常化退火机组电气自动化软件系统定位控制方案设计及实现

高颖

【摘 要】针对常化退火机组生产工艺要求，对其电气自动化软件系统进行控制方案设计；选用西门子S7-400PLC进行系统控制，选用西门子PCS7系统作为软件平台，系统控制中需要很多精确的带头带尾定位，针对这种情况，在本文详细阐述了定位控制系统的详细设计方案。

【关键词】开卷机；活套；卷取机；PLC；定位；自动；软件

一、机组生产工艺过程描述

1.机组入口段。在钢卷上到开卷机上后，开卷机的外支撑摆上，卷筒胀紧后，开卷机的二个压辊摆下，同时小车下降返回等待位（1#鞍座），人工点动开卷机，将带头旋转到适合上开卷的位置，入口穿带台导板摆上并伸出到合适的位置，联合点动开卷机、及其2#压辊，在带钢头部穿过夹送辊矫直机1#侧导辊后停止联合点动，1#侧导辊的1#辊对带头进行对中，压下夹送辊矫直机，入口穿带台导板摆下并缩回。至此上卷操作完成。上卷操作完成后，进行“带头到切头剪”穿带自动，其依据夹送辊矫直机的夹送辊的编码器和切头剪前光电管进行带钢跟踪；带头达到切头剪入口夹送辊与剪刃之间后，带钢停止，进行1#侧导辊的2#辊对中，至此该自动完成。“带头到切头剪”自动完成后，且带尾剪切自动完成后，就进行带头剪切自动。在带头剪切自动完成后，进行带头到焊机的穿带自动。在开卷机上剩余钢卷直径～Φ780mm时，入口段降速进行甩尾操作，当达到甩尾速度（25m/min）时，夹送辊矫直机的夹送辊和矫直辊压下，同时No.1张力辊的二个压辊也压下。带尾自动剪切过程中，检查台与切头剪之间的光电管检测到带钢尾部时，需要重新计算剩下部分带钢的每刀的剪切长度，保证最后一块带钢的长度不小于300mm，否则它不能落入废料箱内。在进行带尾自动剪切过程中，同时进行带尾自动定位到焊机，还同时进行入口的上卷操作。焊接完成后，启动“焊缝退火定位自动”，进行焊缝退火处理。在焊缝退火完成后，启动“焊缝到月牙剪定位自动”，进行焊缝处挖边处理。在完成焊缝挖边动作后，入口段就可以最大速度90m/min运行，进行充套操作，充套至入口活套的套量达到满套量的～95%，以保证下入口段下一次的停车时间内工艺段的速度要保持恒定。在入口活套充套完成后，入口段的速度降低，保持与工艺段速度一致。

2.机组工艺段。常化退火炉主要由下列炉段组成：进口密封室ESCS、预热炉PH、无氧化炉NOF、炉喉、均热炉SF、水套冷却装置WJCS、出口密封室（DSCS）、空气喷射冷却段AJCS、水喷淋冷却段WSCS。在水喷淋冷却段出口有一对挤干辊，将带钢表面残余水份挤干。No1热风干燥器将带钢表面烘干后，经过No.6纠偏辊，使带钢对中运行，带钢经No.2转向辊、No.3张力辊进抛丸机抛丸处理以去除带钢表表面氧化铁皮。抛丸后的带钢经过抛丸后，经过No.1转向夹送辊，进入清洗装置，对带钢表面进行清洗，在清洗装置的出口设有一对挤干辊，将带钢表面水分挤干，再经过No.2热风干燥器将带钢表面烘干。在No.2热风干燥器后有No.4张力辊，其与No.3张力辊一起控制抛丸段的张力。然后带钢经过No.7纠偏辊，保证带钢对中进入出口活套，同上其将带钢转向钢结构平台下方运行。再经过No.

3转向辊后带钢就进入出口活套。出口活套内设No.8纠偏辊用于保证活套内带钢在机组中心线运行。活套出口设No.9纠偏辊，保证活套出口带钢对中，并将带钢转向地面运行。再经过No.4转向辊后带钢就转入地面上的出口段运行了。

3.机组出口段。带钢从No.4转向辊出来后，经检查镜进行带钢上下表面的缺陷人工检测。然后进入No.5张力辊，No.5张力辊与卷取机一起形成出口段的张力控制。带钢经过No.5张力辊后，就进入分切剪。在进行上述自动的过程中，同上进行“带尾卷取自动”，将带尾准确定位在～4点钟方向。在带尾卷取自动完成后，执行“卸卷自动”，将钢卷从卷筒上卸下并输送到卸卷鞍座。在钢卷离开卷筒区域后，立即执行卷“取机钳口定位自动”，将钳口定位到与水平成～18°的位置，以利于带头的咬入。在“钳口定位自动”完成后，立即执行“带头卷取准备自动”，将出口穿带导板台摆上，在该自动完成后，执行“带头卷取自动”，将带钢在卷取机上卷取3～5圈。然后出口段就可以最大速度55m/min运行，对出口活套进行抽套操作，经活套抽空，以准备进行出口段下一次的停车操作。

