摘 要：通過對安鋼260機(jī)組冷床控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，采用先進(jìn)的控制方案和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對安鋼一軋廠260機(jī)組冷床自動(dòng)化系統(tǒng)的自主研發(fā)投用，不僅大大降低了現(xiàn)場操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且為機(jī)組的生產(chǎn)提供了安全可靠的控制系統(tǒng)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：冷床；控制系統(tǒng)；改造

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

1 設(shè)計(jì)開發(fā)

1.1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述

安鋼260機(jī)組改造前，冷床控制系統(tǒng)用的是GE90-30控制器，系統(tǒng)屬于淘汰產(chǎn)品，備件無法組織，此次改造將冷床區(qū)電控系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造：將原有的冷床傳動(dòng)控制系統(tǒng)GE90-30控制器更新設(shè)計(jì)為SIEMENS S7-300系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用德國西門子公司S7 300系列PLC組成冷床控制系統(tǒng)，包括上、下卸鋼、冷床同步等控制分站，通過Profibus DP網(wǎng)和以太網(wǎng)將PLC控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程I/O站及變頻器、現(xiàn)場儀表、設(shè)備控制站等共同組成控制系統(tǒng)。

1.1.1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、確保先進(jìn)性、實(shí)用性、安全性與可擴(kuò)展性相結(jié)合的原則進(jìn)行冷床與精整自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)備和系統(tǒng)的選型根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用實(shí)際進(jìn)行綜合性考慮。

1.1.2 控制系統(tǒng)監(jiān)控范圍

自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)視的工藝流程包括：

（1）上卸鋼系統(tǒng)；

（2）下卸鋼系統(tǒng)；

（3）移動(dòng)臺(tái)架系統(tǒng)；

（4）冷床系統(tǒng)。

1.2 冷床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)由ethernet以太網(wǎng)及現(xiàn)場profibus總線網(wǎng)構(gòu)成。ethernet網(wǎng)用于各PLC主站之間與監(jiān)控畫面以及PLC主站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)用于PLC主站與遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)以及傳動(dòng)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性、兼容性，使系統(tǒng)能與不同供貨商的設(shè)備實(shí)現(xiàn)友好無縫鏈接及協(xié)同。

2 控制系統(tǒng)選型方案的研究

在深入了解生產(chǎn)過程狀況、分析工藝控制要求及當(dāng)前工作環(huán)境、總結(jié)以往項(xiàng)目控制系統(tǒng)改造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)查研究，分析論證，從安全可靠性、實(shí)用性、合理性、經(jīng)濟(jì)性、等方面分析，確定260機(jī)組冷床控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)及任務(wù)，形成最終控制系統(tǒng)總體方案。

控制系統(tǒng)選型及配置。結(jié)合安鋼一軋廠260機(jī)組冷床生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)，借鑒兄弟單位同類機(jī)組設(shè)備改造經(jīng)驗(yàn)和安鋼技術(shù)儲(chǔ)備實(shí)際，確定控制系統(tǒng)采用目前國內(nèi)使用較多、性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大的西門子S7 -300系列PLC控制系統(tǒng)。

根據(jù)各個(gè)控制站控制功能要求，控制系統(tǒng)均采用315P系列CPU產(chǎn)品，同時(shí)按照工藝要求配置標(biāo)數(shù)字量輸入/輸出模塊、點(diǎn)模擬量輸出模塊。所有數(shù)字量輸出信號(hào)均配以光電隔離，采用配電器對兩線制4～20mA輸入信號(hào)供電，同時(shí)起信號(hào)隔離作用?？刂葡到y(tǒng)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(tǒng)的ET200遠(yuǎn)程站通過PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)對控制系統(tǒng)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的拓展，實(shí)現(xiàn)分布式控制。

3 設(shè)計(jì)控制方案及主要控制功能

S7-300系列控制系統(tǒng)通過Profibus DP總線網(wǎng)絡(luò)與其所帶I/O站及現(xiàn)場設(shè)備連接和通訊，并按系統(tǒng)要求完成各自的功能。

