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PLC计算机控制系统在冷轧带钢生产线应用

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：刘洋

[导读] 摘要：社会发展迅速，轧钢是生产和生活中最常见的一种钢材，其需求量极大，但冷轧钢带的生产线常常因为控制问题造成生产停滞，给企业带来了很大的不便，为了更好的控制冷轧钢带生产中各个部分的协调控制，引入了西门子的PLC控制系统，通过PLC与计算机的控制，生产线可以实现自动控制，极大的减轻了工人的劳动强度，保证钢带的质量、产量、成材率，取得了较好的经济效益。

        本钢板材股份有限公司冷轧厂辽宁本溪 117000
        摘要：社会发展迅速，轧钢是生产和生活中最常见的一种钢材，其需求量极大，但冷轧钢带的生产线常常因为控制问题造成生产停滞，给企业带来了很大的不便，为了更好的控制冷轧钢带生产中各个部分的协调控制，引入了西门子的PLC控制系统，通过PLC与计算机的控制，生产线可以实现自动控制，极大的减轻了工人的劳动强度，保证钢带的质量、产量、成材率，取得了较好的经济效益。文章根据生产实践经验，对PLC系统在钢带生产线上的应用、故障诊断、系统控制以及要注意的问题等方面进行了具体的探讨，为PLC系统在冷轧钢带生产线上的使用提供了指导，同时为PLC系统在冶金领域的推广应用提供了有效的支撑。
        关键词：PLC计算机控制系统；冷轧带钢生产线；应用
        引言
        冷轧项目引进全套自动化生产线。主要机组包括：酸轧联合机组、电解脱脂机组、罩式退火炉机组、电镀锡机组、拉矫重卷机组、包装机组、磨辊间设施、酸再生机组废酸等处理及相关配套公辅设施。全线自动化系统控制器DCS、TDC采用西门子公司产品，其系统稳定、高效、自动化程度高，人机界面友好、产品成材率高。
        1冷轧机电气控制系统构成及其自动化控制系统设计需求
        为有效提升系统自动化程度，根据冷轧生产的复杂程度与设备并行的工作特点，冷轧机控制系统使用分布式计算机控制。在这之中，自动化控制系统是电气控制系统执行环节，决定了板材质量，是轧机引发振动的原因，因此对控制系统的探索与分析是极其重要的。自动化控制系统包含了张力与板形自动控制系统、厚度与速度自动控制系统在这里面，速度自动控制这一系统是基础的控制模块，计算机网络通信等技术在该系统中运用，可以提高生产过程的稳定性，降低废轧率。而张力自动控制系统可以维持板材张力恒定，是确保轧机组平衡的保障。板形自动控制系统是当前板带轧机达到高精度控制的主要影响因素。厚度控制系统是基本自动化控制系统最关键的一个部分，经过维持带钢纵向厚度均衡性严格把控尺寸。
        2PLC计算机控制系统在冷轧带钢生产线应用
        2.1PLC控制系统自动故障诊断的应用分析
        目前西门子PLC300系统的控制系统都可以进行硬件故障的自动检测，在硬件出现故障时会发出报警信息，通常应用到位置控制、温度控制等关键部位，保证生产线安全高效的生产。随着计算机技术及人机交互技术的发展，由PLC组成的控制系统的功能也变得越来越强大。在PLC控制的轧钢生产设备中，PLC提供的故障诊断功能是轧钢生产中极为关键的功能，保护了轧钢设备，降低了故障损失和维修时间。PLC主要是通过对接收到的数字量和模拟量信号的正常与否对硬件进行诊断，为了更好的保护设备，通常将故障诊断程序与过程控制相结合，可以在紧急状态时保护轧钢设备，避免巨大损失。
        PLC控制系统自动故障诊断的工作原理是：将检测传感器输送的信号模拟量与系统内设的极限信号模拟量进行对比，如果接收信号模拟量远离极限信号模拟量值，说明传感器检测的设备在正常工作；如果两者相同或相差不大，说明设备处于危险状态，如果设备处于危险状态的时间超过了预期，PLC控制系统就会启动开关量模块或者PLC控制系统主动发出信号，输出诊断结果并报警，紧急状态下甚至会自动紧急停机，从而达到保护设备的目的。西门子PLC300系列控制系统采用并行分布式结构，操作站是上位机，PLC作为下位机使用，操作站可以同时对多个PLC进行管理，供PLC完成程序下载，生产线上的设备故障都是由PLC根据开关量故障信号的检测自动判断，然后通过自身进行复杂的逻辑判断进行出理的，而且紧急情况下的生产线紧急停机也是由PLC自行完成的。
        2.2西门子PLC300在轧钢机电气控制中的应用分析
        轧钢机是轧钢生产线的核心设备，其电气控制系统对设备的正常运行至关重要。目前轧钢机的控制系统是采用计算机系统与PLC联合控制，计算机系统与PLC300之间使用PPI通信模块。

