大盘卷生产线的自动化控制系统.doc

大盘卷生产线的自动化控制系统
朱玲 穆慧灵 周涛
（北京金自天正智能控制股份有限公司，轧钢工程部， 100070 北京）
摘 要： 本文简要介绍了大盘卷生产线的经典工艺和生产设备，在此基础上对大盘卷生产线自动化控制系统的组成进行了合理划分，并详细阐述了各主PLC的功能分工以及各主PLC之间的通讯方式。最后对大盘卷生产自动化控制过程中容易出现的问题给出了行之有效的解决方法。该套自动化控制系统在南昌长力高线厂的大盘卷生产线上得到了很好的应用。
关键词： 大盘卷 PLC 减定径机 卷取机 盘卷移送
Automatic Control System of Bar Outlet Product Line
Zhu Ling Mu Huiling Zhou Tao
（Steel-rolling Engineering Department, Beijing Aritime Intelligent Control Co., Ltd, Beijing, 100070）
Abstract: The paper gave a brief introduction of classical technics and production equipment for a pony roll product line, a reasonable partition of its automatic control system was put forward as well. Function division of each central PLC and the communication mode between them was expounded in detail. Finally, considering some problems appeared during automatic control of pony roll production, the paper proposed a few effective solution methods. The suggested automatic control system has been well applied to the pony roll product line of Nanchang Changli High-speed Wire Plant.
Key words: Bar outlet, PLC, BRSM, Pouring reel, coil transfer

1 前 言
南昌长力钢铁股份有限公司高线厂的生产线既能生产高速线材又能生产大盘卷，高线与大盘卷共用热送装置、加热炉、粗中轧机组及预精轧机组。预精轧机组后分成两条轧线分别轧制高线和大盘卷产品，两条生产线又在P/F线汇合，共用P/F线运输系统及其它卸卷设备。主轧线和大盘卷生产线主传动均为交流电机，飞剪传动为直流电机，共设轧机21架，采用全连续布置方式，设计年产量80万t，产品规格为Ø18～Ø50mm圆钢盘条。
2 大盘卷生产工艺与生产设备
2.1 大盘卷的生产工艺
生产工艺流程图如图1所示。
存放在原料跨钢坯架内的钢坯用电磁吊车成排吊运到上料台架上，上料台架（自动或手动方式）步进，启动受料辊道，钢坯被送到称重辊道上进行测长称重。合格钢坯进行称重后，加热炉控制室控制钢坯入炉、定位。
作者简介：朱玲（1974~），女，湖北人，高级项目经理，自动控制专业硕士，主要从事轧钢生产线的传动与自动化控制。
控制工作。
钢坯在加热炉完成加热后，接到出钢指令，夹送钢坯快速通过高压水除鳞装置，除去钢坯表面氧化铁皮。轧件经1~6#粗轧机组后，1#飞剪前热检启动切头动作，然后轧件进入7~12#中轧机组。同理2#飞剪切头后轧件进入预精扎机组轧制6道。接着通过一组预水冷箱， 4#
