棒材生產線冷床自動控制系統的設計與實現

寧中赫+崔桂梅

摘要：自動控制系統在鋼鐵企業的生產管理中起著至關重要的作用，本文以冷床的自動控制系統為研究對象，分析了棒材加工工藝的流程和冷床設備的結構組成。通過研究棒材的冷卻控制工藝以及冷床設備的結構，并根據系統作業要求，采用了PLC自動控制技術，運用軟件工程的設計方法與原則實現了主要功能模塊，完成了自動化解決方案。

關鍵詞：冷床；棒材加工；自動控制；PLC

中圖分類號：TP278 文獻標識碼：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成層設備上，冷床在完整的工藝流程中是非常重要環節，以及其自動化的程度對生產有著非常重要的作用。

2 主要技術手段與總體設計思路

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，經人工手動方式來確定輥道速度，這個過程是通過調整變頻器面板的可調電位器來實現的。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。棒材生產線冷床上卸鋼機構的裙板動作對冷床設備的穩定運行具有至關重要的意義。如果裙板動作出錯，下游工藝線可能受其影響而產生較嚴重的錯誤，因此必須在上卸鋼機構設置強約束條件，一方面裙板的動作周期需要謹慎的設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生互鎖關系，以避免拋鋼過程中動齒條動作造成“跑鋼”的情況。

當今社會由于大規模集成電路的廣泛應用，可編程序控制器得到了空前的發展和應用，目前企業的目標都是工業自動化，在工業自動化工藝的條件下，可編程序控制器PLC被大量的應用在步進式冷床中，其在軟硬件方面的對推動軋鋼過跨冷卻技術的保障使企業受益匪淺。為了減少熱停工，增強軋制流水線的安全運行，并進一步增強系統控制功能，在系統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絡控制。

3 冷床自動控制系統的設計與實現

自動控制系統的設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的控制要求，其次必須考慮節約成本和便于擴展、改造、維護。另外，為了保證系統安全穩定運行，避免意外事故造成設備或者人身損害，即使在硬件設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。對于軟件的設計，開發人員在對一個可編程控制器設計自動化項目時大都采用以下基本步驟，如圖1所示。其中生成一個組態圖是一個關鍵步驟：生成符合設計要求的文檔之后，緊接著要確定項目要求的控制設備種類，以及可編程控制器的結構通過由工藝流程的模板進行確定。一般生成的組態圖需要指定以下要求：CPU類型；I/O模板的類型和數量；物理輸入和輸出的組態。

分析冷床自動控制系統的邏輯流程，根據其工作流程設計了冷床自動控制系統的硬件，使用SIMATIC STEP 7軟件對硬件進行組態，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PLC程序的設計。工業以太網則被應用于PLC各系統以及與人機界面HMI中；在HMI上，根據操作規程，工人選擇上鋼裝置的組數、中位停留時間還有上鋼延時時間。最終，PLC通過各種設定值和信號來控制上鋼裝置液壓閥的動作。

4 結語

本文在對冷床自動控制技術研究的基礎上，進一步完善了自動控制系統的設計，并從硬件和軟件兩個方面來考慮工業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上鋼裝置兩方面作為出發點，運用軟件工程的設計方法與原則實現了主要功能模塊，完成了自動化解決方案，并對設計程序結構進行了研究。

參考文獻

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