西門子S7—300在熱鍍鋅機組帶鋼振動阻尼系統(tǒng)上的應用

夏江濤　陳剛　李華

【摘 要】連續(xù)熱鍍鋅機組帶鋼從鋅鍋至冷卻塔塔頂轉向輥的這一段較長范圍內，帶鋼在氣刀和冷卻風機等對帶鋼的作用下，會使帶鋼產生振動，影響到了帶鋼鋅層的厚度控制。本文介紹了S7-300PLC在熱鍍鋅生產線上帶鋼磁力式振動阻尼系統(tǒng)上的應用，保證包括PLC系統(tǒng)軟、硬件結構以及運行效果。經驗證，該系統(tǒng)可以有效解決帶鋼抖動問題。

【關鍵詞】 PLC WinCC 振動阻尼系統(tǒng)

1 引言

連續(xù)熱鍍鋅機組帶鋼從鋅鍋至冷卻塔塔頂轉向輥的這一段較長范圍內，帶鋼不允許有任何形式的接觸式依托點，在氣刀和冷卻風機等對帶鋼的作用下會使帶鋼產生振動從而引起一系列問題，既影響鍍鋅帶鋼的質量又增加了金屬鋅的消耗。為了解決這一問題，在氣刀上方安裝有磁力式的防振動阻尼裝置，采用磁力非接觸式穩(wěn)定原理，利用與帶鋼表面垂直的異向磁力最大限度地抑制帶鋼的振動振幅。整個振動阻尼系統(tǒng)采用了西門子公司的SIMATIC S7-300控制系統(tǒng)，人機界面采用WinCC系統(tǒng)，能夠有效的解決帶鋼振動問題。

2 工藝簡介

實際生產時，在鋅鍋沉沒輥和塔頂轉向輥之間數(shù)十米的帶鋼僅僅依靠張力的作用保持穩(wěn)定。帶鋼的橫向無規(guī)則振動直接導致氣刀噴嘴與帶鋼的距離的變化，想完成對鋅層厚度的控制是很困難的。通過一般手段，如控制張力或者改善氣刀噴嘴形狀可以減小振動，但不能從根本上解決問題。想有效直接解決振動，最直接的辦法是安裝夾緊輥。但是熱鍍鋅作業(yè)線上，在鍍層結晶冷卻前是不允許直接接觸鋅層的。磁式振動阻尼系統(tǒng)通過安裝在帶鋼兩側能在帶鋼上產生異向磁力的磁力裝置，以異向磁力作用抑制帶鋼的橫向移動，其產生的力學效果類似于夾緊輥。

整個系統(tǒng)由幾個部分組成：

（1）磁力調節(jié)系統(tǒng)：調節(jié)電流以達到控制磁力的大小。

（2）帶鋼距離測量傳感器：用于測量電磁裝置與帶鋼的距離。

（3）裝置行走機構：調節(jié)電磁裝置與帶鋼之間的距離。

（4）輔助設施：包括氣動冷卻機構，磁力測量等。

（5）控制系統(tǒng)：PLC及人機界面，系統(tǒng)的自動控制與操作、數(shù)據(jù)記錄等。

3 SIMATIC S7-300控制系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)硬件與通訊方式

西門子可編程控制器S7-300，屬于通用型PLC，特點是循環(huán)周期短，能用于復雜過程的控制，模塊化設計，完全可以達到控制要求，且能提供不同檔次的器件進行選型。本阻尼系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用的配置見表1。

系統(tǒng)采用的通訊方式是西門子的PROFIBUS現(xiàn)場工業(yè)總線。PROFIBUS是用于自動化系統(tǒng)的開放式工業(yè)以太網標準，可確保實現(xiàn)集成通訊，是一種高速低成本的通信。PROFIBUS的物理層是RS-485接口。最大傳輸速率是12M比特/秒，最多可以與127個節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。網絡中可以接串接中繼器，用光纖通信距離可達90km。其網絡中還有很大擴展空間，可接入很多種總線設備，如智能I/O站，智能開關，也能接入其他控制終端，如智能從站、PG機、遠程控制設備、無線設備等。