二、定位系统

定位的主要功能如下：将定位设置值诸如卷径、重量、角度、圈数等转化为长度；计算带钢实际位置；计算制动距离；输出切换点。

3.多个定位同时启动。在一个速度定位器上可同时启动多个定位。在这种情况下，带钢定位控制器总是首先完成实际行程距离与定位设置值最接近的那个定位器。定位参数：定位设置值、实际行程距离、定位结束速度以及定位设置值与实际行程距离的差一同作为定位器的输入值。

4.计算剩余定位长度。当定位结束速度为0时，剩余定位长度为定位设置值与实际行程距离的差。定位控制器总是认为定位结束速度为0。如果定位结束速度不为0，定位设置点将会更快到达。定位器这时会在定位剩余长度上加一个修正值，以补偿该定位结束速度。

6.切换点定位。带钢定位切换点不是一个真正的带钢定位点。因此，当线协调控制激活交换点定位时，MRG并不控制带钢的速度，而是计算带钢行程。当带钢行程到达定位设置点时，MRG发出定位完成信号，带钢的速度不受任何影响。

7.故障处理。系统故障：在每个系统故障OB中，一个故障信息被置位。如果产生一个系统故障，MRG内部产生快停。故障信息通过系统故障接口传送给主令并通过主令传送给HMI。

三、带钢定位在常化退火机组中的应用

由于带头、帶尾需要处理，因此必须定位。LCO传送定位触发信号和定位长度给MRG，它能初始化32个定位，每个定位归属于指定的速度线：定位1～11，速度线1；定位12～21，速度线2；定位22～32，速度线3。定位过程：首先要设定定位号，通过输入信号ANST初始化定位（包括定位开始和定位长度）；通过输入信号LOE复位定位信号。如果触发了一个定位，LCO拷贝数据（设定点和控制字）到MRG，MRG根据数据信息完成定位，并发送相应的状态信号给LCO。

1.入口段自动部分。自动功能在如下的区域里实现：

功能描述：带头穿带到切头剪——带头从夹送矫直机以穿带速度输送到切头剪；带头剪切——带头定位、分切剪入口夹送辊压下、剪切、废钢输出，重复以上动作，直到达到预先选择的剪切次数为止；带头到焊机——带头从切头剪通过剪前夹送辊以穿带速度输送到焊机，定位到焊机后停止；带尾剪切——按照废钢设定长度定位到分切剪，切完第一刀，然后带尾到焊机定位动作，把带尾输送到焊机的出口段，接着，带尾碎片定位、分切剪入口废钢夹送辊压下、剪切、废钢输出，重复以上动作，直到达到预先选择的剪切次数为止；带尾到焊机——带尾第一刀剪完后带尾被送到焊机并定位；焊缝退火定位自动——带钢冲孔后，将焊缝定位到退火位置，触发信号为焊缝检测仪信号；焊缝自动到月牙剪——焊接完成后，将焊缝自动定位到月牙剪，以便月牙剪进行自动冲切月牙；焊缝自动挖边——当焊缝准确定位到月牙剪之后，月牙剪自动动作，准确定位后进行冲切动作。

2.入口段带钢定位。

1#线定位

2#线定位

备注：对每一个定位来说定位距离至少应为：距离>（v2-v02）/2a，其中v=定位开始时的速度，v0=定位末了的速度，a=定位期间加速度。

3.出口段自动部分。

功能概述：焊缝到分切剪——根据TRACK跟踪信号，焊缝到分切剪附近停车，剪切；焊缝剪切——在需要钢板取样和废板剪切，或是焊缝检测仪检测出焊缝时，机组降速以进行分卷，剪切的动作；带尾到卷取机——完成机组出口焊缝剪切，取样，后带尾自动运行到卷取机4点钟的位置，为卸卷做准备。

4.出口段带钢定位。定位2～11，速度线1；定位12～21，速度线2；定位22～32速度线3。

1#线定位

2#线定位

备注：对每一个定位来说定位距离至少应为：距离>（v2-v02）/2a，其中v=定位开始时的速度，v0=定位末了的速度，a=定位期间加速度。

四、总结

带钢定位系统的精确性决定了冷轧生产线的连续性，在实际运行生产过程中，软件运行良好，定位精度高，尤其是带尾，带头到焊机的定位精度高，保证了常化退火機组的连续运行。

参 考 文 献

[1]西门子工厂自动化产品系列技术手册

[2]SIMATIC PCS7系统应用及说明