分析现代化镀锌生产线的自动化控制系统

杨志平

摘 要：近年来，我国轧钢工业的发展速度较快，对于现代化的镀锌生产线而言，构建与生产需求相契合的自动化控制系统成为了备受各方重视的内容之一。通过结合现代化镀锌生产线的实际情况，对其自动化控制系统的构建进行了分析。

关键词：镀锌生产线；自动化控制系统；Profei-Bus；PLC

中图分类号：TG333.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.119

热镀锌板利用冷轧薄板作为生产原料，采取一定的工业手段将镀锌层包覆于钢板表面，并通过包覆镀锌层的方式，提高钢板的耐腐蚀性和延长钢材在恶劣环境条件中的使用寿命。镀锌生产线的基本工作原理为：将镀锌液维持在450.0 ℃的状态下，在钢板通过镀锌液时，镀锌液体会与氧气发生化学反应，形成具有较高致密性的氧化锌薄膜，并完全附着于钢板之上，可避免外部具有腐蚀性的介质直接与钢板表面接触，从而起到提高耐腐蚀性的作用。

1 镀锌生产线概述

马钢股份有限公司冷轧板厂1#连续热镀锌线是马钢公司投入使用的第一条镀锌生产线。该镀锌生产线年均生产能力为3.0×105 t，产出产品为镀锌薄板（供建筑业、家电制造业和彩涂业使用）。本生产线自动化控制系统由3部分构成：①一级。是指基础自动化系统。②二级。是指模型控制系统。③三级。是指与厂级自动化系统对接的部分。

2 网络结构分析

针对镀锌生产线所设置的自动化控制系统由两级网络构成，一级为生产控制工业以太网网络，二级为生产管理以太网网络。两级网络结构建立在TCP/IP协议基础之上，可实现数据通信，并经过一级信号数据库服务器与二级服务器连接。在镀锌生产线自动化控制系统网络结构中，一级自动化系统中的PLC控制器以其所对应的操作终端、二级操作终端作为两级以太网网络的节点，并在不同的位置接入以太网内。现场远程I/O接口在Genius网络支持下与PLC终端连接，带位置控制的设备装有编码器，按区域组成4个Profei-Bus网，分别接至入口、中间、出口PLC控制器Profei-Bus的主板，从而实现对位置的精确控制。镀锌生产线现场传动设备基于IS-BUS与PLC终端连接。对于独立设备，比如镀锌生产线上称重设备、焊机和气刀等，与系统的接口为以太网直接与PLC终端的连接。

3 一级自动化控制系统的构成

3.1 一级数据库服务器

在一级自动化控制系统中，一级数据库服务器的主要应用功能是对整个镀锌生产线的运行状态进行全面监测和控制，分析网络通讯的运行情况，收集生产控制所需的关键数据信息，根据运行状态生成报警信息，遵循优先权分级标准对报警信息进行管理，并可提供镀锌生产线在各种状态下的生产报告。

3.2 操作终端

在一级自动化控制系统中，操作终端的主要价值是辅助对镀锌生产线运行状态的检测和控制，为各种生产控制功能的实现提供必需的画面组态支持，并根据画面对生产控制操作提出建议。在本文所构建的自动化控制系统中，可应用GE-Fanuc所提供的人机界面实现操作终端的功能。该人机交互界面的最大特点是实现客户与服务器HMI系统的融合，实现全网络化的监督控制和数据收集功能。其基本构成包括服务器和终端两部分，前者负责采集、发送生产线的运行数据；后者负责连接服务器，并显示和控制数据。

3.3 PCL控制器终端

在一级自动化控制系统中，GE-Innovation PLC控制器是实现大量自动化控制功能的核心模块之一。相比于模拟控制模块而言，为了更好地满足镀锌生产线对自动化控制提出的要求，本文选用了基于可用控制块语言编程的控制器。本类型PLC控制器具备中断驱动操作的控制中心，响应速度快、诊断功能强，支持多类型的I/O接口，在复杂的大型系统中的应用价值较高。

3.4 传动设备

本系统中的传动设备为Toshiba公司的IGBT PWM变频器。在一级自动化控制系统中，传动设备的主要功能是实现对交流电动机的调速控制，根据其使用范围可进一步划分为无传感器矢量控制和有传感矢量控制两部分。传动柜直流电源有IGBT整流和二极管整流两种，IGBT整流元件的整流柜用于开卷机、活套、张紧辊、夹送辊和卷取机等；二极管整流元件的整流柜主要用于风机、刷辊等。

4 二级自动化控制系统构成

4.1 过程自动化功能的实现

在本系统中，过程自动化功能的实现主要包括以下4部分：①接收一级自动化控制系统发送的处理命令，并通过PDI原始数据输入的方式处理每个卷所对应的信息；②在对卷信息进行处理的过程中跟踪卷动态，并生成与之相对应的调整设定点，显示有关线、卷的修改参数信息；③通过操作员显示屏幕对非正常运行状态提出报警指令；④诊断各个卷的产出性能，并形成数据报告。

4.2 生产控制模型

在整个镀锌生产线自动化控制系统中，共涉及2个生产控制模型，分别为有关镀层重量的控制模型和有关加热退火炉燃烧状态的控制模型。模型机软件系统采用日本新日铁公司提供的技术。在模型的选用和构建过程中，可在二级自动化控制系统的以太网网络挂设专用计算机，并通过网络实现与二级服务器的信号交换。二级系统接受三级系统下发的钢卷信息，并通过协议地址发送至模型机，模型机将符合该钢种的控制数据在焊点到达退火炉和镀层测厚仪时分别传输给它们，从而达到自动控制炉温和锌层厚度的目的。

4.3 二级系统与厂级系统的接口部分

二级系统和三级系统之间的数据传递会经过ODBC数据库。二级系统将建立一个与三级系统数据库的ODBC连接，并直接从三级数据库中读取所需的数据。当卷数据处理完成后，二级系统将通过ODBC连接直接将所有的卷数据写入三级系统数据库。

5 结束语

在近年来的实践中，我国各类冷轧线的处理开始展开自主集成技术的研究，自主集成技术的应用逐步替代了国外引进的应用模式，但在自主技术研发方面尚处于起步阶段，相关技术仍未成熟。本文着眼于对镀锌生产线自动化控制系统的研究，对该控制系统的构成、网络结构和控制功能进行了详细分析，希望能促进有关自动化控制系统研究的进一步发展，从而更好地保障镀锌生产线的安全、稳定、高效运行。

〔编辑：张思楠〕