PLC系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線自動(dòng)控制中的應(yīng)用

王超

[摘 ? ?要]近年來，世界鋼鐵工藝在不斷的變革升級(jí)，在其行業(yè)發(fā)展過程之中，冷軋生產(chǎn)線、整卷鋼板的開卷、剪裁、再卷工作，都會(huì)對(duì)操作人員帶來一定的危險(xiǎn)。現(xiàn)階段軋鋼生產(chǎn)線機(jī)械操控框架已經(jīng)向著自動(dòng)控制的方向轉(zhuǎn)變。對(duì)軋鋼生產(chǎn)線自動(dòng)控制中，PLC系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用對(duì)生產(chǎn)效率以及工作人員的安全保障進(jìn)行探討，并且介紹PLC系統(tǒng)生產(chǎn)機(jī)械的理論知識(shí)以及具體操作辦法，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線路的監(jiān)測(cè)以及保護(hù)工作，對(duì)其中阻礙問題進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]PLC系統(tǒng);軋鋼生產(chǎn)線;自動(dòng)控制

[中圖分類號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）01–00–03

[Abstract]In recent years， the world steel process is constantly changing and upgrading. In the process of its industry development， the uncoiling， cutting and rewinding of cold rolling production line and whole coil of steel plate will bring certain risks to operators. At present， the mechanical control framework of steel rolling production line has changed to the direction of automatic control. Aiming at the application of PLC system technology in the automatic control of steel rolling production line， this paper discusses the production efficiency and the safety guarantee of staff， introduces the theoretical knowledge and specific operation methods of PLC system production machinery， realizes the monitoring and protection of production line combined with the monitoring system， and analyzes the obstacles.

[Keywords]PLC system; steel rolling production line; auto-control

鋼鐵工藝生產(chǎn)過程中，離不開流水線的操控，軋鋼生產(chǎn)線路中，需要將系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性都進(jìn)行充分的考慮，因此需要借助自動(dòng)化的電氣控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的操控。軋鋼生產(chǎn)設(shè)備中包括出鋼機(jī)、液壓升降機(jī)、液鋼機(jī)以及液壓提升機(jī)等一系列的流程部件。在軋鋼生產(chǎn)過程中，任意一臺(tái)冶金設(shè)備都兼具使用功能以及經(jīng)濟(jì)性和可靠性功能。出鋼機(jī)的使用功能是基于電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)大、小車水平運(yùn)動(dòng)以及液壓提升機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)的科學(xué)控制。水平驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要利用交流變頻的方式進(jìn)行傳動(dòng)，而提升機(jī)的垂直運(yùn)動(dòng)主要是借助液壓缸帶動(dòng)L形鉤的辦法而開展工作的。雖然出鋼機(jī)在軋鋼生產(chǎn)線之中職能起到一定的輔助作用，但是卻對(duì)軋鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)起到十分重要的影響，如果鋼機(jī)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)一些問題，那么軋機(jī)的生產(chǎn)線會(huì)被影響。因此在軋機(jī)電氣控制系統(tǒng)之中，鋼機(jī)需要確保能夠進(jìn)行正常的驅(qū)動(dòng)、精準(zhǔn)的定位以及穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 軋鋼工藝的生產(chǎn)流程

現(xiàn)階段，我國(guó)的軋鋼生產(chǎn)車間中，工業(yè)生產(chǎn)中比較常見的原料為熱軋帶鋼，其需要進(jìn)行酸洗流水生產(chǎn)線，在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程中，熱軋帶鋼表面常常會(huì)存在一層較厚的氧化鐵皮，該氧化鐵皮形成的原因是熱軋帶鋼在車間軋制以及冷卻的過程中形成的。為了有效避免此種問題的產(chǎn)生，將熱軋帶鋼放置到酸洗流水生產(chǎn)線之中，可以確保在其冷卻之間實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化鐵皮的去除工作，這樣能夠確保實(shí)現(xiàn)干凈以及新鮮的熱軋帶鋼基體金屬表層的外漏。

