摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了大盤卷生產(chǎn)線的經(jīng)典工藝和生產(chǎn)設(shè)備，在此基礎(chǔ)上對(duì)大盤卷生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行了合理劃分，并詳細(xì)闡述了各主PLC的功能分工以及各主PLC之間的通訊方式。介紹某鋼鐵公司新建80萬t高線及大盤卷生產(chǎn)線的工藝流程、關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)。最后對(duì)大盤卷生產(chǎn)自動(dòng)化控制過程中容易出現(xiàn)的問題給出了行之有效的解決方法。該套自動(dòng)化控制系統(tǒng)在南昌長(zhǎng)力高線廠的大盤卷生產(chǎn)線上得到了很好的應(yīng)用。

1前言

     我國生產(chǎn)線公司以高質(zhì)量、低價(jià)位、優(yōu)服務(wù)吸引了廣大新老客戶。但是在我國生產(chǎn)線工業(yè)快速發(fā)展的背后，觸目驚心的是大量技術(shù)含量高的成套設(shè)備仍依靠進(jìn)口，每年大量的外匯用于進(jìn)口成套的高端設(shè)備。如塑料薄膜雙向拉伸設(shè)備，一條生產(chǎn)線就近1億元，從上世紀(jì)70年代開始引進(jìn)，到目前為止，國內(nèi)相繼進(jìn)口此類生產(chǎn)線110條。除此之外，還有產(chǎn)品業(yè)大量使用的無菌薯片生產(chǎn)線食品包裝盒、灌裝設(shè)備幾乎都為瑞典利樂公司一家提供。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，我國生產(chǎn)線食品包裝機(jī)械對(duì)國外高端技術(shù)的過度依賴，已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國生產(chǎn)線工業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

    某鋼鐵廠高線廠的生產(chǎn)線既能生產(chǎn)高速線材又能生產(chǎn)大盤卷，高線與大盤卷共用熱送裝置、加熱爐、粗中軋機(jī)組及預(yù)精軋機(jī)組。預(yù)精軋機(jī)組后分成兩條軋線分別軋制高線和大盤卷產(chǎn)品，兩條生產(chǎn)線又在P/F線匯合，共用P/F線運(yùn)輸系統(tǒng)及其它卸卷設(shè)備。主軋線和大盤卷生產(chǎn)線主傳動(dòng)均為交流電機(jī)，飛剪傳動(dòng)為直流電機(jī)，共設(shè)軋機(jī)21架，采用全連續(xù)布置方式，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量80萬t，產(chǎn)品規(guī)格為Ø18～Ø50mm圓鋼盤條。已形成年產(chǎn)鋼300萬t的能力?，F(xiàn)有軋鋼能力嚴(yán)重不夠，而且軋鋼生產(chǎn)線陳舊落后，品種單一，急需要新建一條現(xiàn)代化的軋鋼生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)能力的總體平衡，也是公司規(guī)模效益和新的經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)點(diǎn)。但就鋼鐵公司現(xiàn)實(shí)際狀況，上一條優(yōu)質(zhì)高速線材及大盤卷生產(chǎn)線（含細(xì)直徑螺紋鋼）比較適合鋼鐵公司實(shí)際的。此條生產(chǎn)線裝備水平要達(dá)到世界先進(jìn)水平，主要生產(chǎn)高附加值的精尖產(chǎn)品。

2大盤卷的生產(chǎn)工藝概述

    存放在原料跨鋼坯架內(nèi)的鋼坯用電磁吊車成排吊運(yùn)到上料臺(tái)架上，上料臺(tái)架（自動(dòng)或手動(dòng)方式）步進(jìn)，啟動(dòng)受料輥道，鋼坯被送到稱重輥道上進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)稱重。合格鋼坯進(jìn)行稱重后，加熱爐控制室控制鋼坯入爐、定位。

    鋼坯在加熱爐完成加熱后，接到出鋼指令，夾送鋼坯快速通過高壓水除鱗裝置，除去鋼坯表面氧化鐵皮。軋件經(jīng)1~6#粗軋機(jī)組后，1#飛剪前熱檢啟動(dòng)切頭動(dòng)作，然后軋件進(jìn)入7~12#中軋機(jī)組。同理2#飛剪切頭后軋件進(jìn)入預(yù)精扎機(jī)組軋制6道。接著通過一組預(yù)水冷箱，4#

