大盘卷电气自动控制系统设计方案

　　下面文章详细介绍了攀钢集团江油长城特殊钢有限公司棒线材厂新增大盘卷项目的自动控制系统，包括工艺流程、系统组成、卷取区设备的控制功能等。目前该系统已热负荷试车成功，运行稳定、自动化程度高。

　　关键词:大盘卷,PLC,卷取机

　　本系统是攀钢集团江油长城特殊钢有限公司(攀长特)棒线材连轧生产线新增大盘卷工程，卷取区新增在冷床区出口，卷取区在整个生产线的地位是至关重要的，这个区域自动化水平的高低，直接关系到车间的产量和产品的质量。本文以2017年12月投产的卷取区为例，介绍其自动控制系统及卷取区设备的主要功能。

　　本自动控制系统是由电气传动控制系统、基础自动化控制系统(L1)以及两类通信网络组成的

　　并行运算、集中管理、分散控制、资源共享的分布式控制系统。

　　1控制工艺

　　盘卷区主要包含飞剪、夹送辊及转辙器、卷取前夹送辊、活动导槽、螺旋管、加勒特卷取机、卸卷机、升降机、辊床、液压润滑等设备。

　　2控制系统设计

　　据卷取区生产工艺需要，系统采用可编程控制器PLC(采用Siemens公司S7系列PLC)，CPU

　　型号为CPU416-3PN/DP，针对基于Profibus网络通信的全数字变频装置而设计的全数字化控制系统。基础自动化系统与传动系统之间完全通过网络交换信息;控制信息和系统状态信息通过监控网(Ethernet)和分布式I/O网(Profibus)交换。

　　远程I/O系统选用西门子ET200M系列产品，开关量输入输出模块选用32点DI/DO模块。接口模块选用IM153-4，用于与现场总线的连接。设置3套人机监控接口系统。

　　PLC控制系统编程软件选用SiemensStep7V5.5SP3。HMI系统操作软件采用Windows7。人机接口监控系统编程软件选用SiemensWinCC7.3，通过该软件实现对区域设备的组态、数据采集和处理、以及与PLC的数据通信，从而实现对设备的控制、监视、报警、记录等功能。

　　3控制功能及控制方式

　　盘卷区主要控制功能如下:

　　(1)卷取前夹送辊控制

　　卷取前夹送辊位于活动导槽末端，主要用于保证连轧区的来料速度恒定，以保证稳定卷取，从而取得理想的卷形，生产过程中采取全程夹送模式。

　　夹送辊夹送过程:钢的尾部脱离上游机架前夹送辊以设定的超前率运行，此时对转矩进行限幅;钢的尾部一旦脱离上游机架，夹送辊按级联速度运行(不带超前率)，并且打开转矩限幅，实现夹送功能。当生产大规格的时候，由于钢卷较重，钢卷离开上游轧机后和卷取机具有同步加速功能，以确保盘卷尾段顺利进入卷取机。

　　(2)活动导槽和螺旋管控制

　　活动导槽起到支撑夹送辊的作用，将棒料导入升降螺旋管中，接钢时跟随螺旋管同步升降。升降螺旋管，主要对棒料进行预弯，并随转桶内钢的高度上升而上升，起到优化卷形的作用。活动导槽和升降螺旋管在正常过钢时处于同步模式，升降螺旋管为主，活动导槽跟随升降螺旋管而升降。

　　开始时升降螺旋管位于转桶内，和活动导槽同时在低位，过钢过程中活动导槽跟随升降螺旋管按设定速度上升。当钢的尾部进入转桶内后，导槽和螺旋管迅速上升到高位，螺旋管旋转到离线位，等待转桶内的钢卸走后螺旋管旋转到在线位，活动导槽和升降螺旋管下降至低位，等待下一根钢的到来。

　　两者的同步是该区域的接钢关键，程序中做失步判断，当小范围失步时，落后的设备要启动加速功能，如果失步较大，容易引起堆钢事故时，启动碎断剪进行碎断。

　　(3)加勒特卷取机控制

　　卷取机包括转桶和卷取板两部分，主要完成卷取功能。转桶定位要实现转桶停止后，在卷取板上升过程中，卷取板上的开槽能够通过卸卷装置伸出的3个拖臂，满足定位精度在±1°。转桶速度给定:为了改善卷形，在集卷过程中转桶的速度要按照一定的三角波进行周期性振荡(如图3所示)。在HMI上设定振荡的高速和低速，程序根据该品种钢的直径和出口机架速度，产生对应的三角波，将速度指令传给变频装置。在HMI上可以设定T1为加速减速时间、T2为最小速度等待时间、T3为最大速度等待时间。

　　(4)卸卷机控制

　　卸卷装置的作用在于将卷取板上的盘卷移送到升降机位置进行卸钢。卸卷装置有2个工位:取卷位、卸卷位(升降机位)，升降机位为0°，取卷位为115°。

　　卸卷装置在底部有托臂，卸卷时，卸卷装置位于卷取机上方卷取板上升，将卷托至卸卷装置内，卸卷装置的托臂伸出将卷托住，等卷取板下降后，卸卷装置旋转至卸卷位，将卷放在升降机上。

　　(5)升降机

　　升降机用于将盘卷从卷装置上移送到辊床。升降机一共有3个工作位置:接卷位、卸卷位和等待位。

　　升降机在等待位等到卸卷机运卷到升降机正上方时，升降机上升至接卷位接卷，下降到辊床卸卷。待钢卷离开后，上升到等待位进行下一个卸卷周期。

　　(6)升降及输送辊床控制

　　升降及输送辊床的作用是将钢卷输送到PF线。钢卷落到辊床上之后，匀速向PF线方向移动，由于后区与盘卷区的高度不一致，所以通过升降功能，上升后继续移动，一直到PF线为止。

　　4结束语

　　2017年12月，攀钢集团江油长城特殊钢有限公司棒线材连轧生产线新增大盘卷工程顺利通过了热负荷试车。该工程卷取区PLC控制系统设计合理，应用效果很好，为国内大盘卷生产线的系统设计提供了有益的参考。

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