除此之外，從整個(gè)軋鋼的生產(chǎn)流水線出發(fā)，冷軋流水線的生產(chǎn)安全性以及生產(chǎn)技術(shù)工藝要求相對(duì)于其他工藝制造的要求更為嚴(yán)格。在其鍛制過程中，不僅需要應(yīng)用上述工藝，而且軋鋼生產(chǎn)車間內(nèi)部全部的技術(shù)操作人員都需要做好一系列的檢查工作，比如系統(tǒng)檢測(cè)、參數(shù)預(yù)設(shè)、設(shè)備調(diào)試、工業(yè)設(shè)備潤(rùn)滑、設(shè)備清洗、設(shè)備手動(dòng)狀在和設(shè)備系統(tǒng)故障等。只有將這些復(fù)雜的核查工作結(jié)束以后，才能夠在一定程度上保障軋鋼的生產(chǎn)安全以及合理運(yùn)行。其中在軋鋼生產(chǎn)流水線之中，還存在著帶鋼開卷、帶鋼再卷和噴射乳酸液等一系列的操作步驟，因此在工作人員開展對(duì)這些軋鋼步驟操作的過程中，常常會(huì)面臨著光線輻射、機(jī)器碾壓、灼傷、切割、碰撞、纏繞、沖擊等一系列的工業(yè)生產(chǎn)傷害，對(duì)工人的人身安全造成一定的危害。受到工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)條件的限制，一塊板坯經(jīng)過粗軋機(jī)軋制的有效時(shí)間一般在30～60s?；诖?，需要充分保障出鋼機(jī)與粗軋機(jī)的生產(chǎn)以及制坯效率的協(xié)調(diào)性，自我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展以來，自動(dòng)化技術(shù)控制系統(tǒng)的使用，在一定程度上提升了我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量以及有效性，減少對(duì)人力資源的使用，工作人員的工作負(fù)擔(dān)也得到有效的減輕，保障工作人員的工作活力。

2 PLC系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線自動(dòng)控制中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用原理

2.1.1 PLC系統(tǒng)框架

現(xiàn)階段，我國(guó)軋鋼生產(chǎn)線路將工作重心放在可編制控制程序之中，在此過程中系統(tǒng)框架將開放性集散控制作為工作的核心，集散主要分為操控站臺(tái)、CPU機(jī)架以及系統(tǒng)管道三個(gè)部分。從系統(tǒng)配置方面來看，PLC系統(tǒng)主要包含系統(tǒng)軟件配置和系統(tǒng)APP兩個(gè)內(nèi)容，其中系統(tǒng)軟件配置一般是中央服務(wù)處理器以及計(jì)算處理器，將其詳細(xì)的劃分可以分成系統(tǒng)微型處理器、配置處理器以及計(jì)算機(jī)語言執(zhí)行情等內(nèi)容。從系統(tǒng)APP來看，其主要被分成讀寫存儲(chǔ)器、計(jì)算機(jī)語言編制器和網(wǎng)絡(luò)程序編制器等。

2.1.2 系統(tǒng)原理

PLC系統(tǒng)分為生產(chǎn)線路以及非生產(chǎn)線路兩部分的內(nèi)容，也就是說生產(chǎn)線路是系統(tǒng)自動(dòng)控制，既與內(nèi)置服務(wù)處理、通信操控有關(guān)，又和輸入端口、內(nèi)置程序處理以及輸出端口有關(guān);而非生產(chǎn)線就意味著系統(tǒng)不再進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)工作，這時(shí)系統(tǒng)工作的內(nèi)容主要在對(duì)內(nèi)置服務(wù)處理器和通信操控階段的執(zhí)行。

2.2 應(yīng)用過程

2.2.1 內(nèi)置服務(wù)處理階段

PLC系統(tǒng)在使用過程中，需要對(duì)CPU的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，然后對(duì)監(jiān)視定時(shí)器進(jìn)行觀察，確保對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的復(fù)位，以此對(duì)內(nèi)置工作的穩(wěn)定情況進(jìn)行

