摘要：本文簡要介紹了大盤卷生產線的經典工藝和生產設備，在此基礎上對大盤卷生產線自動化控制系統(tǒng)的組成進行了合理劃分，并詳細闡述了各主PLC的功能分工以及各主PLC之間的通訊方式。介紹某鋼鐵公司新建80萬t高線及大盤卷生產線的工藝流程、關鍵設備的技術性能和結構。最后對大盤卷生產自動化控制過程中容易出現的問題給出了行之有效的解決方法。該套自動化控制系統(tǒng)在南昌長力高線廠的大盤卷生產線上得到了很好的應用。

1前言

我國生產線公司以高質量、低價位、優(yōu)服務吸引了廣大新老客戶。但是在我國生產線工業(yè)快速發(fā)展的背后，觸目驚心的是大量技術含量高的成套設備仍依靠進口，每年大量的外匯用于進口成套的高端設備。如塑料薄膜雙向拉伸設備，一條生產線就近1億元，從上世紀70年代開始引進，到目前為止，國內相繼進口此類生產線110條。除此之外，還有產品業(yè)大量使用的無菌薯片生產線食品包裝盒、灌裝設備幾乎都為瑞典利樂公司一家提供。業(yè)內專家認為，我國生產線食品包裝機械對國外高端技術的過度依賴，已經嚴重制約了我國生產線工業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

某鋼鐵廠高線廠的生產線既能生產高速線材又能生產大盤卷，高線與大盤卷共用熱送裝置、加熱爐、粗中軋機組及預精軋機組。預精軋機組后分成兩條軋線分別軋制高線和大盤卷產品，兩條生產線又在P/F線匯合，共用P/F線運輸系統(tǒng)及其它卸卷設備。主軋線和大盤卷生產線主傳動均為交流電機，飛剪傳動為直流電機，共設軋機21架，采用全連續(xù)布置方式，設計年產量80萬t，產品規(guī)格為?18～?50mm圓鋼盤條。已形成年產鋼300萬t的能力。現有軋鋼能力嚴重不夠，而且軋鋼生產線陳舊落后，品種單一，急需要新建一條現代化的軋鋼生產線，實現公司生產能力的總體平衡，也是公司規(guī)模效益和新的經濟效益的增長點。但就鋼鐵公司現實際狀況，上一條優(yōu)質高速線材及大盤卷生產線（含細直徑螺紋鋼）比較適合鋼鐵公司實際的。此條生產線裝備水平要達到世界先進水平，主要生產高附加值的精尖產品。

2大盤卷的生產工藝概述

存放在原料跨鋼坯架內的鋼坯用電磁吊車成排吊運到上料臺架上，上料臺架（自動或手動方式）步進，啟動受料輥道，鋼坯被送到稱重輥道上進行測長稱重。合格鋼坯進行稱重后，加熱爐控制室控制鋼坯入爐、定位。

鋼坯在加熱爐完成加熱后，接到出鋼指令，夾送鋼坯快速通過高壓水除鱗裝置，除去鋼坯表面氧化鐵皮。軋件經1~6#粗軋機組后，1#飛剪前熱檢啟動切頭動作，然后軋件進入7~12#中軋機組。同理2#飛剪切頭后軋件進入預精扎機組軋制6道。接著通過一組預水冷箱，4#

飛剪切頭后進入盤卷減定徑機組軋制，經5#飛剪切尾后軋件即進入卷取區(qū)。設備故障時1#、2#飛剪及4#、5#剪后的碎斷剪對軋件進行碎斷。

全線共設7個活套器，分別是12#軋機前立活套（1#）、13#軋機前立活套（2#）、14#軋機前水平活套（3#）、15-18#預精軋機架間立活套3個（4~6#）以及減定徑機組前立活套1個（7#），以實現軋件在各機架間的無張力軋制，從而保證產品的尺寸精度。

線材進入卷取區(qū)后經夾送輥進入事先選定的某架卷取機，底部托板將卷成螺旋狀的盤卷托出卷取機后，由盤卷移送機將盤卷運送至步進梁運輸線，而后轉至另外一架卷取機的等待位等待下一盤卷。四段步進梁下設6臺風機用于盤卷冷卻，盤卷運至卸卷位置后，由運卷小車將盤卷運送至P/F線的C型鉤上。

