冷軋酸洗生產線自動化控制中的弱電控制研究

何曉軒

（河鋼邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

當前，自動化控制技術已在工業生產中得到廣泛應用，冷軋酸洗生產線即是其應用的重要方面。自動化控制技術減少了冷軋酸洗機組運行中人為因素的干擾，不僅降低了人員勞動強度，實現了機組運行的無人化和少人化操作，而且提高了帶鋼張力、帶鋼速度等工藝參數控制的精確度，提高了產品質量。

可以說，自動化控制的應用已成為工業現代化的重要標志，而自動化控制技術的實現則完全依賴性系統中的弱電控制，其核心就是以控制系統的弱電來控制執行機構的強電，從而使各種電機、泵體等用電設備可以在系統的控制指令下實現自動化運行。本文結合生產實踐，對冷軋酸洗機組自動化控制中的弱電控制及其應用進行了研究和探討。

1 弱電控制的分析

1.1 弱電控制的概念

在電工電子領域，弱電是指交流電壓在人體安全電壓36V以內電壓，比如我們生產生活中常用網絡線路、音視頻線路等使用供電系統的都屬于弱電。所謂的弱電控制就是在信號控制和測量回路內以36V的低電壓、小電流作為操作電源和信號源，來控制采用大電流的電氣設備進行運行。

由于運行電壓較低，采用弱電的設備和線路對絕緣性能的要求并不高，具有工作頻率高、安全性好的特點，同時也有利于縮小設備體積和方便布線，因此在信號回路和部分控制回路中都以弱電作為供電電源，這也是自動化控制系統采用弱電控制的原因。

1.2 工業自動化控制中弱電控制強電的分析

工業自動化控制系統可分為弱電控制和強電控制兩部分，弱電主要為控制系統、信號采集與傳輸系統供電，強電主要為功率較大的電氣設備供電。自動化控制系統運行時，現場的傳感器會將采集的信息數據以電信號的方式傳輸至控制系統PLC，PLC會根據內置的存儲對不同的反饋信號進行分析和處理，確定相應的控制信號并通過AD轉換模塊將信號轉換為數字信號；然后再將該控制信號通過I/O接口和通訊線路傳輸給執行機構。以上為自動控制的弱電控制環節。執行機構接受到控制信號后，會按照信號指令開啟或是關閉電氣設備，控制執行機構動作以對某些工藝參數進行調整。

此階段為強電控制環節。從自動化控制的過程來看，其核心就是以弱電來控制強電。弱電控制的優勢不僅提高了自動控制的效率，同時也使強電系統運行更加安全、可控。

1.3 自動化中弱電控制的特點

1.3.1 可靠性強

弱電系統輸入與輸出接口普遍采用光電隔離，避免了現場外部大功率電路對PLC系統內部電路的干擾；并且PLC模塊和各輸入點均采用了性能良好的電源開關和濾波技術，從而使系統運行更加可靠。

1.3.2 多元化的輸入輸出模塊

以弱電控制為基礎的PLC可有多種功能模塊供用戶使用，如電壓/電流、模擬量/數字量等，因而可應用各種工業信號和開關的控制環節。包括：指示燈、報警器、電磁閥、行程開關等等。同時，弱電系統還為自動化控制中多種通信模塊提供電能。

1.3.3 安全性好，使用方便

弱電控制采用36V以下安全電壓，對設備和線路的絕緣性能要求不高，對人員安全無危害，杜絕了大功率電氣直接采用強電控制可能造成的觸電事故，具有良好的安全性。弱電系統具有多種接線方式，布線更加靈活，控制臺體積較小，因而使用非常方便，可應用于各種復雜環境下的工業控制現場。

2 弱電控制在冷軋酸洗生產線速度與張力控制中的應用

以弱電控制為基礎的自動化控制系統主要是對冷軋酸洗線入口段、工藝段、出口段各種電氣設備和液壓單元的控制，使帶鋼按照設定的張力和速度要求完成開卷、矯直、切割、焊接等一系列操作。

2.1 張力輥負荷平衡控制

負荷平衡控制的作用是使各張力輥能夠按照理想的比例進行負荷的分配，使各張力輥都能夠協調運行，完成張力控制要求。張力輥負荷平衡控制的基本原理是采集張力輥電動機電流信號，將該信號傳輸至控制器內進行比較，所得差值信號再由負荷平衡調節器輸出后給予從動輥相應的速度信號，使從動輥按照該速度信號進行運行，從而實現對輸出轉矩的控制。

2.2 開卷與卷曲張力控制

開卷機間接張力控制一般以最大力矩為基準，其自動控制的關鍵對卷徑的精確計算。系統運行時，現場測量裝置首先會對原有卷徑和卷徑變化量進行測量并對其差值進行計算，計算結果會以電信號的方式傳輸至系統內。由系統根據初始卷徑測定值和差異來確定張力的輸出值，同時將該值傳輸至執行電機，完成對張力的調節。卷曲張力控制與開卷張力控制原理相同。穿帶及正常開卷時，開卷機分別為速度控制模式和張力控制模式，此時系統由電流環調節，電動機出于恒張力狀態。

2.3 活套小車位置控制

活套小車位置控制時根據活套卷揚速度計算出活套到達空套或滿套時所需要的行程值，位置調節器會將位置設定值與所需行程值不斷進行比較。當兩值相等時就給出空套或滿套信號，該信號會實時傳輸至速度控制器，并對小車位置進行控制。

2.4 平整機控制

平整機在入口和出口側各設置有測量裝置和PLC，對帶鋼平整前后的長度和延展率進行了實時測量。測得的實際值信號會傳輸至PLC，由PLC處理后給定相應的軋制力和張力控制參數，從而實現對帶鋼延伸率的控制。延伸率實際值和設定值之間的差值經過限幅和轉換處理后，作為平整機軋制力的附加值。

3 結語

弱電控制是自動化系統運行的基礎，為控制信號的傳輸和處理提供了保障。隨著自動化控制技術的發展和大功率工業電氣設備的增多，弱電控制將在今后的電氣控制中得到更為廣泛的應用。