棒材生产线冷床自动控制系统的设计与实现

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　　摘要：自动控制系统在钢铁企业的生产管理中起着至关重要的作用，本文以冷床的自动控制系统为研究对象，分析了棒材加工工艺的流程和冷床设备的结构组成。通过研究棒材的冷却控制工艺以及冷床设备的结构，并根据系统作业要求，采用了PLC自动控制技术，运用软件工程的设计方法与原则实现了主要功能模块，完成了自动化解决方案。
　　关键词：冷床；棒材加工；自动控制；PLC
　　中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）01-0009-01
　　1 前言
　　棒材轧钢厂通常包含加热炉加热→轧机轧制→裙板辊道→过跨冷却→冷剪→收集包装等流程，在成层区域和裙板辊道之间的冷床为过跨冷却使用的基本模块，起到空冷棒材的用途和把棒材输送至冷剪区成层设备上，冷床在完整的工艺流程中是非常重要环节，以及其自动化的程度对生产有着非常重要的作用。
　　2 主要技术手段与总体设计思路
　　冷床卸钢是通过两个拖动拉杆同时进行操作，采用液压制动器制动。卸钢时的全段辊道以一个特定速度进行，经人工手动方式来确定辊道速度，这个过程是通过调整变频器面板的可调电位器来实现的。由于钢材在辊道上做的是加速运动，所以会慢慢拉长和下一支钢的距离长度。棒材生产线冷床上卸钢机构的裙板动作对冷床设备的稳定运行具有至关重要的意义。如果裙板动作出错，下游工艺线可能受其影响而产生较严重的错误，因此必须在上卸钢机构设置强约束条件，一方面裙板的动作周期需要谨慎的设定并且需要多次实验和修正来确定，另一方面必须使裙板的抛钢信号和冷床的步进动作信号产生互锁关系，以避免抛钢过程中动齿条动作造成“跑钢”的情况。
　　当今社会由于大规模集成电路的广泛应用，可编程序控制器得到了空前的发展和应用，目前企业的目标都是工业自动化，在工业自动化工艺的条件下，可编程序控制器PLC被大量的应用在步进式冷床中，其在软硬件方面的对推动轧钢过跨冷却技术的保障使企业受益匪浅。为了减少热停工，增强轧制流水线的安全运行，并进一步增强系统控制功能，在系统中加入一套升级后的PLC控制装置，通过PLC对冷床和轧机分别进行网络控制。
　　3 冷床自动控制系统的设计与实现
　　自动控制系统的设计需要从硬件和软件两个方面来考虑。对于硬件的器件选型首先要能够满足系统的控制要求，其次必须考虑节约成本和便于扩展、改造、维护。另外，为了保证系统安全稳定运行，避免意外事故造成设备或者人身损害，即使在硬件設计方面有一些冗余也是可以接受的，也就是说，必须充分考虑系统运行过程中可能存在的隐患，然后对其加强检测和控制。冷床自动控制系统上钢装置在某一特定时间点将倍尺飞剪切后的轧件送到冷床上，倍尺剪剪切的长度，水冷辊道的速度，精轧机末架速度都会对冷床上的轧件造成影响。对于软件的设计，开发人员在对一个可编程控制器设计自动化项目时大都采用以下基本步骤，如图1所示。其中生成一个组态图是一个关键步骤：生成符合设计要求的文档之后，紧接着要确定项目要求的控制设备种类，以及可编程控制器的结构通过由工艺流程的模板进行确定。一般生成的组态图需要指定以下要求：CPU类型；I/O模板的类型和数量；物理输入和输出的组态。
　　分析冷床自动控制系统的逻辑流程，根据其工作流程设计了冷床自动控制系统的硬件，使用SIMATIC STEP 7软件对硬件进行组态，对SM321模块和SM322模块的信号进行定义，并进一步完善冷床控制系统PLC程序的设计。工业以太网则被应用于PLC各系统以及与人机界面HMI中；在HMI上，根据操作规程，工人选择上钢装置的组数、中位停留时间还有上钢延时时间。最终，PLC通过各种设定值和信号来控制上钢装置液压阀的动作。
　　4 结语
　　本文在对冷床自动控制技术研究的基础上，进一步完善了自动控制系统的设计，并从硬件和软件两个方面来考虑工业自动化对冷床工艺的要求。硬件主要从安全以及冷床自动控制系统上钢装置两方面作为出发点，运用软件工程的设计方法与原则实现了主要功能模块，完成了自动化解决方案，并对设计程序结构进行了研究。
　　参考文献
　　[1]王卫兵，高俊山.可编程控制器的原理及应[M].北京：机械工业出版社，2002.1.
　　[2]王丰.棒材生产线自动控制系统改造设计[J].机床与液压，2010，14：114-116.
　　[3]黄旭东.大棒材轧钢生产线传动系统及其控制技术的研究[D].天津大学，2014.

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