基于S7-400PLC的鍍鋅生產(chǎn)線控制系統(tǒng)研究

摘 要：由鋅的標準電極電位負于鐵，在潮濕環(huán)境中可以起到保護鋼基的作用，因此鍍鋅工藝在防腐蝕領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。熱鍍鋅工藝由于成本低、質(zhì)量高、工藝簡單等優(yōu)點成為了目前的主流鍍鋅技術(shù)。然而熱鍍鋅工藝對溫度和生產(chǎn)工藝速度的控制要求較高，只有采用先進的控制技術(shù)才能滿足新工藝的控制要求。本文設(shè)計了一套以西門子S7-400 PLC為核心的熱鍍鋅生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，在提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量方面發(fā)揮了重要作用。

關(guān)鍵詞：S7-400PLC;熱鍍鋅;生產(chǎn)線控制

1.鍍鋅技術(shù)概述

對于傳統(tǒng)的冷軋鍍鋅廠而言，只需要在原有生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上進行簡單改造，即可實現(xiàn)熱鍍鋅工藝。一般僅需增設(shè)一臺中頻無芯感應爐用于制備中間合金，并在爐頂安裝一套攪拌設(shè)備，將合金與鋅錠按一定比例混合攪拌均勻進行澆鑄即可[1]。顯然，與其它鍍鋅工藝相比，熱鍍鋅具有成本低、韌性強、全覆蓋、工藝簡單、檢驗方便、防銹防腐質(zhì)量好等優(yōu)點，因而在冷軋鍍鋅廠中得到了極為廣泛的應用。

2熱鍍鋅生產(chǎn)工藝分析

熱鍍鋅是汽車板和家電板生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，高質(zhì)量的熱鍍鋅可以使汽車板和家電板的表面更加光澤、防止生銹和腐蝕，進一步延長使用壽命。不同產(chǎn)品的熱鍍鋅工藝稍有不同，但其基本原理是類似的[3]。為了分析熱鍍鋅生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵控制點，本文以汽車板和家電板熱鍍鋅工藝為例進行說明。

常規(guī)的汽車板和家電板熱鍍鋅工藝主要涉及的工序和設(shè)備包括：機組上料焊接、酸堿清洗、退火處理、熱鍍鋅、光整處理，鈍化防銹處理、機組下卷等等?？梢娖嚢搴图译姲宓臒徨冧\與其它產(chǎn)品的鍍鋅工藝一樣具有復雜性，因此具有典型性。在生產(chǎn)線的運行過程中，整個工藝過程必須嚴格控制，把控好關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，具體包括以下幾點：

（1）機組上料焊接。（2）酸清洗。清（3）堿液清洗。（4）退火。（5）熱鍍鋅。（6）機組下卷。

3熱鍍鋅生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 總體方案設(shè)計

本文設(shè)計的熱鍍鋅生產(chǎn)線控制系統(tǒng)以西門子S7-400系列PLC為主控核心，配合一套HMI生產(chǎn)操作畫面以及一套WinCC監(jiān)控服務器機。操作者通過現(xiàn)場的HMI操作畫面向PLC發(fā)送控制指令或查看控制參數(shù)，從而實現(xiàn)對熱鍍鋅生產(chǎn)線的控制?？刂茖ο蟀ㄉa(chǎn)線上的酸堿清洗段、退火爐、熱水清洗機、熱鍍鋅鍋、助鍍設(shè)備、光整機等，這些設(shè)備的啟動、運行和停止均由PLC進行統(tǒng)一控制，開卷、卷取工序的開卷、卷取機由于需要進行精密轉(zhuǎn)速控制，因此還需要另外引入變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速。WinCC服務器則可以完成各種生產(chǎn)操作及管理工作，例如報表的生動生成、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與查詢等等。

3.2溫度控制系統(tǒng)

在熱鍍鋅生產(chǎn)線中，大量設(shè)備都是基于溫度控制原理而工作的，因此溫度控制成為整個生產(chǎn)工藝的首要控制任務。PLC需要統(tǒng)一完成對退火爐、鍍鋅鋅鍋和鍍鋅鋁合金爐等設(shè)備的精密溫度檢測與調(diào)節(jié)，保證鍍鋅產(chǎn)品符合相關(guān)標準要求。熱鍍鋅生產(chǎn)線溫度控制系統(tǒng)如圖1所示。

