PLC在電鍍生產線自動行車控制中的應用

摘要：電鍍生產線的行車控制是生產實現自動化的核心環節，行車控制系統的水平可以反映一個電鍍生產線的生產控制水平。但在多鍍種電鍍生產的需求下，電鍍行車系統的控制變得更加復雜，因此有必要對其控制系統進行深入研究。本文設計了一款以西門子PLC為控制核心的電鍍生產線自動行車控制系統，并對電機控制環節進行了詳細分析，以此闡明PLC在當前電鍍生產線行車控制中的應用。

關鍵詞：PLC；電鍍生產線；行車控制；電機拖動

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工藝，電鍍要求制件表面的鍍層均勻、致密、結合良好。在電鍍行業中，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高質量電鍍，并且具有很好的防腐蝕特性，已廣泛應用于各種鋼鐵件的保護和裝飾領域之中。電鍍生產線的行車控制是電鍍自動化生產的關鍵技術，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設備，它負責將待鍍產品運送至電鍍生產線的相應工位，并控制其運行方式，以完成電鍍過程[1]。首先，在電鍍生產線的準備工位，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，行車系統接收到啟動信號后會自動運行，并按預定程序逐段前進，每到達一個槽位時，PLC會將當前槽號與程序預設的陽極板開啟狀態進行對比，如果一致，電鍍正常，開始電鍍，根據不同產品要求PLC自動控制帶鋼運行速度，繼續向前逐段推進，如此反復，直到完成所有電鍍工藝。到達生產線末端后，行車系統會自動穿帶下卷，同時發出聲光報警信號，提醒工人下卷操作。卸卷完成后，行車系統會自動進行生產，等待上料，開始下一批次的電鍍操作。

行車系統中的電機分為轉速和轉矩兩種控制形式，轉速可以控制電機的運行，負責運送鋼板，轉矩控制則可以進行張力控制，負責對現場張力進行調整，轉速控制和轉矩控制分別采用不同的三相交流變頻電機M1、M2等進行運動控制，另外還需要額外增加一些伺服電機M3等進行控制，每個槽位的相應傳動側都安裝了一個安全開關，防治行車中發生安全事故。系統對行車運動控制的精度要求十分嚴格，否則帶鋼將無法準確的進行電鍍[2]。

2、基于PLC的電鍍行車控制系統

為了實現電鍍鋅生產線行車系統的自動控制，本文采用了西門子的S7—400PLC作為系統主控核心單元，負責對整個行車系統的整體控制，PLC與服務器HMI操作畫面共同構成了一個網絡化、智能化、自動化的行車控制系統。自動化行車要求系統具備較高的通信能力和遠程控制能力，西門子FM458模塊由于配有PROFIBUS DP接口，用于連接分布式I/O和傳動設備；可通過擴展模塊進行模塊化組態，用于進行I/O擴展和通訊，用于在SIMATIC S7-400中進行高性能和可自由組態的控制任務，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、總結控制方案設計

本文設計的PLC電鍍行車控制系統以PLC為主控核心，以行車電機、變頻器裝置、中間繼電器、接近開頭、安全系統等外圍設備組成，在PLC的控制下共同完成行車的自動控制，同時具備手操設置功能，可以進行參數控制與修改，自動控制與手動控制模式的切換。其總體結構如圖1所示。

在本系統中，PLC是整個系統的控制核心，負責對所有外圍設備進行統一的調度與協調，可以對各限位開關的狀態進行實時采集，實現對行車的啟動、運行與停止控制。限位開關的功能由接近開關和擋鐵共同實現，擋鐵安裝在各個電鍍槽的行走方向的傳動側，接近開關隨著行車向前移動，當運動到某個電鍍槽某位置時，由于擋鐵的存在，接近開關會感應到一個信號脈沖，該信號被PLC采集之后，如果程序中已預定了在該位置電鍍鋅，則會控制繼電器吸附，行車進入電鍍槽內，執行電鍍操作。同時PLC內部執行循環控制，當帶鋼經過第一個電鍍槽后，行車控制電機繼續啟動，繼續將帶鋼運送至下一個電鍍槽工位，如此反復，直到到達最后的第十八個電鍍工位。考慮到電機在啟動初期、電鍍前期以及運行電鍍中期對行車速度有不同的控制要求，這就需要對電機的轉速和轉向進行控制，因此本文采用了可控硅器件完成對電機的調整控制。在整個電鍍過程中，行車系統的位置和電鍍狀態都會被實時發送到服務器HMI操作畫面上，并由值班人員實時監控系統運行情況。

2.2、交流電機調速方案設計

電機是行車的驅動機構，因此對行車的控制實際上就是對電機的控制，因此電機控制是整個行車控制系統的重要組成部分。本文設計的行車控制系統一共有M1、M2、M3三個系列電機，采用交流電三相拖動，分別用于控制行車的速度、帶鋼張力和伺服運動，電機的正轉和反轉可以實現左和右、前和后、升和降的方向切換。電機的控制充分應用了可控硅器件可高性能和高穩定性特定，使電機的控制更加方便快捷。左右調節伺服電機M3系列受KM1和KM2兩個系列接觸器控制，前后運動電機M1系列受KM3和KM4兩個系列接觸器控制，張力調節電機M2系列受KM5和KM6兩個系列接觸器控制。

在提升電機精準控制方面，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）專門用于電機的能耗制動，同時配合磁鐵抱閘制動機制，如果在行車正常運行過程中由于某種原因導致升速電機突然失電，此時抱閘制動系統會快速響應，防止帶鋼在電鍍槽內斷開而引發事故，顯然這些措施使電機在前進、升降和停止運作更加及時，更加安全；另外還在各鍍槽傳動側位置安裝了行程開關（SQ1-SQ14），使帶鋼的位置可以實現足夠精度的位置控制。

電機調速的實現關鍵在于可控硅的控制，在本文電機控制系統中，本文將一個三相反并聯晶閘管串入了電機轉子回路，一旦晶閘管的導通角發生變化，定子電壓將迅速跟隨這種變化趨勢，使電機的轉速得以改變。為了避免電機因電源不穩而造成轉速不均勻，系統中還采用了相位鎖定環對可控硅進行了調節，緩沖電源波動的不利影響。同時，為了適應生產線中的一次待鍍鋼板規格和重量的不同，系統還充分利用了可控硅觸發動態時間和振幅瞬變削波電路來動態調整其帶負載能力，使其對于不同類型的電鍍生產線和電鍍鋼板都有著靈活的適用性。

3、結語

電鍍在鋼鐵生產中有著重要的地位，是鋼鐵產品實現高效應用、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展機遇，而行車控制作為電鍍生產線實現自動化生產的核心，也將受到業內人士的高度關注。

參考文獻

[1]明鑫，韋忠善，盧丹萍.嵌入式電鍍行車控制系統的設計與實現[J].電鍍與環保，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設計[J].中國機械，2014（15）：72-72.

作者簡介：

王良笑，女，出生1991年5月31日，漢族，籍貫：山東省濟南市，工作單位：本鋼浦項冷軋薄板有限責任公司，職稱：助理工程師，主要從事工作：電鍍鋅生產線點檢員