PLC在轧钢车间冷床裙板中的应用论文.docx

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PLC在轧钢车间冷床裙板中的应用论文

攀枝花钢城集团有限公司见习论文

题目：

PLC在轧钢车间冷床裙板中的应用

摘要

本文主要介绍可编程控制器PLC在轧钢车间冷床裙板中的应用。

通过硬件和软件两个方面对裙板进行介绍，以西门子400PLC为核心的控制系统，是整个冷床裙板的重要部分，巧妙的将高速移动的钢材制动并卸于冷床。

在整个过程中起到重要的作用，并对对设计不足的地方提出整改意见，从而提升裙板的快、准、稳。

关键字：

裙板；自动控制；可编程控制器；

目录

第一章引言1

1.1冷床裙板简介1

1.2冷床裙板在轧钢生产中的地位1

第二章冷床裙板工作原理2

2.1裙板的组成2

2.2裙板工作过程2

第三章冷床裙板控制系统6

3.1控制系统硬件组成6

3.2裙板动作控制6

3.3尾段控制8

3.3.1尾段选择8

3.3.2尾段动作10

第四章生产中存在问题及处理意见12

第五章结束语15

第六章参考文献16

第一章引言

1.1冷床裙板简介

随着棒材生产技术的不断进步，棒材生产线的连续化、自动化水平不断提高，目前中国大多数棒材生产线，无论是全新引进或建设，还是老车间改造，一般均实用长尺连铸坯经连续轧制，然后经倍尺剪剪切成用户要求的整倍尺后采用自动上冷床技术将倍尺钢连续输送到冷床上进行长尺冷却。

倍尺剪和冷床之间采用特殊设计的倾斜辊道和裙板卸钢装置。

对棒材倍尺钢上冷床工艺过程进行分析与研究，正确选择设备工艺参数，是连轧棒材生产线设计、改造、调试和正常生产的前提。

1.2冷床裙板在轧钢生产中的地位

轧钢厂全连轧生产线流程如下：

来料钢坯→加热炉加热→粗轧1#—4#→中轧5#—8#→1#飞剪切头→中轧9#—14#→2#飞剪切头切尾→精轧15#—20#→3#倍尺剪→-裙板冷床冷却→定尺剪切→收集打捆入库。

可以清楚的看出裙板冷床冷却位于3#飞剪之后，作用是将高速运行的钢材制动，并卸下到冷床上冷却。

所以这对裙板的联动要求精准，快速，平稳。

第二章冷床裙板工作原理

2.1裙板的组成

目前连轧棒材生产线普遍采用的上冷床设备布置如图2.1所示，主要设备由3个部分组成。

1、倍尺剪（3#飞剪）：

用于将成品轧机轧出的成品轧件剪切成冷床可接受的长度，该长度一般为商品材定尺长度的整数倍；

2、倾斜辊道：

用于将倍尺钢输送到冷床并与下一根倍尺钢拉开一定间距，以保证倍尺钢顺利上冷床；

3、裙板：

位于倾斜辊道和冷床之间，由液压驱动可上下移动，有高位、中位、低位三个位置，用于将倍尺钢从辊道移送到冷床上，并完成倍尺钢的制动。

图2.1中L1为倍尺剪到裙板前端的距离；L2为裙板前端到冷床入口的距离；L3为冷床长度；L为倍尺钢长度。

l为倍尺钢到分钢点的距离；S为倍尺钢所需要的制动距离；d为倍尺钢端部到冷床端部的距离。

显然，一根倍尺钢从它被倍尺剪剪切那一刻起，到停留在冷床娇直板的预定位置，经历了复杂的运动学和动力学过程。

另外，相邻两根倍尺钢间的运动学关系也必须同时满足，才能够实现实际生产中倍尺钢上冷床的工艺过程。

因此，设备的布置和相关工艺参数的选择必须满足倍尺钢上冷床的运动学和动力学条件。

2.2裙板工作过程

轧件在轧后分段剪切后进入单独传动的输入辊道，通过裙板的高中低位运动，在摩擦力的作用下实现制动，制动滑板的动作主要是PLC控制液压电磁阀，使液压电磁阀常开触点闭合，从而驱动液压系统使制动滑板上下移动，其制动程序如下：

