生產過程中，軟件運行良好，定位精度高，尤其是帶尾，帶頭到焊機的定位精度高，保證了常化退火機組的連續運行。

參 考 文 獻

[1]西門子工廠自動化產品系列技術手冊

[2]SIMATIC PCS7系統應用及說明