PLC系統在軋鋼生產線自動控制中的應用

王超

[摘 ? ?要]近年來，世界鋼鐵工藝在不斷的變革升級，在其行業發展過程之中，冷軋生產線、整卷鋼板的開卷、剪裁、再卷工作，都會對操作人員帶來一定的危險?，F階段軋鋼生產線機械操控框架已經向著自動控制的方向轉變。對軋鋼生產線自動控制中，PLC系統技術應用對生產效率以及工作人員的安全保障進行探討，并且介紹PLC系統生產機械的理論知識以及具體操作辦法，結合監控系統實現對生產線路的監測以及保護工作，對其中阻礙問題進行分析。

[關鍵詞]PLC系統;軋鋼生產線;自動控制

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）01–00–03

[Abstract]In recent years， the world steel process is constantly changing and upgrading. In the process of its industry development， the uncoiling， cutting and rewinding of cold rolling production line and whole coil of steel plate will bring certain risks to operators. At present， the mechanical control framework of steel rolling production line has changed to the direction of automatic control. Aiming at the application of PLC system technology in the automatic control of steel rolling production line， this paper discusses the production efficiency and the safety guarantee of staff， introduces the theoretical knowledge and specific operation methods of PLC system production machinery， realizes the monitoring and protection of production line combined with the monitoring system， and analyzes the obstacles.

[Keywords]PLC system; steel rolling production line; auto-control

鋼鐵工藝生產過程中，離不開流水線的操控，軋鋼生產線路中，需要將系統的可靠性、穩定性以及經濟性都進行充分的考慮，因此需要借助自動化的電氣控制技術，實現對軋鋼生產設備的操控。軋鋼生產設備中包括出鋼機、液壓升降機、液鋼機以及液壓提升機等一系列的流程部件。在軋鋼生產過程中，任意一臺冶金設備都兼具使用功能以及經濟性和可靠性功能。出鋼機的使用功能是基于電氣控制系統實現對大、小車水平運動以及液壓提升機垂直運動的科學控制。水平驅動系統主要利用交流變頻的方式進行傳動，而提升機的垂直運動主要是借助液壓缸帶動L形鉤的辦法而開展工作的。雖然出鋼機在軋鋼生產線之中職能起到一定的輔助作用，但是卻對軋鋼生產線的生產起到十分重要的影響，如果鋼機在生產過程中出現一些問題，那么軋機的生產線會被影響。因此在軋機電氣控制系統之中，鋼機需要確保能夠進行正常的驅動、精準的定位以及穩定的運行。

1 軋鋼工藝的生產流程

現階段，我國的軋鋼生產車間中，工業生產中比較常見的原料為熱軋帶鋼，其需要進行酸洗流水生產線，在現代化的生產過程中，熱軋帶鋼表面常常會存在一層較厚的氧化鐵皮，該氧化鐵皮形成的原因是熱軋帶鋼在車間軋制以及冷卻的過程中形成的。為了有效避免此種問題的產生，將熱軋帶鋼放置到酸洗流水生產線之中，可以確保在其冷卻之間實現對氧化鐵皮的去除工作，這樣能夠確保實現干凈以及新鮮的熱軋帶鋼基體金屬表層的外漏。

除此之外，從整個軋鋼的生產流水線出發，冷軋流水線的生產安全性以及生產技術工藝要求相對于其他工藝制造的要求更為嚴格。在其鍛制過程中，不僅需要應用上述工藝，而且軋鋼生產車間內部全部的技術操作人員都需要做好一系列的檢查工作，比如系統檢測、參數預設、設備調試、工業設備潤滑、設備清洗、設備手動狀在和設備系統故障等。只有將這些復雜的核查工作結束以后，才能夠在一定程度上保障軋鋼的生產安全以及合理運行。其中在軋鋼生產流水線之中，還存在著帶鋼開卷、帶鋼再卷和噴射乳酸液等一系列的操作步驟，因此在工作人員開展對這些軋鋼步驟操作的過程中，常常會面臨著光線輻射、機器碾壓、灼傷、切割、碰撞、纏繞、沖擊等一系列的工業生產傷害，對工人的人身安全造成一定的危害。受到工業生產技術條件的限制，一塊板坯經過粗軋機軋制的有效時間一般在30～60s?；诖耍枰浞直Ｕ铣鲣摍C與粗軋機的生產以及制坯效率的協調性，自我國自動化技術發展以來，自動化技術控制系統的使用，在一定程度上提升了我國工業生產的質量以及有效性，減少對人力資源的使用，工作人員的工作負擔也得到有效的減輕，保障工作人員的工作活力。

