摘要：本文簡要介紹了大盤卷生產(chǎn)線的經(jīng)典工藝和生產(chǎn)設備，在此基礎上對大盤卷生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的組成進行了合理劃分，并詳細闡述了各主PLC的功能分工以及各主PLC之間的通訊方式。介紹某鋼鐵公司新建80萬t高線及大盤卷生產(chǎn)線的工藝流程、關鍵設備的技術性能和結構。最后對大盤卷生產(chǎn)自動化控制過程中容易出現(xiàn)的問題給出了行之有效的解決方法。該套自動化控制系統(tǒng)在南昌長力高線廠的大盤卷生產(chǎn)線上得到了很好的應用。

1前言

     我國生產(chǎn)線公司以高質量、低價位、優(yōu)服務吸引了廣大新老客戶。但是在我國生產(chǎn)線工業(yè)快速發(fā)展的背后，觸目驚心的是大量技術含量高的成套設備仍依靠進口，每年大量的外匯用于進口成套的高端設備。如塑料薄膜雙向拉伸設備，一條生產(chǎn)線就近1億元，從上世紀70年代開始引進，到目前為止，國內(nèi)相繼進口此類生產(chǎn)線110條。除此之外，還有產(chǎn)品業(yè)大量使用的無菌薯片生產(chǎn)線食品包裝盒、灌裝設備幾乎都為瑞典利樂公司一家提供。業(yè)內(nèi)專家認為，我國生產(chǎn)線食品包裝機械對國外高端技術的過度依賴，已經(jīng)嚴重制約了我國生產(chǎn)線工業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

    某鋼鐵廠高線廠的生產(chǎn)線既能生產(chǎn)高速線材又能生產(chǎn)大盤卷，高線與大盤卷共用熱送裝置、加熱爐、粗中軋機組及預精軋機組。預精軋機組后分成兩條軋線分別軋制高線和大盤卷產(chǎn)品，兩條生產(chǎn)線又在P/F線匯合，共用P/F線運輸系統(tǒng)及其它卸卷設備。主軋線和大盤卷生產(chǎn)線主傳動均為交流電機，飛剪傳動為直流電機，共設軋機21架，采用全連續(xù)布置方式，設計年產(chǎn)量80萬t，產(chǎn)品規(guī)格為Ø18～Ø50mm圓鋼盤條。已形成年產(chǎn)鋼300萬t的能力?，F(xiàn)有軋鋼能力嚴重不夠，而且軋鋼生產(chǎn)線陳舊落后，品種單一，急需要新建一條現(xiàn)代化的軋鋼生產(chǎn)線，實現(xiàn)公司生產(chǎn)能力的總體平衡，也是公司規(guī)模效益和新的經(jīng)濟效益的增長點。但就鋼鐵公司現(xiàn)實際狀況，上一條優(yōu)質高速線材及大盤卷生產(chǎn)線（含細直徑螺紋鋼）比較適合鋼鐵公司實際的。此條生產(chǎn)線裝備水平要達到世界先進水平，主要生產(chǎn)高附加值的精尖產(chǎn)品。

2大盤卷的生產(chǎn)工藝概述

    存放在原料跨鋼坯架內(nèi)的鋼坯用電磁吊車成排吊運到上料臺架上，上料臺架（自動或手動方式）步進，啟動受料輥道，鋼坯被送到稱重輥道上進行測長稱重。合格鋼坯進行稱重后，加熱爐控制室控制鋼坯入爐、定位。

    鋼坯在加熱爐完成加熱后，接到出鋼指令，夾送鋼坯快速通過高壓水除鱗裝置，除去鋼坯表面氧化鐵皮。軋件經(jīng)1~6#粗軋機組后，1#飛剪前熱檢啟動切頭動作，然后軋件進入7~12#中軋機組。同理2#飛剪切頭后軋件進入預精扎機組軋制6道。接著通過一組預水冷箱，4#

    飛剪切頭后進入盤卷減定徑機組軋制，經(jīng)5#飛剪切尾后軋件即進入卷取區(qū)。設備故障時1#、2#飛剪及4#、5#剪后的碎斷剪對軋件進行碎斷。

     全線共設7個活套器，分別是12#軋機前立活套（1#）、13#軋機前立活套（2#）、14#軋機前水平活套（3#）、15-18#預精軋機架間立活套3個（4~6#）以及減定徑機組前立活套1個（7#），以實現(xiàn)軋件在各機架間的無張力軋制，從而保證產(chǎn)品的尺寸精度。

     線材進入卷取區(qū)后經(jīng)夾送輥進入事先選定的某架卷取機，底部托板將卷成螺旋狀的盤卷托出卷取機后，由盤卷移送機將盤卷運送至步進梁運輸線，而后轉至另外一架卷取機的等待位等待下一盤卷。四段步進梁下設6臺風機用于盤卷冷卻，盤卷運至卸卷位置后，由運卷小車將盤卷運送至P/F線的C型鉤上。