    飛剪切頭后進(jìn)入盤卷減定徑機(jī)組軋制，經(jīng)5#飛剪切尾后軋件即進(jìn)入卷取區(qū)。設(shè)備故障時(shí)1#、2#飛剪及4#、5#剪后的碎斷剪對(duì)軋件進(jìn)行碎斷。

     全線共設(shè)7個(gè)活套器，分別是12#軋機(jī)前立活套（1#）、13#軋機(jī)前立活套（2#）、14#軋機(jī)前水平活套（3#）、15-18#預(yù)精軋機(jī)架間立活套3個(gè)（4~6#）以及減定徑機(jī)組前立活套1個(gè)（7#），以實(shí)現(xiàn)軋件在各機(jī)架間的無張力軋制，從而保證產(chǎn)品的尺寸精度。

     線材進(jìn)入卷取區(qū)后經(jīng)夾送輥進(jìn)入事先選定的某架卷取機(jī)，底部托板將卷成螺旋狀的盤卷托出卷取機(jī)后，由盤卷移送機(jī)將盤卷運(yùn)送至步進(jìn)梁運(yùn)輸線，而后轉(zhuǎn)至另外一架卷取機(jī)的等待位等待下一盤卷。四段步進(jìn)梁下設(shè)6臺(tái)風(fēng)機(jī)用于盤卷冷卻，盤卷運(yùn)至卸卷位置后，由運(yùn)卷小車將盤卷運(yùn)送至P/F線的C型鉤上。

    盤卷在P/F線上繼續(xù)冷卻，并在運(yùn)輸過程中人工取樣、檢查。在打捆機(jī)位置進(jìn)行壓實(shí)、打捆，在盤卷秤位置稱重、掛牌，然后在卸卷站卸卷，由電磁吊車吊運(yùn)入庫。如圖1所示為生產(chǎn)工藝流程圖。

圖1大盤卷生產(chǎn)工藝流程圖

3大盤卷的工藝設(shè)備

    機(jī)，粗、中、預(yù)精軋機(jī)為短應(yīng)力線軋機(jī)，Ф5.0～7.5mm線材的保證速度為112m/s。生產(chǎn)高線及大盤卷。

    全線無扭軋制：采用全線平/立交替布置，實(shí)現(xiàn)無扭軋制,可大大減少合金結(jié)構(gòu)鋼，特別是彈簧鋼因軋件扭轉(zhuǎn)在角部產(chǎn)生的裂紋，減少表面和內(nèi)部缺陷，提高成材率；減少因扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的事故，提高軋機(jī)利用率。同時(shí)，有利于實(shí)現(xiàn)粗、中軋的微張力控制，改善產(chǎn)品的精度。

    軋線選用33架軋機(jī)，線材軋機(jī)共計(jì)30架，另外三架為大盤卷的定徑機(jī)。粗軋、中軋、預(yù)精軋各為6架短應(yīng)力線軋機(jī)，立輥軋機(jī)均為上傳動(dòng)。高線精軋機(jī)組為12架，分為8架精軋＋4架減徑定徑機(jī)組。8架精軋和4架減徑定徑機(jī)采用引進(jìn)設(shè)備，型結(jié)構(gòu)超重型機(jī)架，V軋機(jī)的剛度大，可實(shí)現(xiàn)低溫軋制。大盤卷三架減定徑機(jī)，立、平、平緊湊式布置。

    傳統(tǒng)的10機(jī)架無扭精軋機(jī)，100m/s在軋制速度下軋件瞬時(shí)溫升過高，給優(yōu)質(zhì)鋼、彈簧鋼和合金鋼的生產(chǎn)帶來困難。根據(jù)國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選擇將精軋機(jī)組拆成8+4的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)低溫軋制，改善產(chǎn)品的機(jī)械性能；簡(jiǎn)化孔型系統(tǒng)，減少軋輥和導(dǎo)衛(wèi)的數(shù)量、提高作業(yè)率；提高產(chǎn)品精度，本設(shè)計(jì)采用了8+4減徑定徑機(jī)的技術(shù)。