飞剪切头后进入盘卷减定径机组轧制，经5#飞剪切尾后轧件即进入卷取区。设备故障时1#、2#飞剪及4#、5#剪后的碎断剪对轧件进行碎断。
全线共设7个活套器，分别是12#轧机前立活套（1#）、13#轧机前立活套（2#）、14#轧机前水平活套（3#）、15-18#预精轧机架间立活套3个（4~6#）以及减定径机组前立活套1个7#），以实现轧件在各机架间的无张力轧制，从而保证产品的尺寸精度。
线材进入卷取区后经夹送辊进入事先选定的某架卷取机，底部托板将卷成螺旋状的盘卷托出卷取机后，由盘卷移送机将盘卷运送至步进梁运输线，而后转至另外一架卷取机的等待位等待下一盘卷。四段步进梁下设6台风机用于盘卷冷却，盘卷运至卸卷位置后，由运卷小车将盘卷运送至P/ F线的C型钩上。
盘卷在P/ F线上继续冷却，并在运输过程中人工取样、检查。在打捆机位置进行压实、打捆，在盘卷秤位置称重、挂牌，然后在卸卷站卸卷，由电磁吊车吊运入库。

图1 大盘卷生产工艺流程图
2.2 大盘卷的生产设备
全线轧制设备除1~18#轧机外，盘卷减定径机组、主轧线后4#、5#飞剪以及卷取机均采用MORGAN设备。
MORGAN减定径机组采用“椭圆-圆-圆-圆”和“圆-圆-圆”孔型系统，可以生产出大变形(10％~25％)公差极小的产品，且表面质量和圆度好。南昌长力大盘卷生产线上使用KOCKS型三辊减定径机，三个轧辊围绕轧线互成120°，压力从三个方向压向轧件，保证轧件整个横断面上有一个高效均匀的变形。由于变形应力状态好、轧件延伸率较大，孔型上的圆周速度差小，所以轧辊磨损小。
MORGAN卷取机的外套筒包括设有固定位置用于冷却转鼓的水冷喷嘴，在转鼓内收集冷却水后排除。带有冷却翅的转鼓旋转，形成盘卷的外径，盘卷的内径由轧件环绕芯棒形成。转鼓内线圈托板(芯棒抽出)，由旋转的垂直空心轴支撑。空心轴由滚动轴承支撑以适应轴向和径向荷载。芯棒由全封闭的伞齿轮通过电机传动，速度可调，且带摆动控制。用于在当一卷盘卷卷取结束时由动态抱闸停止芯棒盘卷托板的提升由液压传动，盘卷托板提升至转鼓外的高度使得盘卷移送装置的支持爪插入盘卷的底部将其移出芯棒。
4段步进梁的第1段与盘卷接收装置相连，步进梁（两根平行动梁）上升托起盘卷，然后前进将盘卷放置在三根平行的固定滑轨（定梁）上。前一段步进梁放满6个盘卷后，下一段步进梁与前一段联动，将盘卷送往挂卷站。在盘卷运输机的下方设置有离心风机，对应每台风机在运输线的盘卷上方悬挂有盘卷罩，当对盘卷进行强制冷却时盘卷罩下降罩住盘卷，盘卷罩的上升及下降由液压传动。
3 大盘卷生产线自动控制系统的组成
图2给出了大盘卷生产线自动化控制系统的组成示意图。全线共设有三台西门子公司最新型的S7-400系列PLC产品，远程I/O站采用 ET200M；传动系统则分别采用西门子6SE70系列和6RA70系列，通过Profibus-DP网与PLC之间进行数据交换；各主PLC之间通过工业以太网完成信息和数据的传输。

图2 大盘卷生产线自动控制系统的组成
3.1 轧线PLC1
轧线PLC1为1台西门子S7-400系列416控制器，另配2块DP接口模块IM 467，1块以太网通讯模板。PLC1主要完成主轧线118架轧机、7个活套和1－2#飞剪的自动控制，控制功能包括：主轧机设定系统即轧机的速度设定、区域起动/停车、轧机级联调速、机架间控制的手动修正、粗中微张力控制、自动活套控制、飞剪切头/切尾控制、轧件跟踪和自动碎断控制以及辅传动设定。
3.2 卷取区PLC3