    盤卷在P/F線上繼續(xù)冷卻，并在運輸過程中人工取樣、檢查。在打捆機位置進行壓實、打捆，在盤卷秤位置稱重、掛牌，然后在卸卷站卸卷，由電磁吊車吊運入庫。如圖1所示為生產(chǎn)工藝流程圖。

圖1大盤卷生產(chǎn)工藝流程圖

3大盤卷的工藝設備

    機，粗、中、預精軋機為短應力線軋機，Ф5.0～7.5mm線材的保證速度為112m/s。生產(chǎn)高線及大盤卷。

    全線無扭軋制：采用全線平/立交替布置，實現(xiàn)無扭軋制,可大大減少合金結構鋼，特別是彈簧鋼因軋件扭轉在角部產(chǎn)生的裂紋，減少表面和內(nèi)部缺陷，提高成材率；減少因扭轉產(chǎn)生的事故，提高軋機利用率。同時，有利于實現(xiàn)粗、中軋的微張力控制，改善產(chǎn)品的精度。

    軋線選用33架軋機，線材軋機共計30架，另外三架為大盤卷的定徑機。粗軋、中軋、預精軋各為6架短應力線軋機，立輥軋機均為上傳動。高線精軋機組為12架，分為8架精軋＋4架減徑定徑機組。8架精軋和4架減徑定徑機采用引進設備，型結構超重型機架，V軋機的剛度大，可實現(xiàn)低溫軋制。大盤卷三架減定徑機，立、平、平緊湊式布置。

    傳統(tǒng)的10機架無扭精軋機，100m/s在軋制速度下軋件瞬時溫升過高，給優(yōu)質鋼、彈簧鋼和合金鋼的生產(chǎn)帶來困難。根據(jù)國內(nèi)外設計經(jīng)驗選擇將精軋機組拆成8+4的技術，可實現(xiàn)低溫軋制，改善產(chǎn)品的機械性能；簡化孔型系統(tǒng)，減少軋輥和導衛(wèi)的數(shù)量、提高作業(yè)率；提高產(chǎn)品精度，本設計采用了8+4減徑定徑機的技術。

    軋制溫度控制：在本設計中重點控制軋件在生產(chǎn)過程各階段的溫度。在加熱爐中均勻加熱，按鋼種嚴格控制開軋溫度。在中軋與預精軋機組和預精軋與精軋之間各設有2段預水冷箱，以控制大盤卷產(chǎn)品和線材進無扭精軋機的入口溫度。在組合式精軋機組的8機架之后、架減定徑機之4前和減定徑機之后均設有水冷箱，主要是為控制終軋溫度，實現(xiàn)低溫軋制和控制吐絲溫度。根據(jù)各鋼種冷卻工藝，散卷風冷運輸線設計為輥道式延遲型，備有16臺大風量的風機和絕熱保溫罩，同時在大盤卷的加勒特卷取機后設有6臺大風量的風機，以滿足產(chǎn)品方案中各鋼種的熱處理要求。

    為確保產(chǎn)品質量，本設計考慮預留了硬線產(chǎn)品、冷鐓鋼、合結鋼、彈簧鋼等的坯料檢查和修磨的可能。

    軋線主要軋機采用交流電機，變頻調(diào)速。粗、預精軋機交流主傳動采用引進高性能的交中、流變頻裝置，線材精軋機及減定徑機采用引進的大功率LCI或MV交流變頻調(diào)速裝置。測速裝置為無聯(lián)軸器的空心軸型脈沖發(fā)生器，以此構成全數(shù)字控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)器參數(shù)自調(diào)諧、故障自診斷、狀態(tài)檢查、信號記錄等功能，調(diào)節(jié)系統(tǒng)對速度及電流進行閉環(huán)控制。不調(diào)速的交流電動機采用MCC控制。所有飛剪采用直流電機傳動。

    所有設定均采用工藝參數(shù),與電機及傳動系統(tǒng)的參數(shù)無關，對于交流傳動的主軋線,則根據(jù)設定的延伸率、輥徑、輥環(huán)修正系數(shù)、精軋出口速度等自動計算出各機架的速度給定值，從而保證連續(xù)軋機各點金屬流量相等。本系統(tǒng)選擇精軋機的出口速度為基準速度，一旦精軋出口速度確定之后，系統(tǒng)可根據(jù)各機架相關延伸率自動計算出各機架的速度給定。

