通钢棒材生产线精整区电气控制研究

于洪涛

摘要：精整区是棒材生产线生产线的重要组成部分，它是生产中的最后一道工序，负责将主轧机生产出的成品钢材进行剪切、收集、打包、挂牌入库等工作。对保证产品的质量以及成材率起着重要的作用。精整区的设备比较多，电气控制也比较繁琐。随着生产高效率，快节奏的进行，其电控设备的自动化程度以及工作的稳定性就显得尤为重要。

关键词：通钢棒材；电气控制；研究

一、设备组成及控制

我厂精整区生产设备的自动控制采用PLC控制系统。PLC控制的稳定性比较好，易于实现比较复杂的联锁关系，对于生产现场发生的一般故障可以通过监控画面快速找出原因。精整区的主要设备区域有：3#倍尺飞剪、冷床上钢区域、定尺剪切区、成品打包收集区等。其中，3#倍尺飞剪与打包机由意大利的DANIIELI公司制造，分别采用单独的控制系统，与我厂的PLC控制系统通过I/O模板进行信号的传输与控制。

1、PLC控制系统

我厂PLC系统采用MODICON QUANTUM140系列的CPU11302模板。其扩展包括 数字量输入模板、数字量输出模板、模拟量输入模板、以太网模板。其中以太网模板用于与轧区PLC以及工作站的通讯。在精整区设立两个操作台4CS、5CS；由于精整区的面积比较大，距离控制中心比较远，在精整区工作现场建立一远程I/O工作站。在4CS、5CS以及远程I/O中使用Momentum与中央PLC通过Modbus Plus网进行通讯。4CS、5CS操作台的控制开关的输入信号通过Momentum送入PLC中，经过PLC运算后，PLC通过Modbus Plus网将信号传送到远程I/O的Momentum，Momentum输出的信号通过继电器与接触器控制现场的电机及电磁阀的工作。

2、3#倍尺飞剪

3 #倍尺飞剪是我厂完成轧线成品轧件上冷床所需要长度的倍尺剪， 3 号倍尺飞剪自动化控制系统由一套SIEMENS S7400 PLC系统 ，一套S7 300 PLC系统，一台SIEMENS 6RA24 直流传动装置及一台SIEMENS 6SE70 交流传动装置构成。系统设置一OP17操作面板，它可完成飞剪速度及剪切参数的设定以及各种故障报警功能。S7400PLC系统用于完成飞剪的剪切计算，S7300PLC系统用于6RA24与6SE70传动装置的操作及保护控制。S7400与S7300及OP17通过PROFIBUS-DP网进行通讯。S7400与精整PLC及轧区PLC通过I/O模板传递信号。6RA24 直流传动装置驱动飞剪直流电机的剪切运动，它采用全数字双闭环控制系统，主回路为四象限工作方式，由两个三相全控桥反并联接供电。

3、冷床上钢区域

冷床上钢区域主要由上钢裙板、步进冷床及输入辊道组成。冷床上钢裙板采用九个液压缸驱动，由继电器控制九个电磁阀控制裙板的上升、下降。裙板共有三个位置即：高位、中位、低位。高位与低位由两个接近开关检测，中位根据产品的规格由工作站通过修改PLC程序中的上升的时间来设定。

钢材由三号飞剪剪切完毕之后，由冷床的三段输入辊道将钢材运送到冷床区域，上钢裙板在接收到三号飞剪剪切信号之后，延时，下降，将钢材接到裙板的制动托架板上，再经过延时200ms的时间，裙板上升到中位，在接下一根钢材的同时，也将这次接到的钢材使之能够制动到彻底静止状态，而后，裙板上升到高位，将钢材抛到冷床步进梁的静梁上，步进冷床的动梁在接收到上钢裙板的高位信号之后，延时、动作，将钢材托走。完成一个动作周期。