    軋制溫度控制：在本設(shè)計(jì)中重點(diǎn)控制軋件在生產(chǎn)過程各階段的溫度。在加熱爐中均勻加熱，按鋼種嚴(yán)格控制開軋溫度。在中軋與預(yù)精軋機(jī)組和預(yù)精軋與精軋之間各設(shè)有2段預(yù)水冷箱，以控制大盤卷產(chǎn)品和線材進(jìn)無扭精軋機(jī)的入口溫度。在組合式精軋機(jī)組的8機(jī)架之后、架減定徑機(jī)之4前和減定徑機(jī)之后均設(shè)有水冷箱，主要是為控制終軋溫度，實(shí)現(xiàn)低溫軋制和控制吐絲溫度。根據(jù)各鋼種冷卻工藝，散卷風(fēng)冷運(yùn)輸線設(shè)計(jì)為輥道式延遲型，備有16臺(tái)大風(fēng)量的風(fēng)機(jī)和絕熱保溫罩，同時(shí)在大盤卷的加勒特卷取機(jī)后設(shè)有6臺(tái)大風(fēng)量的風(fēng)機(jī)，以滿足產(chǎn)品方案中各鋼種的熱處理要求。

    為確保產(chǎn)品質(zhì)量，本設(shè)計(jì)考慮預(yù)留了硬線產(chǎn)品、冷鐓鋼、合結(jié)鋼、彈簧鋼等的坯料檢查和修磨的可能。

    軋線主要軋機(jī)采用交流電機(jī)，變頻調(diào)速。粗、預(yù)精軋機(jī)交流主傳動(dòng)采用引進(jìn)高性能的交中、流變頻裝置，線材精軋機(jī)及減定徑機(jī)采用引進(jìn)的大功率LCI或MV交流變頻調(diào)速裝置。測(cè)速裝置為無聯(lián)軸器的空心軸型脈沖發(fā)生器，以此構(gòu)成全數(shù)字控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)器參數(shù)自調(diào)諧、故障自診斷、狀態(tài)檢查、信號(hào)記錄等功能，調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)速度及電流進(jìn)行閉環(huán)控制。不調(diào)速的交流電動(dòng)機(jī)采用MCC控制。所有飛剪采用直流電機(jī)傳動(dòng)。

    所有設(shè)定均采用工藝參數(shù),與電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)無關(guān)，對(duì)于交流傳動(dòng)的主軋線,則根據(jù)設(shè)定的延伸率、輥徑、輥環(huán)修正系數(shù)、精軋出口速度等自動(dòng)計(jì)算出各機(jī)架的速度給定值，從而保證連續(xù)軋機(jī)各點(diǎn)金屬流量相等。本系統(tǒng)選擇精軋機(jī)的出口速度為基準(zhǔn)速度，一旦精軋出口速度確定之后，系統(tǒng)可根據(jù)各機(jī)架相關(guān)延伸率自動(dòng)計(jì)算出各機(jī)架的速度給定。

4大盤卷生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

    全線共設(shè)有三臺(tái)西門子公司最新型的S7-400系列PLC產(chǎn)品，遠(yuǎn)程I/O站采用ET200M；傳動(dòng)系統(tǒng)則分別采用西門子6SE70系列和6RA70系列，通過Profibus-DP網(wǎng)與PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；各主PLC之間通過工業(yè)以太網(wǎng)完成信息和數(shù)據(jù)的傳輸。如圖2所為大盤卷生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成示意圖。

圖2大盤卷生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

4.1軋線PLC1

    軋線PLC1為1臺(tái)西門子S7-400系列416控制器，另配2塊DP接口模塊IM467，1塊以太網(wǎng)通訊模板。PLC1主要完成主軋線1-18架軋機(jī)、7個(gè)活套和1－2#飛剪的自動(dòng)控制，控制功能包括：主軋機(jī)設(shè)定系統(tǒng)即軋機(jī)的速度設(shè)定、區(qū)域起動(dòng)/停車、軋機(jī)級(jí)聯(lián)調(diào)速、機(jī)架間控制的手動(dòng)修正、粗中微張力控制、自動(dòng)活套控制、飛剪切頭/切尾控制、軋件跟蹤和自動(dòng)碎斷控制以及輔傳動(dòng)設(shè)定。