4大盤卷生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的組成

    全線共設有三臺西門子公司最新型的S7-400系列PLC產(chǎn)品，遠程I/O站采用ET200M；傳動系統(tǒng)則分別采用西門子6SE70系列和6RA70系列，通過Profibus-DP網(wǎng)與PLC之間進行數(shù)據(jù)交換；各主PLC之間通過工業(yè)以太網(wǎng)完成信息和數(shù)據(jù)的傳輸。如圖2所為大盤卷生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的組成示意圖。

圖2大盤卷生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的組成

4.1軋線PLC1

    軋線PLC1為1臺西門子S7-400系列416控制器，另配2塊DP接口模塊IM467，1塊以太網(wǎng)通訊模板。PLC1主要完成主軋線1-18架軋機、7個活套和1－2#飛剪的自動控制，控制功能包括：主軋機設定系統(tǒng)即軋機的速度設定、區(qū)域起動/停車、軋機級聯(lián)調(diào)速、機架間控制的手動修正、粗中微張力控制、自動活套控制、飛剪切頭/切尾控制、軋件跟蹤和自動碎斷控制以及輔傳動設定。

4.2介質PLC2

     介質PLC2為1臺西門子S7-400系列414控制器，另配1塊DP接口模塊IM467，1塊以太網(wǎng)通訊模板。PLC2主要完成粗軋潤滑站、中軋潤滑站、預精軋潤滑站、軋區(qū)液壓站、卷取潤滑站、卷取液壓站、盤卷減定徑液壓站及潤滑站的控制，控制功能包括：循環(huán)泵和主泵手/自動控制、加熱器手/自動控制、溢流閥自動控制、潤滑站內(nèi)軋機供油溫度控制及各種報警。為了避免DP網(wǎng)中斷時液壓潤滑站停機導致設備損壞，所有潤滑站和液壓站配西門子S7-300或者S7-200系列控制器，這些CPU作為介質PLC的DP從站，通過DP網(wǎng)與PLC2進行數(shù)據(jù)交換。

4.3卷取區(qū)PLC3

    卷取區(qū)PLC3為1臺西門子S7-400系列414控制器，另配2塊DP接口模塊IM467，1塊以太網(wǎng)通訊模板。PLC3主要完成4＃飛剪前夾送輥、4-5＃飛剪、兩個碎斷剪、減定徑機前立活套、分道器、兩個卷取前夾送輥、兩個卷取機、盤卷移送機、步進梁、風機和運卷小車的控制?？刂乒δ馨ǎ簥A送輥速度設定、夾送輥的手/自動夾送、飛剪的切頭/切尾控制、碎斷剪速度控制、活套自動控制、分道器手/自動切換、卷取機速度控制、卷取機搖擺控制、卷取機定位控制、卸卷板手/自動控制、盤卷移送機支撐擋爪手/自動控制、盤卷移送機速度控制和手/自動接卷控制、兩個卷取機自動切換控制、步進梁手動/聯(lián)動控制、風機和風門自動控制、運卷小車手/自動運卷控制、軋件跟蹤和自動碎斷控制、與減定徑機控制PLC進行數(shù)據(jù)交換。

4.4三個PLC之間的通訊

    三個PLC之間的數(shù)據(jù)交換有快速和非快速之分，因此根據(jù)情況采取了不同的通訊方式。

    介質PLC2只和軋線PLC1之間進行數(shù)據(jù)交換，把液壓站和潤滑站的狀態(tài)通過以太網(wǎng)送給軋線PLC1，再由軋線PLC1送給其它PLC，這樣維護起來簡單方便。

    軋線PLC1和卷取PLC3之間要求快速交換數(shù)據(jù)，因此采用DP主從方式。PLC3作為PLC1的DP從站，接收來自PLC1的主軋線末架線速度，作為卷取區(qū)各個設備速度跟蹤的基準；而PLC3則將活套的調(diào)節(jié)量送給PLC1，作為主軋線速度調(diào)整量的一部分，同時把卷取區(qū)的自動碎斷命令傳給PLC1。

     綜上，這種大盤卷自動控制系統(tǒng)中的各個PLC分工明確、功能集中，且采用DP網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，控制效果良好。

5結論

     采用控溫、控軋、控冷技術，產(chǎn)品公差控制在國標C級精度，最高精度±0.1mm。此條線的裝備水平達到世界先進水平，雙高產(chǎn)品占80%以上。Φ18～Ф50大盤卷成為南方第一條生產(chǎn)線，某鋼鐵廠高線廠的大盤卷生產(chǎn)線于2009年4月1日熱試成功，整個自動化控制系統(tǒng)運行良好，性能穩(wěn)定可靠，盤卷產(chǎn)品直徑均勻且圈形規(guī)整，能夠很好地滿足生產(chǎn)要求，這種大盤卷生產(chǎn)線的自動控制系統(tǒng)值得推廣。