盤卷在P/F線上繼續(xù)冷卻，并在運輸過程中人工取樣、檢查。在打捆機位置進行壓實、打捆，在盤卷秤位置稱重、掛牌，然后在卸卷站卸卷，由電磁吊車吊運入庫。如圖1所示為生產工藝流程圖。

圖1大盤卷生產工藝流程圖

3大盤卷的工藝設備

機，粗、中、預精軋機為短應力線軋機，Ф5.0～7.5mm線材的保證速度為112m/s。生產高線及大盤卷。

全線無扭軋制：采用全線平/立交替布置，實現無扭軋制,可大大減少合金結構鋼，特別是彈簧鋼因軋件扭轉在角部產生的裂紋，減少表面和內部缺陷，提高成材率；減少因扭轉產生的事故，提高軋機利用率。同時，有利于實現粗、中軋的微張力控制，改善產品的精度。

軋線選用33架軋機，線材軋機共計30架，另外三架為大盤卷的定徑機。粗軋、中軋、預精軋各為6架短應力線軋機，立輥軋機均為上傳動。高線精軋機組為12架，分為8架精軋＋4架減徑定徑機組。8架精軋和4架減徑定徑機采用引進設備，型結構超重型機架，V軋機的剛度大，可實現低溫軋制。大盤卷三架減定徑機，立、平、平緊湊式布置。

傳統(tǒng)的10機架無扭精軋機，100m/s在軋制速度下軋件瞬時溫升過高，給優(yōu)質鋼、彈簧鋼和合金鋼的生產帶來困難。根據國內外設計經驗選擇將精軋機組拆成8+4的技術，可實現低溫軋制，改善產品的機械性能；簡化孔型系統(tǒng)，減少軋輥和導衛(wèi)的數量、提高作業(yè)率；提高產品精度，本設計采用了8+4減徑定徑機的技術。

軋制溫度控制：在本設計中重點控制軋件在生產過程各階段的溫度。在加熱爐中均勻加熱，按鋼種嚴格控制開軋溫度。在中軋與預精軋機組和預精軋與精軋之間各設有2段預水冷箱，以控制大盤卷產品和線材進無扭精軋機的入口溫度。在組合式精軋機組的8機架之后、架減定徑機之4前和減定徑機之后均設有水冷箱，主要是為控制終軋溫度，實現低溫軋制和控制吐絲溫度。根據各鋼種冷卻工藝，散卷風冷運輸線設計為輥道式延遲型，備有16臺大風量的風機和絕熱保溫罩，同時在大盤卷的加勒特卷取機后設有6臺大風量的風機，以滿足產品方案中各鋼種的熱處理要求。

為確保產品質量，本設計考慮預留了硬線產品、冷鐓鋼、合結鋼、彈簧鋼等的坯料檢查和修磨的可能。

軋線主要軋機采用交流電機，變頻調速。粗、預精軋機交流主傳動采用引進高性能的交中、流變頻裝置，線材精軋機及減定徑機采用引進的大功率LCI或MV交流變頻調速裝置。測速裝置為無聯軸器的空心軸型脈沖發(fā)生器，以此構成全數字控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有調節(jié)器參數自調諧、故障自診斷、狀態(tài)檢查、信號記錄等功能，調節(jié)系統(tǒng)對速度及電流進行閉環(huán)控制。不調速的交流電動機采用MCC控制。所有飛剪采用直流電機傳動。

所有設定均采用工藝參數,與電機及傳動系統(tǒng)的參數無關，對于交流傳動的主軋線,則根據設定的延伸率、輥徑、輥環(huán)修正系數、精軋出口速度等自動計算出各機架的速度給定值，從而保證連續(xù)軋機各點金屬流量相等。本系統(tǒng)選擇精軋機的出口速度為基準速度，一旦精軋出口速度確定之后，系統(tǒng)可根據各機架相關延伸率自動計算出各機架的速度給定。

4大盤卷生產線自動控制系統(tǒng)的組成

全線共設有三臺西門子公司最新型的S7-400系列PLC產品，遠程I/O站采用ET200M；傳動系統(tǒng)則分別采用西門子6SE70系列和6RA70系列，通過Profibus-DP網與PLC之間進行數據交換；各主PLC之間通過工業(yè)以太網完成信息和數據的傳輸。如圖2所為大盤卷生產線自動化控制系統(tǒng)的組成示意圖。