保障。

2.2.2 通信操控階段

PLC系統(tǒng)主要作用在于對(duì)系統(tǒng)智能通信、編程器端口輸入命令的檢查以及核對(duì)，除此之外，還包括對(duì)更新編程器顯示屏內(nèi)容的及時(shí)更新，如果系統(tǒng)處在非生產(chǎn)線路之中，只需要展開對(duì)編程器內(nèi)容的處理和通信的操控工作就可以。

2.2.3 輸入端口

輸入端口也就是系統(tǒng)輸入采樣，記錄配置服務(wù)器安裝系統(tǒng)的輸入順序、端子通斷的集成輸入以及對(duì)讀取數(shù)據(jù)的保障，確保能夠在第一時(shí)間將讀取出的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到系統(tǒng)寄存器中，然后將寄存器中的映像區(qū)域的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的刷新。

2.2.4 內(nèi)置程序處理

PLC系統(tǒng)根據(jù)順序?qū)嵤?duì)內(nèi)置程序的檢查、處理、集成工作，按照由上至下，由左向右的方式充分檢索寄存器中的映像區(qū)域，并且遵循邏輯的計(jì)算結(jié)果，然后將數(shù)據(jù)重新儲(chǔ)存到寄存器之中。如果系統(tǒng)程序需要跳轉(zhuǎn)，那么就需要檢查該系統(tǒng)程序是否符合調(diào)準(zhǔn)條件，若符合就可以允許其跳轉(zhuǎn)到其他系統(tǒng)地址。

2.2.5 輸出端口

內(nèi)置程序處理完成以后，如果符合寄存器中的節(jié)點(diǎn)需求，需要把它儲(chǔ)存在輸出鎖存器之中，等到輸出刷新階段結(jié)束以后，按照驅(qū)動(dòng)負(fù)載進(jìn)行釋放。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)

2.3.1 監(jiān)控系統(tǒng)畫面的概念

①開發(fā)決策，配置組態(tài)軟件是監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，畫面軟件開發(fā)工作是機(jī)械工程管理系統(tǒng)軟件開發(fā)的重要手段。伴隨我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，硬件設(shè)備不斷更新升級(jí)的同時(shí)，系統(tǒng)軟件也面臨著比較高的要求。②配置組態(tài)軟件，以PLC系統(tǒng)為硬件技術(shù)，在系統(tǒng)操控框架中，將組態(tài)軟件用來對(duì)系統(tǒng)程序開發(fā)環(huán)境的基礎(chǔ)，在此開發(fā)環(huán)境的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)界面、變量以及圖像的研究和分析工作。

2.3.2 系統(tǒng)工藝流程

現(xiàn)階段，PLC系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線中主要與推拉式酸洗線、罩式退火爐堯平整機(jī)、六輥可逆冷軋組有關(guān)，PLC系統(tǒng)的裝備主要是全液壓下、機(jī)組全數(shù)字直流電。

電氣設(shè)備的檢測(cè)以及控制是由以下幾部分的內(nèi)容構(gòu)成：①大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)、包臂升降、大包水口開閉，中間包車行走、對(duì)中、升降、結(jié)晶器振動(dòng)、幀頻調(diào)節(jié)，拉矯機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、拉矯輥壓下，引錠桿上行、回收跟蹤、脫坯以及存放。②鑄坯定尺切割、切割前后輥道、輸送輥道、翻鋼機(jī)以及鑄坯分離機(jī)也包含在PLC的系統(tǒng)之中。③步進(jìn)冷床控制、液壓系統(tǒng)、油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)、干油潤(rùn)滑系統(tǒng)檢測(cè)以及其控制工作，也需要借助PLC系統(tǒng)完成。在電氣檢測(cè)設(shè)備的過程中，主生產(chǎn)線的全部傳動(dòng)設(shè)備都利用了變頻器驅(qū)動(dòng)，連鑄機(jī)從鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)一直到橫向移鋼車等其他一系列的機(jī)械設(shè)備傳送過程中都應(yīng)用了變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所用總數(shù)量大約在100臺(tái)以上。其中變頻器的功率為0.750 5 kW，所有的變頻器經(jīng)過內(nèi)置的通信接口絲線與Remote I/O網(wǎng)絡(luò)的連接，并且實(shí)現(xiàn)了與9個(gè)Remote I/O接口模塊構(gòu)建的9個(gè)Remote I/O網(wǎng)絡(luò)的直接懸掛，并且組成了以Remote I/O網(wǎng)絡(luò)為接口的傳動(dòng)系統(tǒng)。充分分析了Remote I/O網(wǎng)絡(luò)的連接距離以及系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求的需要，可以使用115.2 kbit/s的通信速率。

