冷軋機電氣自動化控制系統的優化設計分析

馮慶彪

摘要：冷軋機是一種新型的板材冷軋加工設備，可以實現不同厚度的板材加工，廣泛應用于冶金、鋼鐵業。冷軋機的生產能力逐步提升，提升其生產精度，滿足高品質生產需求是當前的主要工作。對冷軋機的電氣自動化控制系統進行優化設計，能夠實現厚度這一核心目標的控制。

關鍵詞：冷軋機；電氣自動化控制系統；PLC技術

引言

冷軋機廣泛用于板材的生產和加工。根據軋輥組數及生產方式不同，可以進行不同批量、種類、規格生產加工作業。實現冷軋機電氣自動化控制系統的優化，能夠提升生產效率和質量，滿足高精度的使用需求。

1冷軋機電氣自動化控制系統的設計需求分析

冷軋機工業生產高度智能化、自動化的形勢下出現的一種高性能的板材加工設備。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。其電氣自動化控制系統的發展，從一定程度上，決定了其功能的實現。對電氣自動化控制系統進行設計時，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、根據生產加工的需求，對冷軋機的生產參數進行設定，執行四輥冷軋機的工藝流程，完成不同厚度的板材加工。要求冷軋機能夠完成人機交互，即可以在人工、半人工及無人三種情況下完成作業。二、實現冷軋機的自動報警功能，能夠進行自診斷和保護。當軋機出現生產故障時，及時發出警報，并響應警報停止作業。從而有效減少廢料產出并保護冷軋機，降低設備維修率。

非功能性需求是指：一、系統需要具備集成性，使系統中的各獨立的設備、功能模塊、信息元素之間形成一個有機統一的整體，實現集中控制；二、硬件構成及軟件設計簡便，易調試，方便進行功能拓展；三、系統能夠穩定運行，降低出錯率，提升生產效率。

2 PLC技術在冷軋機電氣自動化控制系統中的優勢

PLC是一種數學運算操作電子系統。它是工業生產自動化、智能化的充分體現，結合了當前先進的計算機技術與通訊技術。它采用可編輯存儲器來執行數學運算，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC技術在自動化控制系統中具有明顯優勢，能夠充分滿足系統設計的功能性需求和非功能性需求。

首先，它采用單片機形式，集成度高。也就減少了PLC機的體積和重量。同時具備電路保護和自診斷功能，能夠穩定運行；其次，PLC技術的編程語言簡單，采取少量的命令語句就可以實現程序編寫。因此，其在拓展時，也更加的便捷，能夠通過不同的組合來實現功能上的調整。第三，具備完整的輸入/輸出功能模塊，可應對不同的工業生產器件產生的信號，完成指令。PLC主要由主機、輸入/輸出I/O接口、電源、編程、輸入/輸出擴展單元等組成。

3冷軋機電氣自動化控制系統的功能實現

3.1輥縫調節

在軋制前，通過觸摸屏對生產的各項參數進行設置。各項參數由不同的傳感器進行信號采集和反饋。在板材厚度調節中，輥縫屬于初級精度調節。因此，應以輥縫為優先控制指標，來調整板材的加工厚度。軋制過程中，軋輥若出現位移，則輥縫值與預設值出現偏差。位移傳感器對軋輥的位移進行檢測，并將偏差輸入到伺服閥線圈上，使伺服閥動作驅動壓上油缸，軋輥快速移動，直至與預設輥縫值相一致。此時位移偏差信號消失，輥縫調節結束，上位機接收信號，正常執行生產操作。當軋輥移動的過程中，測厚儀對板材的厚度進行測量，當軋輥已經無法進行移動時，偏差信號仍然存在時，表示輥縫移動已經無法繼續完成厚度控制指標。此時系統接收信號，自動進入張力調節。

3.2張力調節

張力的調節作用于冷軋機的開卷機和收卷機。生產精度要求越高，對張力的調節要求越嚴格。根據板材的受力分析，張力調節存在極限值，當超過極限值時，板材會出現斷裂。因此本系統考慮將按照比例值與積分值分離調節的方式來控制張力的釋放。根據調節需求，PLC與直流調速器建立通訊，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軋制保護功能

軋制速度與壓力的控制與輥縫和張力的調節相類似，均通過傳感器來檢測偏差信號，通過通訊驅動執行器行動，完成所有指標的調節。行動過程中，測厚儀完成對板材厚度信號的采集，當厚度符合設定值時，偏差信號消失。所有的通訊均通過profibus-dp協議來完成，當下位機發生故障問題時，通過通訊協議向上位機進行信號反饋，上位機接收信號后，即刻停止作業。

冷軋工藝的生產廢料產生多出現在穿帶的過程中，易出現原坯料堆積。因此，在本系統中，針對穿帶過程中的三項內容進行檢測，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，確保帶頭在規定時間內通過洗槽。當發生誤差?t時，PLC接收反饋信號，停止作業；第二，預設電機力矩電流值。電流值不低于預設值，當出現變量?A時，動作停止；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，系統自動發出報警信號，停止穿帶作業。

3.4自動報表系統

自動報表系統是對設備軋制信息、質量狀況、設備控制情況等各方面數據進行統計處理，并生成相關數據報表。其中包括道次報表、卷次報表、班次報表、日次報表、軋輥報表等，可提供詳實的數據報表。自動報表系統內置了強大的搜索功能，方便快捷地查詢所需料卷信息。同時也提供了詳細的料卷數據信息、統計數據、重要數據趨勢圖等。具體功能

3.5軋制管理系統

軋制管理系統是對設備軋制所需信息、計劃、工藝、控制、質量、軋輥等各方面數據進行歸納匯總，并可下載到設備進行軋制操作。其中包括日班計劃、參數設定、軋輥管理、質量監控、自適應、自學習等一系列的數據操作，內含強大的數據計算處理功能，在保證產品質量的同時提高生產效率，系統高度的自動化大大減少了設備對操作經驗的依賴性，同時也減少操作人員工作強度。具體功能如下：

軋制計劃：既可由工藝操作人員選擇并下載數據到二級系統，按計劃生產，也可以根據軋制工藝，自動計算編排軋制產品的工藝道次和參數。其后操作人員可以模型干預，修改自動計算的軋制參數，下載到系統并投入設定。

選擇歷史參數：選擇歷史軋制最優參數參考。軋輥管理：當前使用軋輥數據顯示；軋輥數據記錄等。

質量監控：質量相關參數曲線顯示。軋制歷史：歷史軋制數據查詢，軋制數據顯示等。

冷軋工藝的生產廢料產生多出現在穿帶的過程中，易出現原坯料堆積。因此，在本系統中，針對穿帶過程中的三項內容進行檢測，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，確保帶頭在規定時間內通過洗槽。當發生誤差?t時，PLC接收反饋信號，停止作業；第二，預設電機力矩電流值。電流值不低于預設值，當出現變量?A時，動作停止；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，系統自動發出報警信號，停止穿帶作業。

結束語

軋機自動化系統方便、直接、高效地完成了對軋機的自動化控制，對調試人員、生產操作人員、工藝技術人員及生產維護人員提供了良好的技術支持。完善的控制系統，不僅可以提高系統的可靠性，節約生產操作人員的時間，提高生產維護工程師的效率，而且還可以顯著提高軋制產品的質量穩定性，為工藝人員提供方便、直觀、大量的數據，對產品的質量的穩定性提供了可靠的技術保證。

參考文獻

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（作者單位：新華冶金集團）