安鋼260機組冷床控制系統(tǒng)改進(jìn)

摘 要：通過對安鋼260機組冷床控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，采用先進(jìn)的控制方案和控制技術(shù)，實現(xiàn)了對安鋼一軋廠260機組冷床自動化系統(tǒng)的自主研發(fā)投用，不僅大大降低了現(xiàn)場操作人員的勞動強度，而且為機組的生產(chǎn)提供了安全可靠的控制系統(tǒng)，具有推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：冷床；控制系統(tǒng)；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.033

1 設(shè)計開發(fā)

1.1 自動化控制系統(tǒng)概述

安鋼260機組改造前，冷床控制系統(tǒng)用的是GE90-30控制器，系統(tǒng)屬于淘汰產(chǎn)品，備件無法組織，此次改造將冷床區(qū)電控系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造：將原有的冷床傳動控制系統(tǒng)GE90-30控制器更新設(shè)計為SIEMENS S7-300系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用德國西門子公司S7 300系列PLC組成冷床控制系統(tǒng)，包括上、下卸鋼、冷床同步等控制分站，通過Profibus DP網(wǎng)和以太網(wǎng)將PLC控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程I/O站及變頻器、現(xiàn)場儀表、設(shè)備控制站等共同組成控制系統(tǒng)。

1.1.1 自動化控制系統(tǒng)設(shè)計原則

本著經(jīng)濟(jì)實用性、確保先進(jìn)性、實用性、安全性與可擴(kuò)展性相結(jié)合的原則進(jìn)行冷床與精整自動化控制系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)備和系統(tǒng)的選型根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用實際進(jìn)行綜合性考慮。

1.1.2 控制系統(tǒng)監(jiān)控范圍

自動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)視的工藝流程包括：

（1）上卸鋼系統(tǒng)；

（2）下卸鋼系統(tǒng)；

（3）移動臺架系統(tǒng)；

（4）冷床系統(tǒng)。

1.2 冷床控制系統(tǒng)設(shè)計要點

控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)由ethernet以太網(wǎng)及現(xiàn)場profibus總線網(wǎng)構(gòu)成。ethernet網(wǎng)用于各PLC主站之間與監(jiān)控畫面以及PLC主站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)用于PLC主站與遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)以及傳動系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時，控制系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性、兼容性，使系統(tǒng)能與不同供貨商的設(shè)備實現(xiàn)友好無縫鏈接及協(xié)同。

2 控制系統(tǒng)選型方案的研究

在深入了解生產(chǎn)過程狀況、分析工藝控制要求及當(dāng)前工作環(huán)境、總結(jié)以往項目控制系統(tǒng)改造經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過調(diào)查研究，分析論證，從安全可靠性、實用性、合理性、經(jīng)濟(jì)性、等方面分析，確定260機組冷床控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)及任務(wù)，形成最終控制系統(tǒng)總體方案。

控制系統(tǒng)選型及配置。結(jié)合安鋼一軋廠260機組冷床生產(chǎn)運行特點，借鑒兄弟單位同類機組設(shè)備改造經(jīng)驗和安鋼技術(shù)儲備實際，確定控制系統(tǒng)采用目前國內(nèi)使用較多、性能穩(wěn)定、功能強大的西門子S7 -300系列PLC控制系統(tǒng)。

根據(jù)各個控制站控制功能要求，控制系統(tǒng)均采用315P系列CPU產(chǎn)品，同時按照工藝要求配置標(biāo)數(shù)字量輸入/輸出模塊、點模擬量輸出模塊。所有數(shù)字量輸出信號均配以光電隔離，采用配電器對兩線制4～20mA輸入信號供電，同時起信號隔離作用?？刂葡到y(tǒng)配備不間斷電源（UPS電源）供電，UPS電源具備旁路功能。每套PLC控制系統(tǒng)的ET200遠(yuǎn)程站通過PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)對控制系統(tǒng)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的拓展，實現(xiàn)分布式控制。

3 設(shè)計控制方案及主要控制功能

S7-300系列控制系統(tǒng)通過Profibus DP總線網(wǎng)絡(luò)與其所帶I/O站及現(xiàn)場設(shè)備連接和通訊，并按系統(tǒng)要求完成各自的功能。