圖2大盤卷生產線自動控制系統(tǒng)的組成

4.1軋線PLC1

軋線PLC1為1臺西門子S7-400系列416控制器，另配2塊DP接口模塊IM467，1塊以太網通訊模板。PLC1主要完成主軋線1-18架軋機、7個活套和1－2#飛剪的自動控制，控制功能包括：主軋機設定系統(tǒng)即軋機的速度設定、區(qū)域起動/停車、軋機級聯調速、機架間控制的手動修正、粗中微張力控制、自動活套控制、飛剪切頭/切尾控制、軋件跟蹤和自動碎斷控制以及輔傳動設定。

4.2介質PLC2

介質PLC2為1臺西門子S7-400系列414控制器，另配1塊DP接口模塊IM467，1塊以太網通訊模板。PLC2主要完成粗軋潤滑站、中軋潤滑站、預精軋潤滑站、軋區(qū)液壓站、卷取潤滑站、卷取液壓站、盤卷減定徑液壓站及潤滑站的控制，控制功能包括：循環(huán)泵和主泵手/自動控制、加熱器手/自動控制、溢流閥自動控制、潤滑站內軋機供油溫度控制及各種報警。為了避免DP網中斷時液壓潤滑站停機導致設備損壞，所有潤滑站和液壓站配西門子S7-300或者S7-200系列控制器，這些CPU作為介質PLC的DP從站，通過DP網與PLC2進行數據交換。

4.3卷取區(qū)PLC3

卷取區(qū)PLC3為1臺西門子S7-400系列414控制器，另配2塊DP接口模塊IM467，1塊以太網通訊模板。PLC3主要完成4＃飛剪前夾送輥、4-5＃飛剪、兩個碎斷剪、減定徑機前立活套、分道器、兩個卷取前夾送輥、兩個卷取機、盤卷移送機、步進梁、風機和運卷小車的控制。控制功能包括：夾送輥速度設定、夾送輥的手/自動夾送、飛剪的切頭/切尾控制、碎斷剪速度控制、活套自動控制、分道器手/自動切換、卷取機速度控制、卷取機搖擺控制、卷取機定位控制、卸卷板手/自動控制、盤卷移送機支撐擋爪手/自動控制、盤卷移送機速度控制和手/自動接卷控制、兩個卷取機自動切換控制、步進梁手動/聯動控制、風機和風門自動控制、運卷小車手/自動運卷控制、軋件跟蹤和自動碎斷控制、與減定徑機控制PLC進行數據交換。

4.4三個PLC之間的通訊

三個PLC之間的數據交換有快速和非快速之分，因此根據情況采取了不同的通訊方式。

介質PLC2只和軋線PLC1之間進行數據交換，把液壓站和潤滑站的狀態(tài)通過以太網送給軋線PLC1，再由軋線PLC1送給其它PLC，這樣維護起來簡單方便。

軋線PLC1和卷取PLC3之間要求快速交換數據，因此采用DP主從方式。PLC3作為PLC1的DP從站，接收來自PLC1的主軋線末架線速度，作為卷取區(qū)各個設備速度跟蹤的基準；而PLC3則將活套的調節(jié)量送給PLC1，作為主軋線速度調整量的一部分，同時把卷取區(qū)的自動碎斷命令傳給PLC1。

綜上，這種大盤卷自動控制系統(tǒng)中的各個PLC分工明確、功能集中，且采用DP網和工業(yè)以太網能夠保證數據傳輸的可靠性和實時性，控制效果良好。

5結論

采用控溫、控軋、控冷技術，產品公差控制在國標C級精度，最高精度±0.1mm。此條線的裝備水平達到世界先進水平，雙高產品占80%以上。Φ18～Ф50大盤卷成為南方第一條生產線，某鋼鐵廠高線廠的大盤卷生產線于2009年4月1日熱試成功，整個自動化控制系統(tǒng)運行良好，性能穩(wěn)定可靠，盤卷產品直徑均勻且圈形規(guī)整，能夠很好地滿足生產要求，這種大盤卷生產線的自動控制系統(tǒng)值得推廣。