冷轧机电气自动化控制系统的优化设计分析

冯庆彪

摘要：冷轧机是一种新型的板材冷轧加工设备，可以实现不同厚度的板材加工，广泛应用于冶金、钢铁业。冷轧机的生产能力逐步提升，提升其生产精度，满足高品质生产需求是当前的主要工作。对冷轧机的电气自动化控制系统进行优化设计，能够实现厚度这一核心目标的控制。

关键词：冷轧机;电气自动化控制系统;PLC技术

引言

冷轧机广泛用于板材的生产和加工。根据轧辊组数及生产方式不同，可以进行不同批量、种类、规格生产加工作业。实现冷轧机电气自动化控制系统的优化，能够提升生产效率和质量，满足高精度的使用需求。

1冷轧机电气自动化控制系统的设计需求分析

冷轧机工业生产高度智能化、自动化的形势下出现的一种高性能的板材加工设备。它的主要目的是为了满足人们工作生活中所需的不同厚度、板形的板材的需求。其电气自动化控制系统的发展，从一定程度上，决定了其功能的实现。对电气自动化控制系统进行设计时，需要满足功能性需求以及非功能性需求。

功能性需求是指：一、根据生产加工的需求，对冷轧机的生产参数进行设定，执行四辊冷轧机的工艺流程，完成不同厚度的板材加工。要求冷轧机能够完成人机交互，即可以在人工、半人工及无人三种情况下完成作业。二、实现冷轧机的自动报警功能，能够进行自诊断和保护。当轧机出现生产故障时，及时发出警报，并响应警报停止作业。从而有效减少废料产出并保护冷轧机，降低设备维修率。

非功能性需求是指：一、系统需要具备集成性，使系统中的各独立的设备、功能模块、信息元素之间形成一个有机统一的整体，实现集中控制;二、硬件构成及软件设计简便，易调试，方便进行功能拓展;三、系统能够稳定运行，降低出错率，提升生产效率。

2 PLC技术在冷轧机电气自动化控制系统中的优势

PLC是一种数学运算操作电子系统。它是工业生产自动化、智能化的充分体现，结合了当前先进的计算机技术与通讯技术。它采用可编辑存储器来执行数学运算，并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC技术在自动化控制系统中具有明显优势，能够充分满足系统设计的功能性需求和非功能性需求。

首先，它采用单片机形式，集成度高。也就减少了PLC机的体积和重量。同时具备电路保护和自诊断功能，能够稳定运行;其次，PLC技术的编程语言简单，采取少量的命令语句就可以实现程序编写。因此，其在拓展时，也更加的便捷，能够通过不同的组合来实现功能上的调整。第三，具备完整的输入/输出功能模块，可应对不同的工业生产器件产生的信号，完成指令。PLC主要由主机、输入/输出I/O接口、电源、编程、输入/输出扩展单元等组成。

3冷轧机电气自动化控制系统的功能实现

3.1辊缝调节

在轧制前，通过触摸屏对生产的各项参数进行设置。各项参数由不同的传感器进行信号采集和反馈。在板材厚度调节中，辊缝属于初级精度调节。因此，应以辊缝为优先控制指标，来调整板材的加工厚度。轧制过程中，轧辊若出现位移，则辊缝值与预设值出现偏差。位移传感器对轧辊的位移进行检测，并将偏差输入到伺服阀线圈上，使伺服阀动作驱动压上油缸，轧辊快速移动，直至与预设辊缝值相一致。此时位移偏差信号消失，辊缝调节结束，上位机接收信号，正常执行生产操作。当轧辊移动的过程中，测厚仪对板材的厚度进行测量，当轧辊已经无法进行移动时，偏差信号仍然存在时，表示辊缝移动已经无法继续完成厚度控制指标。此时系统接收信号，自动进入张力调节。

3.2张力调节

张力的调节作用于冷轧机的开卷机和收卷机。生产精度要求越高，對张力的调节要求越严格。根据板材的受力分析，张力调节存在极限值，当超过极限值时，板材会出现断裂。因此本系统考虑将按照比例值与积分值分离调节的方式来控制张力的释放。根据调节需求，PLC与直流调速器建立通讯，控制电流值，确保张力按照线性比例值增大，并在达到极限值前赋予积分值，降低板材断裂的概率。