3.1 數(shù)據(jù)采集與顯示

將整個(gè)冷床控制系統(tǒng)的參數(shù)如壓力、溫度、位置信號(hào)、電機(jī)工作狀態(tài)、變頻器工作頻率等所有模擬輸入量和開關(guān)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(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)

冷床自動(dòng)控制系統(tǒng)是建立在與前段生產(chǎn)工序——軋機(jī)和飛剪動(dòng)作連鎖基礎(chǔ)上的。按工序從裙板→→冷床本體→→收集鏈→→移鋼小車?？刂扑枷胫饕潜ＷC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(jì)算，為后序精整打包作基礎(chǔ)。

上卸鋼裙板主要是將輥道上的棒材由飛剪切出后，準(zhǔn)確地碼送到冷床上，它的控制主要由飛剪剪切至裙板的時(shí)間及尾鋼至裙板時(shí)間共同確定的，設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)主要是依據(jù)輥道上的光接近開關(guān)及飛剪的剪切動(dòng)作來判斷及設(shè)定時(shí)間，動(dòng)作周期可以自動(dòng)根據(jù)前段工序自動(dòng)循環(huán)，手動(dòng)單循環(huán)實(shí)現(xiàn)一次從高位到低位再到高位的循環(huán)，手動(dòng)單動(dòng)選擇可以根據(jù)當(dāng)前的位置從高位到低位、低位到中位、中位到高位單獨(dú)動(dòng)作。飛剪剪切至裙板的時(shí)間設(shè)定，依據(jù)輸送輥道的速度及剪切運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行計(jì)算得出，尾鋼至裙板時(shí)間是依據(jù)輥道上的光接近開關(guān)及尾鋼信號(hào)得出，根據(jù)飛剪動(dòng)作信號(hào)及尾鋼信號(hào)的判斷發(fā)生，當(dāng)設(shè)定的時(shí)間到達(dá)時(shí)，裙板動(dòng)作一周期。然后發(fā)出信號(hào)使冷床開始動(dòng)作，完成上卸鋼動(dòng)作。

冷床控制主要是運(yùn)動(dòng)同步控制，主、副兩臺(tái)冷床機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)沒有采用鋼性連接，需要在兩臺(tái)直流驅(qū)動(dòng)器上進(jìn)行電氣同步，所以要求對冷床的啟動(dòng)—運(yùn)行—停止四個(gè)過程要求必須平穩(wěn)，不能有較大的沖擊，停止的位置要準(zhǔn)確、可靠。由于兩臺(tái)冷床機(jī)械原因，采用軟同步無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步，在本次設(shè)計(jì)中，與普遍應(yīng)用的方法不同的是對輸入兩個(gè)控制字通過粗調(diào)與細(xì)調(diào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)冷床的調(diào)速，達(dá)到主、副冷床的同步 。粗調(diào)時(shí)，將兩個(gè)同樣的速度控制參數(shù)寫入，然后再通過細(xì)調(diào)，對兩臺(tái)冷床的速度分別進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)速度的同步控制。

在冷床的起動(dòng)、加速、停止控制中，設(shè)計(jì)中采用了兩臺(tái)冷床各采用了兩套接近開關(guān)：起始位和加速位。起始位既控制冷床初始位，又做停止位，實(shí)現(xiàn)冷床的啟動(dòng)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(dòng)控制，使兩臺(tái)冷床可以單獨(dú)進(jìn)行周期性動(dòng)作或者動(dòng)作1個(gè)周期，也可以進(jìn)行兩臺(tái)冷床的聯(lián)動(dòng)。在聯(lián)動(dòng)的基礎(chǔ)上，設(shè)置了單動(dòng)單步。為了冷床的安全運(yùn)行，設(shè)置了與飛剪動(dòng)作的聯(lián)鎖動(dòng)作，飛剪動(dòng)作時(shí)，冷床結(jié)束聯(lián)動(dòng)。

4 結(jié)論

安鋼第一軋鋼廠260機(jī)組冷床自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，自動(dòng)化水平高，操作簡便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)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(dòng)化。