精整設備自動化控制淺析

代昀　顏潔

摘 要：隨著時代的發展，人類文明的進步，現代化工業的生產，應該向著節約資源、降低能耗、綠色環保的方向發展。并且產品的種類、精度和數量都應滿足廣大消費者心理和實際的需求。然而，精整設備所生產的產品如何滿足實際需要，取決于它的機械性能和機械制造精度，同時還必須與先進的自動化控制理念和先進的自動化控制設備相結合。為此，我們根據多年來對精整設備的自動化設計和實際應用，探討分析了如何應用可編程控制器、工業網絡和自動化設備組成自動化控制系統，對精整設備進行的自動化控制。

關鍵詞：精整設備；自動控制；工業網絡；可編程控制器

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

一、精整設備的作用與種類

1 精整設備的作用：就是對帶鋼或金屬板材的形狀進行平整度處理，并將這些板材加工成用戶所需要的尺寸和單位重量的合格產品，最后按質量等級進行打印、包裝。

2 精整設備的種類

精整設備按其性能可分為：平整機、橫剪機、縱剪和重卷機、矯直和拉矯機。

二、精整設備的機械組成與工藝流程

在種類繁多的精整設備之中，我們只針對目前應用廣泛的，而且設備工藝比較復雜的橫切機組，進行自動化設計分析和自動化控制分析。橫切機組的工藝設備組成和工藝流程圖如圖1所示。

三、橫切機組自動化控制系統的組成及特點

橫切機組的電氣自動化控制方案、設計、選型和調試根據設備的現場布置和工藝的需要，我們把具體方案劃分為：主傳動部分、交流控制部分、自動化控制和網絡通訊部分以及自動化儀表部分。幾個主要部分具體設計方案如下：

1 主傳動部分

ABB公司ACS800系列變頻調速裝置。該型變頻調節器速裝置具有IGBT功率器件，采用全數字技術。控制器及所有控制功能均有參數設定功能，速度反饋采用脈沖發生器，控制精度高。主回路采用了公共母線的供電方案。整流裝置進線電壓AC380V，經進線電抗進入整流回饋單元。

由車間變壓器引入交流AC380V電源，一是通過整流裝置給直流母線排供電；二是經自耦變壓器并通過回饋裝置連接直流母線排。直流母線排同時給各個調速裝置-逆變器供電，從而調節雙夾送輥、輥矯直機、夾送測量輥、擺動輥道、定尺輥道、輥矯直機、輸送輥道和擺輥的變頻電機轉速，實現了設備運行速度的控制。

2 交流控制部分

由車間變壓器二次引入交流AC380V電源，為剪切機、低壓油站、高壓油站、加熱器、其它設備控制和PLC柜提供所需的動力電源。

3 自動化控制和網絡通訊部分

自動化控制部分，我們采用一臺可編成控制器（PLC）和ET從站以及人機界面（HMI）組成自動化控制系統；網絡通訊部分我們應用德國西門子（SIEMENS）公司分層分級的通訊技術，進行自動化控制和監控。

（1）可編成控制器（PLC）：是自動化控制的基礎和核心。之所以應用西門子公司可編成控制器SIMATIC S7-400，因為它具很多優點，如：CPU中央處理器功能強大，可擴展多種功能模塊；選用ET模塊可建立從站，對多點分散I/O進行收集和控制；通過選用功能模塊，能非常方便的實現模擬量輸入/輸出模塊之間的轉換；PROFIBUS現場總線“開放”式的通信接口，能接納不同廠家制造生產的分散I/O裝置和現場設備；采用正確的網絡通訊，可實現現場智能信號裝置、調節裝置和人機界面與可編程邏輯控制器（PLC）之間的數據傳輸。特別是PLC SIMATIC S7-400的系統軟件的應用，對完成硬件組態，程序編制、調試、監視、文檔資料處理和系統診斷等工作，起到了決定性作用。觸摸屏作為——人機界面（HMI）的應用，它不但取代了原始的按鈕，更主要的是能夠實現系統參數設置和現場設備運行的監控，從而給設備維修人員快速解決現場設備故障和維護提供了方便。

（2）網絡通訊：我們選用工業企業的通訊網絡模式，它可劃分為三級：工廠級Ethernet、車間級PROFIBUS-FMS和現場級PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。

①工廠級Ethernet以太網通訊：工業以太網是目前控制領域研究和應用網絡。工業以太網可用于設計功能強大的過程通訊網絡，優點在于利用交換技術、全雙工和自適應技術一起使用，并可靈活的選擇網絡性能和數據傳輸率。另外，以太網還可以基于因特網技術，提供世界聯網的解決方案。

②車間級PROFIBUS-FMS：是用于實現車間監控和通訊任務的紐帶。同時還完成可編程序控制器PLC、PC機和Ethernet之間需要的數據傳送任務。

③現場級PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA通訊

（a）PROFIBUS-DP：是全球總線國際標準，可提供功能強大的過程和現場通訊。它開放的現場總線特性，適用于現場層的高速數據傳送。PROFIBUS-DP在這一級，可以將較低層的分布式I/O等數據聯網到中高層。其傳輸特點：響應時間短，抗干擾性強。

（b）PROFIBUS-PA：是一種用于分散式自動控制系統和現場設備的通訊系統，它以PROFIBUS-DP為基礎，覆蓋過程自動化的整個過程。適用于不同種類的現場設備之間的相互操作能力。PROFIBUS-PA現場總線通過轉換器件可連接傳輸到PROFIBUS-DP系統網絡中。

④檢測元件與自動化儀表：檢測元件和自動化儀表的選擇，對橫切機組的剪切精度和運行速度起決定作用。為此如：編碼器、光電開關、接近開關和低壓電器等產品，一定選擇國內外產優質品牌產品。

四、調試過程

1 橫切機組單臺設備分別進行手動和自動調試運行

本著操作簡單、使用方便的原則，我們讓全線各臺設備可以單動、 也可以全線聯動。機組的工作速度可在主控操作臺上的人機界面（HMI）上設定，由現場總線PROFIBUS-DP將控制信息傳至PLC，通過PLC控制逆變器驅動變頻電機，以滿足生產要求。

2 自動剪切調整

根據工藝要求設定定尺長度，機組進入自動狀態， PLC根據所測鋼板長度，控制夾送測量輥的運行和剪機的剪切，以達到定尺剪切的目的。所有工藝參數的設定顯示均由HMI完成。

3 剪切機剪切速度調整

橫切機組設備之中，剪切機對鋼板切口質量和鋼板剪切速度起決定作用。通過遠程I/O和PROFIBUS-DP現場總線和PLC控制，使得剪切機在工作時的剪切力、 剪切工作速度和返程速度，都能滿足工藝要求，從而為提高產品的質量帶來保障。

結語

在精整設備自動化控制開發、設計和生產過程中，我們應用工業網絡通信技術、PLC可編程離散型I/O控制和整流逆變調速技術現結合控制方法，設計完成了對很多精整設備的自動化控制。如：昆明鋼鐵公司的定尺停剪機組；摩洛哥馬格里布鋼鐵公司（Maghreb steel Co.）1725橫切機組；哈東輕重卷機組等。由于采用了先進的設計理念，經現場的調試和使用充分證明，其精整設備自動化控制設計合理、運行可靠，用戶均給予了高度贊揚。

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