3.3轧制保护功能

轧制速度与压力的控制与辊缝和张力的调节相类似，均通过传感器来检测偏差信号，通过通讯驱动执行器行动，完成所有指标的调节。行动过程中，测厚仪完成对板材厚度信号的采集，当厚度符合设定值时，偏差信号消失。所有的通讯均通过profibus-dp协议来完成，当下位机发生故障问题时，通过通讯协议向上位机进行信号反馈，上位机接收信号后，即刻停止作业。

冷轧工艺的生产废料产生多出现在穿带的过程中，易出现原坯料堆积。因此，在本系统中，针对穿带过程中的三项内容进行检测，来减少穿带卡顿，带来的堆积。第一，通过传感器检测穿带带头的位置，确保带头在规定时间内通过洗槽。当发生误差?t时，PLC接收反馈信号，停止作业;第二，预设电机力矩电流值。电流值不低于预设值，当出现变量?A时，动作停止;第三，检测变频器的速度，控制速度变量?v，变频器的速度过高或者过低时，系统自动发出报警信号，停止穿带作业。

3.4自动报表系统

自动报表系统是对设备轧制信息、质量状况、设备控制情况等各方面数据进行统计处理，并生成相关数据报表。其中包括道次报表、卷次报表、班次报表、日次报表、轧辊报表等，可提供详实的数据报表。自动报表系统内置了强大的搜索功能，方便快捷地查询所需料卷信息。同时也提供了详细的料卷数据信息、统计数据、重要数据趋势图等。具体功能

3.5轧制管理系统

轧制管理系统是对设备轧制所需信息、计划、工艺、控制、质量、轧辊等各方面数据进行归纳汇总，并可下载到设备进行轧制操作。其中包括日班计划、参数设定、轧辊管理、质量监控、自适应、自学习等一系列的数据操作，内含强大的数据计算处理功能，在保证产品质量的同时提高生产效率，系统高度的自动化大大减少了设备对操作经验的依赖性，同时也减少操作人员工作强度。具体功能如下：

轧制计划：既可由工艺操作人员选择并下载数据到二级系统，按计划生产，也可以根据轧制工艺，自动计算编排轧制产品的工艺道次和参数。其后操作人员可以模型干预，修改自动计算的轧制参数，下载到系统并投入设定。

选择历史参数：选择历史轧制最优参数参考。轧辊管理：当前使用轧辊数据显示;轧辊数据记录等。

质量监控：质量相关参数曲线显示。轧制历史：历史轧制数据查询，轧制数据显示等。

冷轧工艺的生产废料产生多出现在穿带的过程中，易出现原坯料堆积。因此，在本系统中，针对穿带过程中的三项内容进行检测，来减少穿带卡顿，带来的堆积。第一，通过传感器检测穿带带头的位置，确保带头在规定时间内通过洗槽。当发生误差?t时，PLC接收反馈信号，停止作业;第二，预设电机力矩电流值。电流值不低于预设值，当出现变量?A时，动作停止;第三，检测变频器的速度，控制速度变量?v，变频器的速度过高或者过低时，系统自动发出报警信号，停止穿带作业。

结束语

轧机自动化系统方便、直接、高效地完成了对轧机的自动化控制，对调试人员、生产操作人员、工艺技术人员及生产维护人员提供了良好的技术支持。完善的控制系统，不仅可以提高系统的可靠性，节约生产操作人员的时间，提高生产维护工程师的效率，而且还可以显著提高轧制产品的质量稳定性，为工艺人员提供方便、直观、大量的数据，对产品的质量的稳定性提供了可靠的技术保证。

参考文献

[1]王克亮.高精度冷轧自动控制系统的设计和实现[J].中国高新技术企业.2016（15）

[2]霍岩岩，谢海云.基于冷轧自动化技术的西门子控制系统[J].科技视界.2014（20）

[3]王永霞.探究轧钢电气自动化控制系统改造技术及其应用[J].内燃机与配件.2018（23）

（作者单位：新华冶金集团）