PLC在電鍍生產(chǎn)線自動行車控制中的應(yīng)用

摘 要：電鍍生產(chǎn)線的行車控制是生產(chǎn)實現(xiàn)自動化的核心環(huán)節(jié)，行車控制系統(tǒng)的水平可以反映一個電鍍生產(chǎn)線的生產(chǎn)控制水平。但在多鍍種電鍍生產(chǎn)的需求下，電鍍行車系統(tǒng)的控制變得更加復(fù)雜，因此有必要對其控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。本文設(shè)計了一款以西門子PLC為控制核心的電鍍生產(chǎn)線自動行車控制系統(tǒng)，并對電機(jī)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)分析，以此闡明PLC在當(dāng)前電鍍生產(chǎn)線行車控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC;電鍍生產(chǎn)線;行車控制;電機(jī)拖動

電鍍就是利用電解原理將一種金屬鍍到另一種材料表面的生產(chǎn)工藝，電鍍要求制件表面的鍍層均勻、致密、結(jié)合良好。在電鍍行業(yè)中，電鍍鋅是一種常見而典型的電鍍工藝，因為鋅的成本較低，在同等條件下更容易實現(xiàn)高質(zhì)量電鍍，并且具有很好的防腐蝕特性，已廣泛應(yīng)用于各種鋼鐵件的保護(hù)和裝飾領(lǐng)域之中。電鍍生產(chǎn)線的行車控制是電鍍自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，具有重要的研究意義。

1.電鍍行車工作過程分析

電鍍行車是電鍍車間的重要生產(chǎn)設(shè)備，它負(fù)責(zé)將待鍍產(chǎn)品運(yùn)送至電鍍生產(chǎn)線的相應(yīng)工位，并控制其運(yùn)行方式，以完成電鍍過程[1]。首先，在電鍍生產(chǎn)線的準(zhǔn)備工位，工人會把待電鍍的鋼卷按要求放在上卷小車上，放好之后按下行車控制的啟動按鈕，行車系統(tǒng)接收到啟動信號后會自動運(yùn)行，并按預(yù)定程序逐段前進(jìn)，每到達(dá)一個槽位時，PLC會將當(dāng)前槽號與程序預(yù)設(shè)的陽極板開啟狀態(tài)進(jìn)行對比，如果一致，電鍍正常，開始電鍍，根據(jù)不同產(chǎn)品要求PLC自動控制帶鋼運(yùn)行速度，繼續(xù)向前逐段推進(jìn)，如此反復(fù)，直到完成所有電鍍工藝。到達(dá)生產(chǎn)線末端后，行車系統(tǒng)會自動穿帶下卷，同時發(fā)出聲光報警信號，提醒工人下卷操作。卸卷完成后，行車系統(tǒng)會自動進(jìn)行生產(chǎn)，等待上料，開始下一批次的電鍍操作。

行車系統(tǒng)中的電機(jī)分為轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩兩種控制形式，轉(zhuǎn)速可以控制電機(jī)的運(yùn)行，負(fù)責(zé)運(yùn)送鋼板，轉(zhuǎn)矩控制則可以進(jìn)行張力控制，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場張力進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制分別采用不同的三相交流變頻電機(jī)M1、M2等進(jìn)行運(yùn)動控制，另外還需要額外增加一些伺服電機(jī)M3等進(jìn)行控制，每個槽位的相應(yīng)傳動側(cè)都安裝了一個安全開關(guān)，防治行車中發(fā)生安全事故。系統(tǒng)對行車運(yùn)動控制的精度要求十分嚴(yán)格，否則帶鋼將無法準(zhǔn)確的進(jìn)行電鍍[2]。

2.基于PLC的電鍍行車控制系統(tǒng)

為了實現(xiàn)電鍍鋅生產(chǎn)線行車系統(tǒng)的自動控制，本文采用了西門子的S7—400PLC作為系統(tǒng)主控核心單元，負(fù)責(zé)對整個行車系統(tǒng)的整體控制，PLC與服務(wù)器HMI操作畫面共同構(gòu)成了一個網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動化的行車控制系統(tǒng)。自動化行車要求系統(tǒng)具備較高的通信能力和遠(yuǎn)程控制能力，西門子FM458模塊由于配有PROFIBUS DP接口，用于連接分布式I/O和傳動設(shè)備;可通過擴(kuò)展模塊進(jìn)行模塊化組態(tài)，用于進(jìn)行I/O擴(kuò)展和通訊，用于在SIMATIC S7-400中進(jìn)行高性能和可自由組態(tài)的控制任務(wù)，大增加了通信距離，在控制了成本的條件下，也很好地滿足控制和通信要求。