4、定尺剪切区

定尺剪切区包括卸钢装置、冷剪定尺机、传送辊道、平托运输机等设备。步进冷床将钢材步进至卸钢装置上，当钢材支数达到要求后，卸钢装置启动，自动执行一个动作周期，将钢材移到辊道上，传送辊道将钢材输送到冷剪定尺机，冷剪机根据要求将钢材切成定尺，并由平托运输机运到链床进行计数分离。

5、成品打包收集区

该区域负责将经过计数分离后的钢材进行打捆包装。并挂牌入库。成品打包收集区包括夹紧装置、二台打包机、卸捆装置、以及传送辊道等设备组成。打包机是该区域的重要设备，其工作性能的好坏对满足生产的连续进行以及保证成品钢材的外观质量都起着重要的作用。

打包机采用整体结构设计，由电控部分，液压驱动部分，及执行机构组成。电控部分采用SIEMENS的S5系列的6ES5103-8MA02 CPU103 PLC控制打包机的自动运行。其扩展包括一块模拟量输出模板、两块输入输出有模板、四块继电器输出模板。打包机通过接口X11与精整区PLC通过I/O模板进行信号传递。在执行机构上装设有四个接近开关检测打包头以位置以及工作进程。

打包机有三种工作方式：远程自动控制、本地自动控制、手动控制。在正常生产中打包机的工作方式为远程控制方式，由5CS操作控制。在打包操作台上选择远程控制，将信号通过X11传递给PLC后，如果5CS操作打捆成形装置夹紧，则延时3S后， PLC向打包机发出打包信号。打包机启动执行打捆操作。如果打包机出现故障，或者执行检修任务时可在手动方式下单独控制各机构的动作。

二、系统故障的分析及处理

生产以来，随着生产节奏的不段加快，整个系统陆续暴露中一些故障和问题。有些是设计上的不合理，有的是程序不完善及设备自身问题。通过对故障现象的仔细研究，逐步解决不合理地方和完善程序的编制。有力地保证了生产的正常进行，下面从几个方面介绍一下精整区电控系统典型故障的分析，及处理。

1、3#飞剪速度控制问题

3#飞剪在运行一段时间后，发现3#飞剪剪切速度過高，导致轧件钢尾弯曲1-2米，成品成材率降低，剪子剪切速度通过参数调整降低不下来。通过研究3#飞剪的控制程序以及相关资料，将OP17的3#剪速度标定使能禁止，3#剪速度给定改由成品机架速度给定。再通过3#飞剪速度系数调整飞剪剪切速度，这样飞剪剪切速度可以调整，剪切效果不错，飞剪剪切速度控制得到解决。

2、上钢裙板控制问题

生产以来，冷床经常出现跑钢现象裙板动作不正常。通过检查发现，远程I/O站的裙板控制中间继电器经常出现触头粘连现象。分析认为负荷过大改换继电器，运行一段时间后发现，在轧制大规格产品时，由于轧件速度慢，裙板动作正常。轧制小规格材时，由于速度快（最高可达17m/s），裙板仍时有跑钢现象。经过长时间观察和分析认为裙板的动作周期过长。在轧制小规格产品时，3#剪倍尺剪切一根钢的周期与上钢裙板的一个动作周期近乎相同。如果3#剪剪切一根的周期小于裙板动作周期，由于裙板动作没有结束，PLC在接到3#剪的剪切信号后不会响应，就会发生裙板不动作造成裙板跑钢现象。影响裙板动作周期主要有以下几个因素：控制裙板动作的中间继电器、PLC扫描周期以及电磁阀和液压缸的动作时间。这几个因素中可通过增加液压站的压力来减少液压缸的动作时间，因为对最高压力的限制，效果不明显。中间继电器属机械电磁式继电器，接通断开响应时间在100～200MS左右。

三、小结

通过对精整区电控系统分析及故障的解决，有利于加强设备工作的稳定性和可靠性降低热停工时间，保证生产连续的进行以及成品钢材的质量和成材率的提高。

参考文献：

[1]赵鹏兵，史耀耀.整体叶盘高效强力铣集成制造单元的精度补偿控制[J].计算机集成制造系统，2013，19（09）：2169-2177.