Remote I/O網(wǎng)絡(luò)是在掃描器的方式下進(jìn)行工作的，PLC處理器根據(jù)Remote I/O網(wǎng)絡(luò)的接口模塊以及遠(yuǎn)程Flex I/O適配器建立了串行的通信連接。Remote I/O網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以直接根據(jù)變頻器的通信接口進(jìn)一步獲得較為直接的數(shù)字化的通信連接。PLC系統(tǒng)根據(jù)組態(tài)的I/O標(biāo)簽，借助通信接口實(shí)現(xiàn)輸入以及輸出數(shù)據(jù)鏈的有效連接。針對(duì)PLC來說，變頻器都被當(dāng)做是一個(gè)具備I/O模塊的遠(yuǎn)程框架，只需要對(duì)這些模塊進(jìn)行讀寫，就可以讓與其相連的變頻器設(shè)備接受命令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制。除此之外，還可以利用從變頻器中讀取的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，然后將數(shù)據(jù)在第一時(shí)間傳送到PLC之中。操作人員就可以通過畫面觀看到主控室操作站顯示器中的數(shù)據(jù)信息，這樣獲取的數(shù)據(jù)更加及時(shí)并且獲得的數(shù)據(jù)內(nèi)容也更加詳細(xì)，確保操作人員能夠直觀地對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。一旦在變頻器出現(xiàn)故障而產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，可以借助對(duì)變頻器的復(fù)位，來減少處理不夠及時(shí)出現(xiàn)的事故問題。連鑄機(jī)的電氣系統(tǒng)能夠?qū)鲃?dòng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)控制，在一定程度上實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)對(duì)變頻器驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字式控制，使用一條通信電纜代替較為復(fù)雜的硬接線，對(duì)比以往對(duì)模擬量以及開關(guān)量的控制來說，在很大限度上使PLC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、精確性以及可靠性得到提升，然后在一定程度上節(jié)約安裝、調(diào)試以及維護(hù)的成本。

根據(jù)操作臺(tái)或者PLC的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器頻率的控制，能夠利用變頻器頻率變化對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、液壓提升機(jī)液壓缸流量進(jìn)行全方位的深度控制，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)大、小車的走行速度以及液壓提升速度的高低進(jìn)行科學(xué)合理的控制。利用變頻調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度控制，這樣能夠?qū)⒋?、小車的水平速度調(diào)節(jié)在1.5～315 mm/s。變頻調(diào)速自動(dòng)系統(tǒng)利用有位置閉環(huán)控制功能的配置對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理的控制，這樣可以確保出鋼機(jī)的L形鉤可以實(shí)現(xiàn)一次性的精準(zhǔn)定位。從可靠性的角度上來看，在其工作過程之中，可以借助一臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制，這樣才能夠在一定程度上保障變頻器的正常運(yùn)行。每臺(tái)變頻器的電動(dòng)機(jī)軸上都會(huì)配備有脈沖編碼器，這種編碼器也被叫做光碼盤。根據(jù)光碼盤的位置反饋，最終形成了位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。