退火爐的加熱是通過現(xiàn)場煤氣加熱器的加熱來實現(xiàn)的，由于加熱器以均勻的狀態(tài)分布，因此整個爐膛溫度也呈相對均勻的分布。PLC控制溫度傳感器以一定的頻率對爐膛溫度進行檢測，當發(fā)現(xiàn)溫度低于參考設(shè)定值時，立即接通接觸器回路給煤氣開關(guān)閥門通電，使爐膛溫度逐漸升高?？紤]到退火工藝對溫度的控制精度極高，僅通過接觸器對溫度進行控制是遠遠不能滿足要求的，因此本文還采用了可控硅器件實現(xiàn)精密溫度調(diào)節(jié)。PLC僅需向可控硅器件施加4-20mA的電流信號即可實現(xiàn)對溫度的精細控制。由于氧氣的比例也對退火工藝有較大影響，因此還通過氧氣傳感器件對爐膛內(nèi)的氧含量進行動態(tài)檢測。退火爐與鍍鋅鍋的溫度控制與此原理相似。

3.3 卷取控制系統(tǒng)

卷取工藝是通過卷取機組的旋轉(zhuǎn)來完成的，它位于整條鍍鋅生產(chǎn)線的末端。為了對機組的運行速度進行控制，本文采用目前使用最廣泛的變頻調(diào)整技術(shù)，在PLC的控制下，由西門子6SE系列變頻器完成對卷取機組的轉(zhuǎn)速控制。熱鍍鋅生產(chǎn)線卷取控制系統(tǒng)如圖2所示。

卷取機可以把自身的轉(zhuǎn)動變換為汽車板和家電板的卷取運動，并且兩種運行形式的速度之間有著特定的換算關(guān)系。因此可以采用接近開關(guān)對卷取機的轉(zhuǎn)動速度進行測量，轉(zhuǎn)換為電信號后傳給PLC，進而換算出汽車板和家電板的實時進給速度，并對其進行計米。PLC可以根據(jù)預定的參數(shù)對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，保證整條生產(chǎn)線的運轉(zhuǎn)速度始終保持在最佳狀態(tài)。為了使產(chǎn)品長度可以得到精確控制，可利用接卷小車對產(chǎn)品進行臨時儲存，通過電磁閥來控制卷取機進行周期性工作。

3.4人機交互系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中，生產(chǎn)線的操作人員可以通過HMI操作畫面與PLC進行交互，實時查看退火爐、鍍鋅鋅鍋的溫度，還可以根據(jù)工藝需要對各項控制參數(shù)進行修改。PLC的控制狀態(tài)和檢測到的信號參數(shù)將在HMI操作畫面上實時顯示出來，并在后臺與預設(shè)的參考值進行對比，一旦超出閾值，將發(fā)生報警信號，提醒操作人員及時處理。如果監(jiān)測到嚴重的事故，PLC將自動停止整條生產(chǎn)線的運行，并持續(xù)發(fā)出聲光報警，避免造成設(shè)備的損壞和人員的傷亡。人機交互功能的實現(xiàn)為操作者與PLC控制系統(tǒng)的搭起了溝通的橋梁，是現(xiàn)場管理的重要工具。

3.5數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

熱鍍鋅生產(chǎn)線中涉及到大量的數(shù)量，包括硬件控制參數(shù)、報警閾值、傳感器計數(shù)、生產(chǎn)管理信息等等。這些數(shù)據(jù)必須在高效的組織下才能發(fā)揮其作用，為實時監(jiān)控和后期的生產(chǎn)優(yōu)化提供服務。本系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)和控制信號由PLC進行統(tǒng)一處理，并將所有參數(shù)上傳到WinCC服務器，并最終科存儲在PDA數(shù)據(jù)庫中，由WinCC服務器實現(xiàn)存儲、讀取、查詢、修改、刪除、統(tǒng)計分析、報表生成等功能。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)在本鋼浦項冷軋公司進行了為期三個月的試運行，期間系統(tǒng)運行穩(wěn)定、各設(shè)備動作準備到位、溫度控制精度符合行業(yè)標準、未出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象。系統(tǒng)的應用使生產(chǎn)線的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性大大提高。隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，各種材料鍍鋅的需求將越來越多，熱鍍鋅作為當前最流行的鍍鋅工藝，結(jié)合PLC控制技術(shù)進行綜合應用，可以發(fā)揮出巨大的作用，有著廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]黃躍娟， 周爽， 肖葳. PLC在鍍鋅生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應用[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版）， 2017（16）.

[2]張立超. 基于PLC的熱鍍鋅生產(chǎn)線及變頻器控制系統(tǒng)探討[J]. 中國標準化， 2018（8）.

[3]陳德升. PLC技術(shù)在熱鍍鋅生產(chǎn)線控制中的應用[J]. 工程技術(shù)：文摘版：00318-00318.

作者簡介：

趙闖（1990-）男，漢族，山東省諸城，本鋼浦項冷軋薄板有限責任公司，助理工程師，主要從事工作：熱鍍鋅生產(chǎn)線點檢員.