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与传统的继电器控制系统相比，它使用的是虚拟开关量的逻辑控制，通过逻辑程序实现过程控制，简化了控制流程，减少了控制设备，既降低了成本，又增强了系统的稳定性。目前西门子PLC300系列的控制系统已经实现直线运动或圆周运动的控制，PLC语言可以通过编码器直接驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。在PLC控制系统中，输入和输出模块都是通过I/O接口进行模拟量和数字量之间的A/D转换，对压力、流量、温度等持续变化的模拟量实现闭环控制。
        2.3轧制保护
        速度和压力的把控及辊缝与张力的调整大致相同，都是采用傳感器进行偏差信号检测，经过通讯驱动采用执行器行动，做好一切指标的调整。在实际行动的时候，测厚仪做好对板材厚度信号的收集，如果厚度与预设值相符，偏差信号消除。一切通讯统统经过profibus-db协议完成。假设下位机产生故障，那么利用通讯协议给上位机发出信号反馈，当上位机将信号接收以后，就会马上暂停作业。
        冷轧工艺生产废料的出现大多产生于穿带中，容易产生原胚料积聚。所以，在该系统里面，对穿带中的几项内容展开检测，因此降低穿带卡顿的概率，造成的积聚。首先，使用传感器对穿带带头位置进行检测，保证带头在要求的时间中经过洗槽。如若产生误差△t，PLC反馈信号接收，暂停作业；其次，设置电机力矩电流值。电流值不应当小于预定值，如若产生变量△A，动作暂停；最后，变频器速度检测，把控速度变量△v，变频器速度太高与态度，则系统会自行进行报警信号发布，进而暂停穿带作业。
        以上情况统统表现在监控显示器上，人们需要按照原胚料积聚位置来处理，消除故障以后，接着进行操作。在这一过程中，PLC输入与输出设备乃诊断中的人机交互设备。一切轧制过程经过触摸屏当成监控显示来反映，涵盖张力与压力、速度与辊缝，液压油温度与板材厚度等等，达到对生产设备保护与生产加工监测的目的。
        2.4过程自动化部分
        过程自动化在生产的轧制过程中，通过采用反映轧制过程变化规律的数学模型、自动控制装置、计算机及其控制程序等，使各种过程参数保持在所要求的给定值的范围内，并合理地协调全部轧制过程以实现生产过程的全自动化操作。主要任务有：
        （1）与上下级的通信：过程自动化控制机提供与现场级设备的通信接口，提供与生产管理控制系统的信息交互接口，并协调各部分间的数据传递。
        （2）数据管理功能：过程控制系統在生产过程中管理的数据主要有：生产过程中收集统计的数据，对现场控制级所采集的生产线状态和工艺参数、生产数据进行处理，并进行相应的数据格式转换，形成可被网络管理系统接受的数据信息，并把数据传递给现场控制级。
        （3）数据统计功能：对生产过程中每个钢卷的生产过程数据进行统计，并将数据保存在数据库中，以备以后查询和管理。其次对生产过程中的能源介质消耗进行统计。
        结语
        PLC可编程控制器是一款通信性好、灵活性强、可靠性高、性能优良的控制器，PLC控制系统在使用过程中具有编制程序简单、安装调试周期短、维护方便的优点。目前在冷轧带钢生产线中使用的PLC控制系统，能够很方便地实现卷取机和轧机之间张力自动控制、生产线生产过程自动生产控制以及带钢厚度的自动控制，在操作上可以简单方便的通过人际交互界面进行生产线的自动调节。
        参考文献：
        [1]李建平，杨红，牛文勇，等.直拉式冷轧实验机自动控制系统[J].东北大学学报（自然科学版），2012，（07）：970-974.
        [2]孙文权，何安瑞，邵建，等.高精度冷轧自动控制系统研究及实践[J].冶金自动化，2015，（03）：44-49.
        [3]徐科，徐金梧，鹿守理，等.冷轧带钢表面自动监测系统的研究[J].钢铁，2000，（10）：63-66.