2.1.總結(jié)控制方案設(shè)計

本文設(shè)計的PLC電鍍行車控制系統(tǒng)以PLC為主控核心，以行車電機(jī)、變頻器裝置、中間繼電器、接近開頭、安全系統(tǒng)等外圍設(shè)備組成，在PLC的控制下共同完成行車的自動控制，同時具備手操設(shè)置功能，可以進(jìn)行參數(shù)控制與修改，自動控制與手動控制模式的切換。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在本系統(tǒng)中，PLC是整個系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)對所有外圍設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度與協(xié)調(diào)，可以對各限位開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行實時采集，實現(xiàn)對行車的啟動、運(yùn)行與停止控制。限位開關(guān)的功能由接近開關(guān)和擋鐵共同實現(xiàn)，擋鐵安裝在各個電鍍槽的行走方向的傳動側(cè)，接近開關(guān)隨著行車向前移動，當(dāng)運(yùn)動到某個電鍍槽某位置時，由于擋鐵的存在，接近開關(guān)會感應(yīng)到一個信號脈沖，該信號被PLC采集之后，如果程序中已預(yù)定了在該位置電鍍鋅，則會控制繼電器吸附，行車進(jìn)入電鍍槽內(nèi)，執(zhí)行電鍍操作。同時PLC內(nèi)部執(zhí)行循環(huán)控制，當(dāng)帶鋼經(jīng)過第一個電鍍槽后，行車控制電機(jī)繼續(xù)啟動，繼續(xù)將帶鋼運(yùn)送至下一個電鍍槽工位，如此反復(fù)，直到到達(dá)最后的第十八個電鍍工位?？紤]到電機(jī)在啟動初期、電鍍前期以及運(yùn)行電鍍中期對行車速度有不同的控制要求，這就需要對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，因此本文采用了可控硅器件完成對電機(jī)的調(diào)整控制。在整個電鍍過程中，行車系統(tǒng)的位置和電鍍狀態(tài)都會被實時發(fā)送到服務(wù)器HMI操作畫面上，并由值班人員實時監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況。

2.2.交流電機(jī)調(diào)速方案設(shè)計

電機(jī)是行車的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，因此對行車的控制實際上就是對電機(jī)的控制，因此電機(jī)控制是整個行車控制系統(tǒng)的重要組成部分。本文設(shè)計的行車控制系統(tǒng)一共有M1、M2、M3三個系列電機(jī)，采用交流電三相拖動，分別用于控制行車的速度、帶鋼張力和伺服運(yùn)動，電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)左和右、前和后、升和降的方向切換。電機(jī)的控制充分應(yīng)用了可控硅器件可高性能和高穩(wěn)定性特定，使電機(jī)的控制更加方便快捷。左右調(diào)節(jié)伺服電機(jī)M3系列受KM1和KM2兩個系列接觸器控制，前后運(yùn)動電機(jī)M1系列受KM3和KM4兩個系列接觸器控制，張力調(diào)節(jié)電機(jī)M2系列受KM5和KM6兩個系列接觸器控制。

在提升電機(jī)精準(zhǔn)控制方面，本文也采用了一些有效措施，例如額外增加了三個系列接觸器（KM7-KM9）專門用于電機(jī)的能耗制動，同時配合磁鐵抱閘制動機(jī)制，如果在行車正常運(yùn)行過程中由于某種原因?qū)е律匐姍C(jī)突然失電，此時抱閘制動系統(tǒng)會快速響應(yīng)，防止帶鋼在電鍍槽內(nèi)斷開而引發(fā)事故，顯然這些措施使電機(jī)在前進(jìn)、升降和停止運(yùn)作更加及時，更加安全;另外還在各鍍槽傳動側(cè)位置安裝了行程開關(guān)（SQ1-SQ14），使帶鋼的位置可以實現(xiàn)足夠精度的位置控制。

電機(jī)調(diào)速的實現(xiàn)關(guān)鍵在于可控硅的控制，在本文電機(jī)控制系統(tǒng)中，本文將一個三相反并聯(lián)晶閘管串入了電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，一旦晶閘管的導(dǎo)通角發(fā)生變化，定子電壓將迅速跟隨這種變化趨勢，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速得以改變。為了避免電機(jī)因電源不穩(wěn)而造成轉(zhuǎn)速不均勻，系統(tǒng)中還采用了相位鎖定環(huán)對可控硅進(jìn)行了調(diào)節(jié)，緩沖電源波動的不利影響。同時，為了適應(yīng)生產(chǎn)線中的一次待鍍鋼板規(guī)格和重量的不同，系統(tǒng)還充分利用了可控硅觸發(fā)動態(tài)時間和振幅瞬變削波電路來動態(tài)調(diào)整其帶負(fù)載能力，使其對于不同類型的電鍍生產(chǎn)線和電鍍鋼板都有著靈活的適用性。

3.結(jié)語

電鍍在鋼鐵生產(chǎn)中有著重要的地位，是鋼鐵產(chǎn)品實現(xiàn)高效應(yīng)用、延長壽命的重要保證。隨著我國鋼鐵用量不斷增大，電鍍工藝也將迎來新的發(fā)展機(jī)遇，而行車控制作為電鍍生產(chǎn)線實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的核心，也將受到業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注。

參考文獻(xiàn)：

[1]明鑫，韋忠善，盧丹萍.嵌入式電鍍行車控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電鍍與環(huán)保，2016，36（1）：48-50.

[2]劉永拓，董闖，姚樂.基于PLC的電鍍行車控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國機(jī)械，2014（15）：72-72.

作者簡介：

王良笑（1991-）女，漢族，山東省濟(jì)南市，本鋼浦項冷軋薄板有限責(zé)任公司，助理工程師，主要從事工作：電鍍鋅生產(chǎn)線點檢員.