卷取区PLC3为1台西门子S7-400系列414控制器，另配2块DP接口模块IM 467，1块以太网通讯模板。PLC3主要完成4＃飞剪前夹送辊、4-5＃飞剪、两个碎断剪、减定径机前立活套、分道器、两个卷取前夹送辊、两个卷取机、盘卷移送机、步进梁、风机和运卷小车的控制。控制功能包括：夹送辊速度设定、夹送辊的手/自动夹送、飞剪的切头/切尾控制、碎断剪速度控制、活套自动控制、分道器手/自动切换、卷取机速度控制、卷取机摇摆控制、卷取机定位控制、卸卷板手/自动控制、盘卷移送机支撑挡爪手/自动控制、盘卷移送机速度控制和手/自动接卷控制、两个卷取机自动切换控制、步进梁手动/联动控制、风机和风门自动控制、运卷小车手/自动运卷控制、轧件跟踪和自动碎断控制、与减定径机控制PLC进行数据交换。
3.3 介质PLC2
介质PLC2为1台西门子S7-400系列414控制器，另配1块DP接口模块IM 467，1块以太网通讯模板。PLC2主要完成粗轧润滑站、中轧润滑站、预精轧润滑站、轧区液压站、卷取润滑站、卷取液压站、盘卷减定径液压站及润滑站的控制，控制功能包括：循环泵和主泵手/自动控制、加热器手/自动控制、溢流阀自动控制、润滑站内轧机供油温度控制及各种报警。为了避免DP网中断时液压润滑站停机导致设备损坏，所有润滑站和液压站配西门子S7-300或者S7-200系列控制器，这些CPU作为介质PLC的DP从站，通过DP网与PLC2进行数据交换。
3.4 三个PLC之间的通讯
三个PLC之间的数据交换有快速和非快速之分，因此根据情况采取了不同的通讯方式。
介质PLC2只和轧线PLC1之间进行数据交换，把液压站和润滑站的状态通过以太网送给轧线PLC1，再由轧线PLC1送给其它PLC，这样维护起来简单方便。
轧线PLC1和卷取PLC3之间要求快速交换数据，因此采用DP主从方式。PLC3作为PLC1的DP从站，接收来自PLC1的主轧线末架线速度，作为卷取区各个设备速度跟踪的基准；而PLC3则将活套的调节量送给PLC1，作为主轧线速度调整量的一部分，同时把卷取区的自动碎断命令传给PLC1。
综上，这种大盘卷自动控制系统中的各个PLC分工明确、功能集中，且采用DP网和工业以太网能够保证数据传输的可靠性和实时性，控制效果良好。
4 问题及对策
在南昌长力高线厂大盘卷生产线的设备安装、调试及使用过程中，我们遇到一些问题，现对一些主要问题和解决方法归纳如下。
 4.1 活套堆钢
在热试开始时，我们认为卷取区的立活套和主轧线的立活套没有什么区别，按照高套设定活套的套高，结果活套很不稳定，起套后套越来越高，最终导致堆钢。
分析后发现，卷取区活套的起套辊间距离较短，活套扫描器可检测到轧件范围小，于是采取减小套高设定即低套设定的方法，控制效果明显，活套动作非常稳定。
4.2 尾部卷取堆钢
卷取整根钢时，当钢尾离开减定径机后卷取机卷筒内的盘卷会越堆越高，最后甩出卷取机，导致盘卷拉断，也容易损坏卷取机上方的导槽。经工艺分析发现，卷取机的摇摆正负限幅及内/外圈等待时间等参数设置不合理，引起卷取过程中内圈盘卷过高，以致卷筒内无法卷完整根钢。后将卷取机的摇摆正限幅改为11%，负限幅改为-9%，内圈时间设为0，外圈时间设为3ms后，故障现象消除，且最终的盘卷圈形内外均高，外观规整。
4.3 盘卷移送机定位不准
盘卷移送机开始采用码盘定位，调试时发现由于机械设备惯性较大、精度不高等原因，盘卷移送机在两个卷取机之间来回移动时码盘数偏差很大，因此在卷取机正上方位置以及步进梁位置无法通过码盘位置闭环实现精确停车。后来在以上三个停车位加装了三个接近开关，并将停车减速位适当提前，最终实现了盘卷移送机的准确停车。
5 结束语
南昌长力钢铁股份有限公司高线厂的大盘卷生产线于2009年4月1日热试成功，整个自动化控制系统运行良好，性能稳定可靠，盘卷产品直径均匀且圈形规整，能够很好地满足生产要求，这种大盘卷生产线的自动控制系统值得推广。
参考文献
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