4.2介質(zhì)PLC2

     介質(zhì)PLC2為1臺(tái)西門子S7-400系列414控制器，另配1塊DP接口模塊IM467，1塊以太網(wǎng)通訊模板。PLC2主要完成粗軋潤(rùn)滑站、中軋潤(rùn)滑站、預(yù)精軋潤(rùn)滑站、軋區(qū)液壓站、卷取潤(rùn)滑站、卷取液壓站、盤卷減定徑液壓站及潤(rùn)滑站的控制，控制功能包括：循環(huán)泵和主泵手/自動(dòng)控制、加熱器手/自動(dòng)控制、溢流閥自動(dòng)控制、潤(rùn)滑站內(nèi)軋機(jī)供油溫度控制及各種報(bào)警。為了避免DP網(wǎng)中斷時(shí)液壓潤(rùn)滑站停機(jī)導(dǎo)致設(shè)備損壞，所有潤(rùn)滑站和液壓站配西門子S7-300或者S7-200系列控制器，這些CPU作為介質(zhì)PLC的DP從站，通過DP網(wǎng)與PLC2進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.3卷取區(qū)PLC3

    卷取區(qū)PLC3為1臺(tái)西門子S7-400系列414控制器，另配2塊DP接口模塊IM467，1塊以太網(wǎng)通訊模板。PLC3主要完成4＃飛剪前夾送輥、4-5＃飛剪、兩個(gè)碎斷剪、減定徑機(jī)前立活套、分道器、兩個(gè)卷取前夾送輥、兩個(gè)卷取機(jī)、盤卷移送機(jī)、步進(jìn)梁、風(fēng)機(jī)和運(yùn)卷小車的控制。控制功能包括：夾送輥速度設(shè)定、夾送輥的手/自動(dòng)夾送、飛剪的切頭/切尾控制、碎斷剪速度控制、活套自動(dòng)控制、分道器手/自動(dòng)切換、卷取機(jī)速度控制、卷取機(jī)搖擺控制、卷取機(jī)定位控制、卸卷板手/自動(dòng)控制、盤卷移送機(jī)支撐擋爪手/自動(dòng)控制、盤卷移送機(jī)速度控制和手/自動(dòng)接卷控制、兩個(gè)卷取機(jī)自動(dòng)切換控制、步進(jìn)梁手動(dòng)/聯(lián)動(dòng)控制、風(fēng)機(jī)和風(fēng)門自動(dòng)控制、運(yùn)卷小車手/自動(dòng)運(yùn)卷控制、軋件跟蹤和自動(dòng)碎斷控制、與減定徑機(jī)控制PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.4三個(gè)PLC之間的通訊

    三個(gè)PLC之間的數(shù)據(jù)交換有快速和非快速之分，因此根據(jù)情況采取了不同的通訊方式。

    介質(zhì)PLC2只和軋線PLC1之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，把液壓站和潤(rùn)滑站的狀態(tài)通過以太網(wǎng)送給軋線PLC1，再由軋線PLC1送給其它PLC，這樣維護(hù)起來簡(jiǎn)單方便。

    軋線PLC1和卷取PLC3之間要求快速交換數(shù)據(jù)，因此采用DP主從方式。PLC3作為PLC1的DP從站，接收來自PLC1的主軋線末架線速度，作為卷取區(qū)各個(gè)設(shè)備速度跟蹤的基準(zhǔn)；而PLC3則將活套的調(diào)節(jié)量送給PLC1，作為主軋線速度調(diào)整量的一部分，同時(shí)把卷取區(qū)的自動(dòng)碎斷命令傳給PLC1。

     綜上，這種大盤卷自動(dòng)控制系統(tǒng)中的各個(gè)PLC分工明確、功能集中，且采用DP網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性，控制效果良好。

5結(jié)論

     采用控溫、控軋、控冷技術(shù)，產(chǎn)品公差控制在國標(biāo)C級(jí)精度，最高精度±0.1mm。此條線的裝備水平達(dá)到世界先進(jìn)水平，雙高產(chǎn)品占80%以上。Φ18～Ф50大盤卷成為南方第一條生產(chǎn)線，某鋼鐵廠高線廠的大盤卷生產(chǎn)線于2009年4月1日熱試成功，整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，性能穩(wěn)定可靠，盤卷產(chǎn)品直徑均勻且圈形規(guī)整，能夠很好地滿足生產(chǎn)要求，這種大盤卷生產(chǎn)線的自動(dòng)控制系統(tǒng)值得推廣。