以PLC框架下軋鋼棒材生產(chǎn)線控制系統(tǒng)模塊的分析為例，從總體的角度上出發(fā)，充分發(fā)揮PLC技術(shù)在數(shù)據(jù)分析以及運(yùn)用方面的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上對(duì)現(xiàn)階段軋鋼棒材生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行了合理的優(yōu)化以及升級(jí)，極大限度地滿足軋鋼棒材的生產(chǎn)需求，提升了鋼材的生產(chǎn)效率。在軋鋼棒材生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及優(yōu)化升級(jí)的過程之中，可以借助PLC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及控制系統(tǒng)的研究，確保其工作的可控性以及準(zhǔn)確性。從具體的方向上來看，PLC是軋鋼棒材生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的核心組成內(nèi)容，既能夠?yàn)榭刂葡到y(tǒng)提供模糊算法，又能夠在一定的時(shí)間內(nèi)，精準(zhǔn)獲得軋鋼棒材生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)信息，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與參數(shù)的精準(zhǔn)對(duì)比和分析，以此得到其差值。獲取差值的同時(shí)，可以借助有關(guān)的指令信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)軋鋼棒材生產(chǎn)線的合理控制，提升控制的精準(zhǔn)程度。在PLC控制模塊的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要根據(jù)實(shí)用型以及科學(xué)性的原則，合理對(duì)PLC的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行考察，充分發(fā)揮PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

3 PLC系統(tǒng)操控阻礙

在軋鋼生產(chǎn)線路中，其生產(chǎn)環(huán)境存在一定的問題，電磁波干擾使得程序輸入故障、部件失控以及程序輸出故障的問題時(shí)有發(fā)生，在一定程度上導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性能受到影響，因此在一定程度上需要對(duì)PLC系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行一定的提升。①用PLC系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)線路網(wǎng)絡(luò)、列控以及CTC等進(jìn)行科學(xué)的控制和監(jiān)測(cè);②對(duì)零部件等內(nèi)容進(jìn)行合理的檢查，主要是電腦的硬盤、鼠標(biāo)、鍵盤以及連接部件等內(nèi)容都需要進(jìn)行合理的檢查;③還需要對(duì)系統(tǒng)儲(chǔ)存硬盤的空間進(jìn)行系統(tǒng)化的檢查以及清理工作。

4 結(jié)束語

軋鋼生產(chǎn)工作的內(nèi)容比較復(fù)雜，并且被多種條件所影響，在其生產(chǎn)過程之中，開卷流程、再開卷流程以及鋼鐵澆筑等內(nèi)容，都會(huì)對(duì)鋼鐵質(zhì)量產(chǎn)生十分重要的影響。不僅如此，由于缺乏相關(guān)的管理規(guī)定以及工作人員操作水平和專業(yè)技術(shù)的不足，部件的落后，軋鋼車間的生產(chǎn)線路發(fā)展受到限制?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的融合使鋼鐵產(chǎn)業(yè)獲得快速的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)效率獲得不斷的提升。PLC系統(tǒng)在軋鋼工藝生產(chǎn)中的應(yīng)用，在保障操作人員人身安全的同時(shí)，使軋鋼流程更加有效率，推動(dòng)軋鋼工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。在其發(fā)展過程中，煉鋼工藝面臨著許多的困難，其中連鑄坯的質(zhì)量受到澆鑄條件以及過程狀態(tài)的影響，在其過程中不僅使用現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)工藝，還使用現(xiàn)代化的設(shè)備以及生產(chǎn)技術(shù)。生產(chǎn)工藝具有一定的特點(diǎn)，爐次交接、設(shè)備故障以及操作不穩(wěn)定的問題時(shí)有發(fā)生，在此過程中，生產(chǎn)過程產(chǎn)生一定的波動(dòng)以及異常，在一定程度上影響鑄坯的質(zhì)量。PLC系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線自動(dòng)控制的應(yīng)用，在一定程度上能夠保障生產(chǎn)的效率，使其獲得高效的發(fā)展。

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