2 PLC系統在軋鋼生產線自動控制中的應用

2.1 應用原理

2.1.1 PLC系統框架

現階段，我國軋鋼生產線路將工作重心放在可編制控制程序之中，在此過程中系統框架將開放性集散控制作為工作的核心，集散主要分為操控站臺、CPU機架以及系統管道三個部分。從系統配置方面來看，PLC系統主要包含系統軟件配置和系統APP兩個內容，其中系統軟件配置一般是中央服務處理器以及計算處理器，將其詳細的劃分可以分成系統微型處理器、配置處理器以及計算機語言執行情等內容。從系統APP來看，其主要被分成讀寫存儲器、計算機語言編制器和網絡程序編制器等。

2.1.2 系統原理

PLC系統分為生產線路以及非生產線路兩部分的內容，也就是說生產線路是系統自動控制，既與內置服務處理、通信操控有關，又和輸入端口、內置程序處理以及輸出端口有關;而非生產線就意味著系統不再進行運轉工作，這時系統工作的內容主要在對內置服務處理器和通信操控階段的執行。

2.2 應用過程

2.2.1 內置服務處理階段

PLC系統在使用過程中，需要對CPU的運行情況進行檢查，然后對監視定時器進行觀察，確保對其進行精準的復位，以此對內置工作的穩定情況進行

保障。

2.2.2 通信操控階段

PLC系統主要作用在于對系統智能通信、編程器端口輸入命令的檢查以及核對，除此之外，還包括對更新編程器顯示屏內容的及時更新，如果系統處在非生產線路之中，只需要展開對編程器內容的處理和通信的操控工作就可以。

2.2.3 輸入端口

輸入端口也就是系統輸入采樣，記錄配置服務器安裝系統的輸入順序、端子通斷的集成輸入以及對讀取數據的保障，確保能夠在第一時間將讀取出的數據儲存到系統寄存器中，然后將寄存器中的映像區域的儲存數據進行反復的刷新。

2.2.4 內置程序處理

PLC系統根據順序實施對內置程序的檢查、處理、集成工作，按照由上至下，由左向右的方式充分檢索寄存器中的映像區域，并且遵循邏輯的計算結果，然后將數據重新儲存到寄存器之中。如果系統程序需要跳轉，那么就需要檢查該系統程序是否符合調準條件，若符合就可以允許其跳轉到其他系統地址。

2.2.5 輸出端口

內置程序處理完成以后，如果符合寄存器中的節點需求，需要把它儲存在輸出鎖存器之中，等到輸出刷新階段結束以后，按照驅動負載進行釋放。

2.3 監控系統

2.3.1 監控系統畫面的概念

①開發決策，配置組態軟件是監控系統的基礎，畫面軟件開發工作是機械工程管理系統軟件開發的重要手段。伴隨我國計算機技術的快速發展，硬件設備不斷更新升級的同時，系統軟件也面臨著比較高的要求。②配置組態軟件，以PLC系統為硬件技術，在系統操控框架中，將組態軟件用來對系統程序開發環境的基礎，在此開發環境的基礎上，可以實現對系統界面、變量以及圖像的研究和分析工作。

2.3.2 系統工藝流程

現階段，PLC系統在軋鋼生產線中主要與推拉式酸洗線、罩式退火爐堯平整機、六輥可逆冷軋組有關，PLC系統的裝備主要是全液壓下、機組全數字直流電。

電氣設備的檢測以及控制是由以下幾部分的內容構成：①大包回轉臺的旋轉、包臂升降、大包水口開閉，中間包車行走、對中、升降、結晶器振動、幀頻調節，拉矯機轉動、拉矯輥壓下，引錠桿上行、回收跟蹤、脫坯以及存放。②鑄坯定尺切割、切割前后輥道、輸送輥道、翻鋼機以及鑄坯分離機也包含在PLC的系統之中。③步進冷床控制、液壓系統、油氣潤滑系統、干油潤滑系統檢測以及其控制工作，也需要借助PLC系統完成。在電氣檢測設備的過程中，主生產線的全部傳動設備都利用了變頻器驅動，連鑄機從鋼包回轉臺一直到橫向移鋼車等其他一系列的機械設備傳送過程中都應用了變頻器進行驅動，所用總數量大約在100臺以上。其中變頻器的功率為0.750 5 kW，所有的變頻器經過內置的通信接口絲線與Remote I/O網絡的連接，并且實現了與9個Remote I/O接口模塊構建的9個Remote I/O網絡的直接懸掛，并且組成了以Remote I/O網絡為接口的傳動系統。充分分析了Remote I/O網絡的連接距離以及系統對實時性要求的需要，可以使用115.2 kbit/s的通信速率。

