精整设备自动化控制浅析

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摘 要：随着时代的发展，人类文明的进步，现代化工业的生产，应该向着节约资源、降低能耗、绿色环保的方向发展。并且产品的种类、精度和数量都应满足广大消费者心理和实际的需求。然而，精整设备所生产的产品如何满足实际需要，取决于它的机械性能和机械制造精度，同时还必须与先进的自动化控制理念和先进的自动化控制设备相结合。为此，我们根据多年来对精整设备的自动化设计和实际应用，探讨分析了如何应用可编程控制器、工业网络和自动化设备组成自动化控制系统，对精整设备进行的自动化控制。

关键词：精整设备；自动控制；工业网络；可编程控制器

中图分类号：TM76 文献标识码：A

一、精整设备的作用与种类

1 精整设备的作用：就是对带钢或金属板材的形状进行平整度处理，并将这些板材加工成用户所需要的尺寸和单位重量的合格产品，最后按质量等级进行打印、包装。

2 精整设备的种类

精整设备按其性能可分为：平整机、横剪机、纵剪和重卷机、矫直和拉矫机。

二、精整设备的机械组成与工艺流程

在种类繁多的精整设备之中，我们只针对目前应用广泛的，而且设备工艺比较复杂的横切机组，进行自动化设计分析和自动化控制分析。横切机组的工艺设备组成和工艺流程图如图1所示。

三、横切机组自动化控制系统的组成及特点

横切机组的电气自动化控制方案、设计、选型和调试根据设备的现场布置和工艺的需要，我们把具体方案划分为：主传动部分、交流控制部分、自动化控制和网络通讯部分以及自动化仪表部分。几个主要部分具体设计方案如下：

1 主传动部分

ABB公司ACS800系列变频调速装置。该型变频调节器速装置具有IGBT功率器件，采用全数字技术。控制器及所有控制功能均有参数设定功能，速度反馈采用脉冲发生器，控制精度高。主回路采用了公共母线的供电方案。整流装置进线电压AC380V，经进线电抗进入整流回馈单元。

由车间变压器引入交流AC380V电源，一是通过整流装置给直流母线排供电；二是经自耦变压器并通过回馈装置连接直流母线排。直流母线排同时给各个调速装置-逆变器供电，从而调节双夹送辊、辊矫直机、夹送测量辊、摆动辊道、定尺辊道、辊矫直机、输送辊道和摆辊的变频电机转速，实现了设备运行速度的控制。

2 交流控制部分

由车间变压器二次引入交流AC380V电源，为剪切机、低压油站、高压油站、加热器、其它设备控制和PLC柜提供所需的动力电源。

3 自动化控制和网络通讯部分

自动化控制部分，我们采用一台可编成控制器（PLC）和ET从站以及人机界面（HMI）组成自动化控制系统；网络通讯部分我们应用德国西门子（SIEMENS）公司分层分级的通讯技术，进行自动化控制和监控。

（1）可编成控制器（PLC）：是自动化控制的基础和核心。之所以应用西门子公司可编成控制器SIMATIC S7-400，因为它具很多优点，如：CPU中央处理器功能强大，可扩展多种功能模块；选用ET模块可建立从站，对多点分散I/O进行收集和控制；通过选用功能模块，能非常方便的实现模拟量输入/输出模块之间的转换；PROFIBUS现场总线“开放”式的通信接口，能接纳不同厂家制造生产的分散I/O装置和现场设备；采用正确的网络通讯，可实现现场智能信号装置、调节装置和人机界面与可编程逻辑控制器（PLC）之间的数据传输。特别是PLC SIMATIC S7-400的系统软件的应用，对完成硬件组态，程序编制、调试、监视、文档资料处理和系统诊断等工作，起到了决定性作用。触摸屏作为——人机界面（HMI）的应用，它不但取代了原始的按钮，更主要的是能够实现系统参数设置和现场设备运行的监控，从而给设备维修人员快速解决现场设备故障和维护提供了方便。

（2）网络通讯：我们选用工业企业的通讯网络模式，它可划分为三级：工厂级Ethernet、车间级PROFIBUS-FMS和现场级PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。

①工厂级Ethernet以太网通讯：工业以太网是目前控制领域研究和应用网络。工业以太网可用于设计功能强大的过程通讯网络，优点在于利用交换技术、全双工和自适应技术一起使用，并可灵活的选择网络性能和数据传输率。另外，以太网还可以基于因特网技术，提供世界联网的解决方案。

②车间级PROFIBUS-FMS：是用于实现车间监控和通讯任务的纽带。同时还完成可编程序控制器PLC、PC机和Ethernet之间需要的数据传送任务。

③现场级PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA通讯

（a）PROFIBUS-DP：是全球总线国际标准，可提供功能强大的过程和现场通讯。它开放的现场总线特性，适用于现场层的高速数据传送。PROFIBUS-DP在这一级，可以将较低层的分布式I/O等数据联网到中高层。其传输特点：响应时间短，抗干扰性强。

（b）PROFIBUS-PA：是一种用于分散式自动控制系统和现场设备的通讯系统，它以PROFIBUS-DP为基础，覆盖过程自动化的整个过程。适用于不同种类的现场设备之间的相互操作能力。PROFIBUS-PA现场总线通过转换器件可连接传输到PROFIBUS-DP系统网络中。

④检测元件与自动化仪表：检测元件和自动化仪表的选择，对横切机组的剪切精度和运行速度起决定作用。为此如：编码器、光电开关、接近开关和低压电器等产品，一定选择国内外产优质品牌产品。

四、调试过程

1 横切机组单台设备分别进行手动和自动调试运行

本着操作简单、使用方便的原则，我们让全线各台设备可以单动、 也可以全线联动。机组的工作速度可在主控操作台上的人机界面（HMI）上设定，由现场总线PROFIBUS-DP将控制信息传至PLC，通过PLC控制逆变器驱动变频电机，以满足生产要求。

2 自动剪切调整

根据工艺要求设定定尺长度，机组进入自动状态， PLC根据所测钢板长度，控制夹送测量辊的运行和剪机的剪切，以达到定尺剪切的目的。所有工艺参数的设定显示均由HMI完成。

3 剪切机剪切速度调整

横切机组设备之中，剪切机对钢板切口质量和钢板剪切速度起决定作用。通过远程I/O和PROFIBUS-DP现场总线和PLC控制，使得剪切機在工作时的剪切力、 剪切工作速度和返程速度，都能满足工艺要求，从而为提高产品的质量带来保障。

结语

在精整设备自动化控制开发、设计和生产过程中，我们应用工业网络通信技术、PLC可编程离散型I/O控制和整流逆变调速技术现结合控制方法，设计完成了对很多精整设备的自动化控制。如：昆明钢铁公司的定尺停剪机组；摩洛哥马格里布钢铁公司（Maghreb steel Co.）1725横切机组；哈东轻重卷机组等。由于采用了先进的设计理念，经现场的调试和使用充分证明，其精整设备自动化控制设计合理、运行可靠，用户均给予了高度赞扬。

参考文献

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