陳國貴

（河鋼股份有限公司承德分公司  河北省釩鈦工程技術研究中心）

摘要：主要介紹承鋼冷軋薄板有限公司連續酸洗線活套自動控制系統，分析基于SIMATIC S7-1500系統的活套速度、位置、張力控制，研究活套的精確定位，確保酸洗線穩定連續運行。

關鍵字：連續酸洗；活套；SIMATICS7-1500；速度；張力；位置

1  生產線概況

承鋼冷軋薄板有限公司連續酸洗線采用普銳特工藝技術，設計年產量為100萬噸,該生產線為三段式連續酸洗生產線，具有3段酸洗槽和5段漂洗槽，裝備有2臺開卷機、1臺激光焊機、1臺破鱗機、1臺平整機、1臺轉塔式圓盤剪、1臺涂油機、2臺卷取機和2段活套，工藝布置圖見圖1。

圖1

1.1   活套設備組成

連續酸洗線活套選用兩段臥式活套，4層布置，入口活套長140米，出口長100米。活套用于儲存足夠的帶鋼長度銜接入口段、工藝段和出口段，起到承前啟后的作用，保證工藝段穩定連續運行，提高酸洗質量。

每段活套的主要設備包括：活套小車、驅動系統、繩輪、潤滑系統、擺動門和位置檢測系統。活套小車和驅動系統之間通過一根鋼絲繩及一組繩輪連接起來。鋼絲繩兩固定端都通過繩輪繞向小車，鋼絲繩與帶鋼相對的一側（提供張力側），通過小車繩輪繞向驅動系統，驅動系統是由三臺電機帶動三臺減速箱驅動三個繩輪組成。另一側，液壓缸連接鋼絲繩固定端，通過繩輪轉回活套小車（低張力側），液壓缸為鋼絲繩提供穩定的張緊力，防止鋼絲繩滑移，以及補償鋼絲繩的延伸。

活套小車的位置通過驅動系統中的首個繩輪的絕對值編碼器進行測量，計算出活套的實際套量。

2  自動化控制系統

連續酸洗線自動化控制系統采用西門子公司的SIMATICS7-1500PLC系統和S120傳動系統進行控制，系統具有性能高、運算速度快、抗干擾能力強、易于通訊和擴展等特點。PLC控制系統由5套SIMATICS7-1500 PLC硬件組成，分別為：入口、工藝、平整機、出口和急停，自動化配置圖見圖2。入口活套由入口PLC控制，出口活套由出口PLC控制。控制軟件為TIA V15，TIA軟件是一個集成控制器、HMI和驅動器的過程組態平臺，有一致數據管理、統一工業通訊、工業信息安全和集成功能安全等優勢。

圖2

3  活套定位控制

活套定位控制對產線的物料跟蹤中起到非常重要的作用，如果活套定位錯誤可能造成焊縫跟蹤丟失，圓盤剪剪切錯亂，出口剪分切位置錯亂，更嚴重的會出現鋼卷信息丟失。活套定位控制集合了速度控制、張力控制和位置控制，三個控制環節必須有序連接才能實現活套的穩定運行。

3.1  活套速度控制

活套連接入口段、工藝段和出口段，所以活套速度與工藝段速度為基準，限定了活套的最大運行速度為180m/min，最小運行速度為5m/min，并且活套速度會跟隨工藝段速度和當前套量自動降速。在HMI中設計三種速度控制模式選擇及位置設定，如圖3所示。

1）最大速度充套到最大位置， 最大位置在Max.Pos設定。

2）偏差速度充套到最大位置，速度偏差值在 Speed Difference設定。

3）偏差速度充套到中間位置，中間位置在Medium Pos設定。

圖3

3.2  活套張力控制

活套張力控制分為:基于電機轉矩的張力控制（TCON1）和基于速度的張力控制（TCON2），TCON1是通過活套的設定張力與相鄰設備的張力差計算出有效張力，在進行摩擦力和打滑張力修正后直接控制電機轉矩的輸出。

TQ_motor:電機轉矩；             TQ_Frction：摩擦系數；

Tension:相鄰帶鋼張力；           TQ_Inertia:打滑系數

Diam:輥徑；

i：減速比

T_CON:張力控制器輸出

TCON2是通過活套的設定張力與實際張力差計算出有效速度，在進行摩擦力和打滑張力修正后直接控制電機轉矩的輸出。

3.3  活套位置控制

活套位置控制主要通過活套第一個繩輪繩輪上安裝的絕對值編碼器測量活套位置，在進行摩擦、滑差、鋼絲繩張力等系數修正后得出一個活套實際位置。圖4為活套位置控制框圖。

圖4

4  活套精確定位

由于帶鋼不同的寬度、厚度、板型、速度以及活套鋼絲繩張力變化都可能造成活套實際位置偏差。通過研究，在活套中間的位置增加一個固定檢測點。當活套小車經過這個檢測點時，將固定點的活套位置進行同步校正。圖5為活套同步的邏輯：正常運行的過程中，如果活套的實際速度大于DBD666的最小速度并且小于DBD662的最大速度，并且活套充套或者放套的條件DBX636.3是ok的，那么當活套經過同步開關DBX636.0時就可以自動同步，自動同步范圍為實際位置與計算位置偏差不超過3%。

圖5

如果活套實際位置與計算位置偏差超過3%，活套將無法進行自動同步，通過研究，增加活套位置手動同步功能。在HMI中增加活套位置編碼器同步窗口，通過PDA精確測量幾個機械參考點的活套位置，如表1以入口活套為例。在停車狀態下將活套現場操作站選擇為維護模式，對照表中機械位置估算活套位置，將估算值輸入HMI窗口，手動將活套的實際位置與計算位置偏差同步到3%以內，可以正常起車，滿足自動同步條件。

表1

5  結語

通過活套位置同步功能的應用，能夠提升活套定位的精確性，減少跟蹤計算誤差，保證產線穩定運行。很適合生產工藝指標和操作性，證明此控制系統的研究實踐是成功的。

參考文獻

[1]  張碩.博途軟件與S7-1500 PLC的應用詳解.電子工業出版社。

[2]  崔堅. SIMATICS7-1500與TIA博途軟件使用指南.機械工業出版社

[3]  徐清書. SIINAMICS S120 變頻控制系統應用指南.機械工業出版社