3.1 數(shù)據(jù)采集與顯示

將整個冷床控制系統(tǒng)的參數(shù)如壓力、溫度、位置信號、電機工作狀態(tài)、變頻器工作頻率等所有模擬輸入量和開關(guān)量全部集中到中控室顯示并記錄主要模擬量的歷史趨勢。

3.2 冷床控制設(shè)計思路與實現(xiàn)

冷床自動控制系統(tǒng)是建立在與前段生產(chǎn)工序——軋機和飛剪動作連鎖基礎(chǔ)上的。按工序從裙板→→冷床本體→→收集鏈→→移鋼小車?？刂扑枷胫饕潜ＷC鋼材的冷卻及正常輸送，防止亂鋼、飛鋼造成的廢鋼事故。這就要求鋼材的每一步都要精確計算，為后序精整打包作基礎(chǔ)。

上卸鋼裙板主要是將輥道上的棒材由飛剪切出后，準(zhǔn)確地碼送到冷床上，它的控制主要由飛剪剪切至裙板的時間及尾鋼至裙板時間共同確定的，設(shè)計出發(fā)點主要是依據(jù)輥道上的光接近開關(guān)及飛剪的剪切動作來判斷及設(shè)定時間，動作周期可以自動根據(jù)前段工序自動循環(huán)，手動單循環(huán)實現(xiàn)一次從高位到低位再到高位的循環(huán)，手動單動選擇可以根據(jù)當(dāng)前的位置從高位到低位、低位到中位、中位到高位單獨動作。飛剪剪切至裙板的時間設(shè)定，依據(jù)輸送輥道的速度及剪切運動軌跡進(jìn)行計算得出，尾鋼至裙板時間是依據(jù)輥道上的光接近開關(guān)及尾鋼信號得出，根據(jù)飛剪動作信號及尾鋼信號的判斷發(fā)生，當(dāng)設(shè)定的時間到達(dá)時，裙板動作一周期。然后發(fā)出信號使冷床開始動作，完成上卸鋼動作。

冷床控制主要是運動同步控制，主、副兩臺冷床機械設(shè)備設(shè)計時沒有采用鋼性連接，需要在兩臺直流驅(qū)動器上進(jìn)行電氣同步，所以要求對冷床的啟動—運行—停止四個過程要求必須平穩(wěn)，不能有較大的沖擊，停止的位置要準(zhǔn)確、可靠。由于兩臺冷床機械原因，采用軟同步無法實現(xiàn)真正意義上的同步，在本次設(shè)計中，與普遍應(yīng)用的方法不同的是對輸入兩個控制字通過粗調(diào)與細(xì)調(diào)相結(jié)合，實現(xiàn)兩臺冷床的調(diào)速，達(dá)到主、副冷床的同步 。粗調(diào)時，將兩個同樣的速度控制參數(shù)寫入，然后再通過細(xì)調(diào)，對兩臺冷床的速度分別進(jìn)行微調(diào)，實現(xiàn)速度的同步控制。

在冷床的起動、加速、停止控制中，設(shè)計中采用了兩臺冷床各采用了兩套接近開關(guān)：起始位和加速位。起始位既控制冷床初始位，又做停止位，實現(xiàn)冷床的啟動和停止，加速位控制速度的升降。在冷床的控制中，采用靈活的手動控制，使兩臺冷床可以單獨進(jìn)行周期性動作或者動作1個周期，也可以進(jìn)行兩臺冷床的聯(lián)動。在聯(lián)動的基礎(chǔ)上，設(shè)置了單動單步。為了冷床的安全運行，設(shè)置了與飛剪動作的聯(lián)鎖動作，飛剪動作時，冷床結(jié)束聯(lián)動。

4 結(jié)論

安鋼第一軋鋼廠260機組冷床自動化控制系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，自動化水平高，操作簡便，運行穩(wěn)定可靠，在同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平，具有較好的推廣應(yīng)用價值。

作者簡介：畢英軍（1982-），男，河南安陽人，本科，工程師，研究方向：電氣自動化。