安鋼260機組冷床控制系統改進

摘 要：通過對安鋼260機組冷床控制系統進行改進，采用先進的控制方案和控制技術，實現了對安鋼一軋廠260機組冷床自動化系統的自主研發投用，不僅大大降低了現場操作人員的勞動強度，而且為機組的生產提供了安全可靠的控制系統，具有推廣應用價值。

關鍵詞：冷床；控制系統；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.033

1 設計開發

1.1 自動化控制系統概述

安鋼260機組改造前，冷床控制系統用的是GE90-30控制器，系統屬于淘汰產品，備件無法組織，此次改造將冷床區電控系統和PLC控制系統進行升級改造：將原有的冷床傳動控制系統GE90-30控制器更新設計為SIEMENS S7-300系統。

該系統采用德國西門子公司S7 300系列PLC組成冷床控制系統，包括上、下卸鋼、冷床同步等控制分站，通過Profibus DP網和以太網將PLC控制系統、遠程I/O站及變頻器、現場儀表、設備控制站等共同組成控制系統。

1.1.1 自動化控制系統設計原則

本著經濟實用性、確保先進性、實用性、安全性與可擴展性相結合的原則進行冷床與精整自動化控制系統設計。設備和系統的選型根據技術、經濟和使用實際進行綜合性考慮。

1.1.2 控制系統監控范圍

自動控制系統進行控制和監視的工藝流程包括：

（1）上卸鋼系統；

（2）下卸鋼系統；

（3）移動臺架系統；

（4）冷床系統。

1.2 冷床控制系統設計要點

控制系統通訊網絡由ethernet以太網及現場profibus總線網構成。ethernet網用于各PLC主站之間與監控畫面以及PLC主站之間進行數據交換，現場總線網絡用于PLC主站與遠程IO系統以及傳動系統之間進行數據交換。同時，控制系統應具有良好的開放性、兼容性，使系統能與不同供貨商的設備實現友好無縫鏈接及協同。

2 控制系統選型方案的研究

在深入了解生產過程狀況、分析工藝控制要求及當前工作環境、總結以往項目控制系統改造經驗的基礎上，通過調查研究，分析論證，從安全可靠性、實用性、合理性、經濟性、等方面分析，確定260機組冷床控制系統的控制目標及任務，形成最終控制系統總體方案。

控制系統選型及配置。結合安鋼一軋廠260機組冷床生產運行特點，借鑒兄弟單位同類機組設備改造經驗和安鋼技術儲備實際，確定控制系統采用目前國內使用較多、性能穩定、功能強大的西門子S7 -300系列PLC控制系統。

根據各個控制站控制功能要求，控制系統均采用315P系列CPU產品，同時按照工藝要求配置標數字量輸入/輸出模塊、點模擬量輸出模塊。所有數字量輸出信號均配以光電隔離，采用配電器對兩線制4～20mA輸入信號供電，同時起信號隔離作用。控制系統配備不間斷電源（UPS電源）供電，UPS電源具備旁路功能。每套PLC控制系統的ET200遠程站通過PROFIBUS總線網絡對控制系統進行較遠距離的拓展，實現分布式控制。

3 設計控制方案及主要控制功能

S7-300系列控制系統通過Profibus DP總線網絡與其所帶I/O站及現場設備連接和通訊，并按系統要求完成各自的功能。

3.1 數據采集與顯示

將整個冷床控制系統的參數如壓力、溫度、位置信號、電機工作狀態、變頻器工作頻率等所有模擬輸入量和開關量全部集中到中控室顯示并記錄主要模擬量的歷史趨勢。

3.2 冷床控制設計思路與實現

冷床自動控制系統是建立在與前段生產工序——軋機和飛剪動作連鎖基礎上的。按工序從裙板→→冷床本體→→收集鏈→→移鋼小車。控制思想主要是保證鋼材的冷卻及正常輸送，防止亂鋼、飛鋼造成的廢鋼事故。這就要求鋼材的每一步都要精確計算，為后序精整打包作基礎。

上卸鋼裙板主要是將輥道上的棒材由飛剪切出后，準確地碼送到冷床上，它的控制主要由飛剪剪切至裙板的時間及尾鋼至裙板時間共同確定的，設計出發點主要是依據輥道上的光接近開關及飛剪的剪切動作來判斷及設定時間，動作周期可以自動根據前段工序自動循環，手動單循環實現一次從高位到低位再到高位的循環，手動單動選擇可以根據當前的位置從高位到低位、低位到中位、中位到高位單獨動作。飛剪剪切至裙板的時間設定，依據輸送輥道的速度及剪切運動軌跡進行計算得出，尾鋼至裙板時間是依據輥道上的光接近開關及尾鋼信號得出，根據飛剪動作信號及尾鋼信號的判斷發生，當設定的時間到達時，裙板動作一周期。然后發出信號使冷床開始動作，完成上卸鋼動作。

冷床控制主要是運動同步控制，主、副兩臺冷床機械設備設計時沒有采用鋼性連接，需要在兩臺直流驅動器上進行電氣同步，所以要求對冷床的啟動—運行—停止四個過程要求必須平穩，不能有較大的沖擊，停止的位置要準確、可靠。由于兩臺冷床機械原因，采用軟同步無法實現真正意義上的同步，在本次設計中，與普遍應用的方法不同的是對輸入兩個控制字通過粗調與細調相結合，實現兩臺冷床的調速，達到主、副冷床的同步 。粗調時，將兩個同樣的速度控制參數寫入，然后再通過細調，對兩臺冷床的速度分別進行微調，實現速度的同步控制。

在冷床的起動、加速、停止控制中，設計中采用了兩臺冷床各采用了兩套接近開關：起始位和加速位。起始位既控制冷床初始位，又做停止位，實現冷床的啟動和停止，加速位控制速度的升降。在冷床的控制中，采用靈活的手動控制，使兩臺冷床可以單獨進行周期性動作或者動作1個周期，也可以進行兩臺冷床的聯動。在聯動的基礎上，設置了單動單步。為了冷床的安全運行，設置了與飛剪動作的聯鎖動作，飛剪動作時，冷床結束聯動。

4 結論

安鋼第一軋鋼廠260機組冷床自動化控制系統技術先進，自動化水平高，操作簡便，運行穩定可靠，在同行業中處于領先水平，具有較好的推廣應用價值。

作者簡介：畢英軍（1982-），男，河南安陽人，本科，工程師，研究方向：電氣自動化。