3.2軟件設計與人機界面

編程軟件采用西門子公司的STEP 7 V5.4。STEP 7包括的編程語言有三種，分別為梯形圖（LAD）、語句表（STL）和邏輯塊圖（FBD），通過軟件的項目管理器可以啟動工程項目及編程工具，進行硬件配置和程序編寫，并能在線訪問PLC內存進行監(jiān)視和編輯。

在生產線鋅鍋操作室里設置了一臺上位機用于在線操作，人機界面系統(tǒng)采用西門子工程控制軟件WinCC6.0來實現(xiàn)，用于設備的各種參數(shù)輸入顯示等功能。通過監(jiān)控畫面可以查看報警畫面、磁力調節(jié)電流歷史趨勢圖、阻尼裝置與帶鋼距離趨勢圖等系統(tǒng)控制器相關數(shù)據(jù)，并可以保存供日后分析使用。

WinCC有強大的編程環(huán)境，用戶可隨時根據(jù)實際生產需要編制并產生新的功能，在上位機上設置后就能在畫面上顯示并使用。

4 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

阻尼裝置有2套行走機構，磁力裝置、帶鋼距離測量傳感器安裝在一個不銹鋼箱體內，依靠行走機構調節(jié)電磁鐵與帶鋼之間的距離。驅動采用變頻器調節(jié)，在生產時，箱體以30mm/s的速度自動定位，在接近目標時，程序控制減速以達到最佳位置。帶鋼運行的情況下，箱體可以在20分鐘內調節(jié)到位。

帶鋼從兩個箱體之間穿過，需要不間斷地測量磁力裝置與帶鋼表面的距離。距離過大，磁力裝置達到相同效果需要更大的磁力；距離過小，帶鋼的抖動或帶鋼板形產生的形變會使帶鋼表面與阻尼裝置相接觸。控制系統(tǒng)通過安裝在箱體上的兩個激光位置傳感器實時檢測帶鋼的位置變化（測量范圍為30～100mm，精度為0.1%），動態(tài)分析阻尼效果，并同時調節(jié)磁力裝置到帶鋼表面的距離和驅動磁力裝置的電流以達到最佳的阻尼效果。

5 應用效果

在使用之前，帶鋼在沒有非接觸式帶鋼防抖動裝置的制約時，最大抖動幅度達4mm左右。系統(tǒng)投入使用后，操作人員只需在HMI上進行控制或參數(shù)調節(jié)，當阻尼裝置箱與帶鋼之間的距離及電流輸出值平穩(wěn)后，帶鋼的抖動幅度僅僅在1mm以下。振動裝置在不工作或當鋅鍋的氣刀等系統(tǒng)需要拆卸和維護時，可以沿其滑道移回，不影響鋅鍋三大件的更換和維護。其安裝后示意圖如圖1所示。

6 結語

以S7-300為控制系統(tǒng)的防帶鋼振動阻尼裝置在某廠鍍鋅線投入運行以后，通過一段時間的使用，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，帶鋼振動減輕之后，鋅層厚度及鍍層均勻，在保證質量的前提下生產出來的熱鍍鋅帶鋼能節(jié)約大量的鋅原料。一般鍍鋅層厚度為50g/m2～200g/m2，現(xiàn)在僅單面鍍鋅層厚度可減少2.5g/m2，隨著目前鋅價的攀升，一條年產十萬噸的生產線僅降低鋅耗即可節(jié)約數(shù)百萬元的成本，這對于熱鍍鋅生產企業(yè)降本增效有著重大意義。

參考文獻：

[1]Anno Jordan.控制熱鍍鋅帶鋼振動降低生產成本[J].鋼鐵譯文集，2008，（1）：45～47.

[2]KAWANISHI MASAMI etc.MITSUBISHI HEAVY IND LTD.STRIP SHAPE-CORRECTING AND DAMPING DEVICE.日本.No.JP2001117689，2002-10-31.

作者簡介：夏江濤（1982—），男，漢族，湖北武漢人，碩士研究生，工程師，研究方向：電氣自動化。