Remote I/O網絡是在掃描器的方式下進行工作的，PLC處理器根據Remote I/O網絡的接口模塊以及遠程Flex I/O適配器建立了串行的通信連接。Remote I/O網絡中的網絡設備可以直接根據變頻器的通信接口進一步獲得較為直接的數字化的通信連接。PLC系統根據組態的I/O標簽，借助通信接口實現輸入以及輸出數據鏈的有效連接。針對PLC來說，變頻器都被當做是一個具備I/O模塊的遠程框架，只需要對這些模塊進行讀寫，就可以讓與其相連的變頻器設備接受命令，從而實現對設備運行狀態的控制。除此之外，還可以利用從變頻器中讀取的數據信息，實現對設備運行狀態的監控，然后將數據在第一時間傳送到PLC之中。操作人員就可以通過畫面觀看到主控室操作站顯示器中的數據信息，這樣獲取的數據更加及時并且獲得的數據內容也更加詳細，確保操作人員能夠直觀地對設備進行操作。一旦在變頻器出現故障而產生報警時，可以借助對變頻器的復位，來減少處理不夠及時出現的事故問題。連鑄機的電氣系統能夠對傳動設備進行遠程網絡的實時控制，在一定程度上實現PLC系統對變頻器驅動的網絡化數字式控制，使用一條通信電纜代替較為復雜的硬接線，對比以往對模擬量以及開關量的控制來說，在很大限度上使PLC系統的實時性、精確性以及可靠性得到提升，然后在一定程度上節約安裝、調試以及維護的成本。

根據操作臺或者PLC的信號實現對變頻器頻率的控制，能夠利用變頻器頻率變化對電動機的轉速、液壓提升機液壓缸流量進行全方位的深度控制，然后實現對大、小車的走行速度以及液壓提升速度的高低進行科學合理的控制。利用變頻調速裝置實現對電動機的速度控制，這樣能夠將大、小車的水平速度調節在1.5～315 mm/s。變頻調速自動系統利用有位置閉環控制功能的配置對交流異步電動機進行科學合理的控制，這樣可以確保出鋼機的L形鉤可以實現一次性的精準定位。從可靠性的角度上來看，在其工作過程之中，可以借助一臺變頻器實現對一臺電動機的控制，這樣才能夠在一定程度上保障變頻器的正常運行。每臺變頻器的電動機軸上都會配備有脈沖編碼器，這種編碼器也被叫做光碼盤。根據光碼盤的位置反饋，最終形成了位置閉環控制系統。

以PLC框架下軋鋼棒材生產線控制系統模塊的分析為例，從總體的角度上出發，充分發揮PLC技術在數據分析以及運用方面的優點，在一定程度上對現階段軋鋼棒材生產線控制系統進行了合理的優化以及升級，極大限度地滿足軋鋼棒材的生產需求，提升了鋼材的生產效率。在軋鋼棒材生產線控制系統設計以及優化升級的過程之中，可以借助PLC的技術優勢，實現其生產環節以及控制系統的研究，確保其工作的可控性以及準確性。從具體的方向上來看，PLC是軋鋼棒材生產線控制系統的核心組成內容，既能夠為控制系統提供模糊算法，又能夠在一定的時間內，精準獲得軋鋼棒材生產線的數據信息，并且實現數據與參數的精準對比和分析，以此得到其差值。獲取差值的同時，可以借助有關的指令信息，從而實現對整個軋鋼棒材生產線的合理控制，提升控制的精準程度。在PLC控制模塊的設計環節中，需要根據實用型以及科學性的原則，合理對PLC的相關技術進行考察，充分發揮PLC技術的優勢。

3 PLC系統操控阻礙

在軋鋼生產線路中，其生產環境存在一定的問題，電磁波干擾使得程序輸入故障、部件失控以及程序輸出故障的問題時有發生，在一定程度上導致系統的穩定性能受到影響，因此在一定程度上需要對PLC系統的可靠性進行一定的提升。①用PLC系統對數據線路網絡、列控以及CTC等進行科學的控制和監測;②對零部件等內容進行合理的檢查，主要是電腦的硬盤、鼠標、鍵盤以及連接部件等內容都需要進行合理的檢查;③還需要對系統儲存硬盤的空間進行系統化的檢查以及清理工作。

4 結束語

軋鋼生產工作的內容比較復雜，并且被多種條件所影響，在其生產過程之中，開卷流程、再開卷流程以及鋼鐵澆筑等內容，都會對鋼鐵質量產生十分重要的影響。不僅如此，由于缺乏相關的管理規定以及工作人員操作水平和專業技術的不足，部件的落后，軋鋼車間的生產線路發展受到限制?，F代科學技術高速發展的背景下，PLC自動化控制系統的融合使鋼鐵產業獲得快速的發展，工業生產效率獲得不斷的提升。PLC系統在軋鋼工藝生產中的應用，在保障操作人員人身安全的同時，使軋鋼流程更加有效率，推動軋鋼工業的生產發展。在其發展過程中，煉鋼工藝面臨著許多的困難，其中連鑄坯的質量受到澆鑄條件以及過程狀態的影響，在其過程中不僅使用現代化的科學技術工藝，還使用現代化的設備以及生產技術。生產工藝具有一定的特點，爐次交接、設備故障以及操作不穩定的問題時有發生，在此過程中，生產過程產生一定的波動以及異常，在一定程度上影響鑄坯的質量。PLC系統在軋鋼生產線自動控制的應用，在一定程度上能夠保障生產的效率，使其獲得高效的發展。

參考文獻

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