安钢260机组冷床控制系统改进

    摘 要：通過对安钢260机组冷床控制系统进行改进，采用先进的控制方案和控制技术，实现了对安钢一轧厂260机组冷床自动化系统的自主研发投用，不仅大大降低了现场操作人员的劳动强度，而且为机组的生产提供了安全可靠的控制系统，具有推广应用价值。

    关键词：冷床；控制系统；改造

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

    1 设计开发

    1.1 自动化控制系统概述

    安钢260机组改造前，冷床控制系统用的是GE90-30控制器，系统属于淘汰产品，备件无法组织，此次改造将冷床区电控系统和PLC控制系统进行升级改造：将原有的冷床传动控制系统GE90-30控制器更新设计为SIEMENS S7-300系统。

    该系统采用德国西门子公司S7 300系列PLC组成冷床控制系统，包括上、下卸钢、冷床同步等控制分站，通过Profibus DP网和以太网将PLC控制系统、远程I/O站及变频器、现场仪表、设备控制站等共同组成控制系统。

    1.1.1 自动化控制系统设计原则

    本着经济实用性、确保先进性、实用性、安全性与可扩展性相结合的原则进行冷床与精整自动化控制系统设计。设备和系统的选型根据技术、经济和使用实际进行综合性考虑。

    1.1.2 控制系统监控范围

    自动控制系统进行控制和监视的工艺流程包括：

    （1）上卸钢系统；

    （2）下卸钢系统；

    （3）移动台架系统；

    （4）冷床系统。

    1.2 冷床控制系统设计要点

    控制系统通讯网络由ethernet以太网及现场profibus总线网构成。ethernet网用于各PLC主站之间与监控画面以及PLC主站之间进行数据交换，现场总线网络用于PLC主站与远程IO系统以及传动系统之间进行数据交换。同时，控制系统应具有良好的开放性、兼容性，使系统能与不同供货商的设备实现友好无缝链接及协同。

    2 控制系统选型方案的研究

    在深入了解生产过程状况、分析工艺控制要求及当前工作环境、总结以往项目控制系统改造经验的基础上，通过调查研究，分析论证，从安全可靠性、实用性、合理性、经济性、等方面分析，确定260机组冷床控制系统的控制目标及任务，形成最终控制系统总体方案。

    控制系统选型及配置。结合安钢一轧厂260机组冷床生产运行特点，借鉴兄弟单位同类机组设备改造经验和安钢技术储备实际，确定控制系统采用目前国内使用较多、性能稳定、功能强大的西门子S7 -300系列PLC控制系统。

    根据各个控制站控制功能要求，控制系统均采用315P系列CPU产品，同时按照工艺要求配置标数字量输入/输出模块、点模拟量输出模块。所有数字量输出信号均配以光电隔离，采用配电器对两线制4～20mA输入信号供电，同时起信号隔离作用。控制系统配备不间断电源（UPS电源）供电，UPS电源具备旁路功能。每套PLC控制系统的ET200远程站通过PROFIBUS总线网络对控制系统进行较远距离的拓展，实现分布式控制。

    3 设计控制方案及主要控制功能

    S7-300系列控制系统通过Profibus DP总线网络与其所带I/O站及现场设备连接和通讯，并按系统要求完成各自的功能。

    3.1 数据采集与显示

    将整个冷床控制系统的参数如压力、温度、位置信号、电机工作状态、变频器工作频率等所有模拟输入量和开关量全部集中到中控室显示并记录主要模拟量的历史趋势。

    3.2 冷床控制设计思路与实现

    冷床自动控制系统是建立在与前段生产工序——轧机和飞剪动作连锁基础上的。按工序从裙板→→冷床本体→→收集链→→移钢小车。控制思想主要是保证钢材的冷却及正常输送，防止乱钢、飞钢造成的废钢事故。这就要求钢材的每一步都要精确计算，为后序精整打包作基础。

    上卸钢裙板主要是将辊道上的棒材由飞剪切出后，准确地码送到冷床上，它的控制主要由飞剪剪切至裙板的时间及尾钢至裙板时间共同确定的，设计出发点主要是依据辊道上的光接近开关及飞剪的剪切动作来判断及设定时间，动作周期可以自动根据前段工序自动循环，手动单循环实现一次从高位到低位再到高位的循环，手动单动选择可以根据当前的位置从高位到低位、低位到中位、中位到高位单独动作。飞剪剪切至裙板的时间设定，依据输送辊道的速度及剪切运动轨迹进行计算得出，尾钢至裙板时间是依据辊道上的光接近开关及尾钢信号得出，根据飞剪动作信号及尾钢信号的判断发生，当设定的时间到达时，裙板动作一周期。然后发出信号使冷床开始动作，完成上卸钢动作。

    冷床控制主要是运动同步控制，主、副两台冷床机械设备设计时没有采用钢性连接，需要在两台直流驱动器上进行电气同步，所以要求对冷床的启动—运行—停止四个过程要求必须平稳，不能有较大的冲击，停止的位置要准确、可靠。由于两台冷床机械原因，采用软同步无法实现真正意义上的同步，在本次设计中，与普遍应用的方法不同的是对输入两个控制字通过粗调与细调相结合，实现两台冷床的调速，达到主、副冷床的同步 。粗调时，将两个同样的速度控制参数写入，然后再通过细调，对两台冷床的速度分别进行微调，实现速度的同步控制。

    在冷床的起动、加速、停止控制中，设计中采用了两台冷床各采用了两套接近开关：起始位和加速位。起始位既控制冷床初始位，又做停止位，实现冷床的启动和停止，加速位控制速度的升降。在冷床的控制中，采用灵活的手动控制，使两台冷床可以单独进行周期性动作或者动作1个周期，也可以进行两台冷床的联动。在联动的基础上，设置了单动单步。为了冷床的安全运行，设置了与飞剪动作的联锁动作，飞剪动作时，冷床结束联动。

    4 结论

    安钢第一轧钢厂260机组冷床自动化控制系统技术先进，自动化水平高，操作简便，运行稳定可靠，在同行业中处于领先水平，具有较好的推广应用价值。

    作者简介：毕英军（1982-），男，河南安阳人，本科，工程师，研究方向：电气自动化。