热轧件经3#倍尺飞剪剪切后，轧件在辊道上加速，从而与随后在轧制中的轧件快速脱离进入入口辊道。

如图2.2所示。

当制动滑板降到低位时，第一根轧件滑下，并开始自然摩擦制动直到轧件完全停止，如图2.3所示。

与此同时，下一根轧件的头部进入倾斜辊道的上区，并由分离挡板将其保持在这一位置，直到滑动板回升到中位，如图2.4所示。

此时分离挡板可以向上抬起打开，使轧件滑到制动板的侧壁，如图2.5所示。

放下分离挡板，可以开始第三根轧件的制动周期，同时冷床的动齿将第一根轧件送向下一齿内，如图2.6所示。

第一根轧件由提升到高位的制动滑板滑动到冷床的第一个齿内，如图2.7所示。

第三章冷床裙板控制系统

3.1控制系统硬件组成

冷床裙板的控制核心选用的是具有多种功能模块化可编程控制器S7-400，型号为CPU414-2DP；WINCC显示界面；通过数据线，将倍尺剪剪切信号、3#飞剪热检信号、裙板接近开关高、中、底等数据传送至PLC进行数据的处理，同时与人机界面WINCC进行通信，如图3.1所示。

图3.1程序控制图

3.2裙板动作控制

经过3#飞剪倍尺剪切后的每一段倍尺钢，都必须完成一组动作才能顺利到达冷床冷却：

剪切后提速，与后一个倍尺分开一定距离，分开距离后降速，同时裙板动作（下降），将钢下到裙板滑行，经一定低位、中位延时后，裙板上升将钢下放到冷床上合适的位置冷却。

裙板的动作主要是通过倍尺剪切信号与3#飞剪热检信号来进行控制，其电气控制原理为：

经过3#飞剪剪切信号判定为倍尺钢，经适当的裙板下降延时后，PLC向裙板下降电磁阀发出动作指令，裙板在400PLC程序控制下完成高位到低位、低位延时、低位到中位、中位延时、中位返回到高位等一系列动作，将倍尺钢顺利放到冷床上进行冷却。

图3.2裙板启动信号

由程序可以看出，当3#飞剪熱检仪检测信号时与倍尺剪切时，M238.7上升沿触发定时器T180。

如图3.2所示。

图3.3裙板置1

20MS过后T180常开触点闭合，当定时器断开时，M239.1下降沿触发定时器T181，经过下降延时后执行裙板动作，将裙板置1，如图3.3所示。

图3.4裙板低位延时

图3.5裙板置2

由图3.4与3.5可知，当MW264被置1后进行条件比较，满足比较条件触发定时器T13，经过450MS后，定时器T13的常开触点闭合，将会触发移动指令，将MW264置2。

同理可以将MW264置3，置4，置5，最后返回置0，让裙板回到最初位置等待下一次的循环。

如图3.6所示。

图3.6裙板动作位置及时间

3.3尾段控制

对于尾段的控制是整个裙板动作的重点，采用的是延时动作。

由于来料规格长短不一，再加上轧制规格品种的不同，造成尾段钢长短相差较大，因此根据一般轧制后剪切成的63米倍尺螺纹钢，将尾段分为6个区间：

即、15米超短尾延时；、25米超短尾延时；、35米超短尾延时；、45米超短尾延时；、55米超短尾延时；、55米以上长尾延时（即按非尾段情况工作）。

尾段的控制主要从两个方面控制，一是从尾段选择，二是从尾段动作。

3.3.1尾段选择

1、尾段时间的计算

所谓尾段的时间，就是指尾刚所经过的时间，这主要是对尾钢通过热检仪的时间进行一个简单的计算，这个计算过程在程序里自动完成，以25米的尾钢为例，长度为25米的尾钢，速度设定为末架轧机的转动速度，这样可以大致计算出尾钢所需要的时间。

如图3.7所示。

图3.7尾钢计算时间

2、尾钢的判断与选择

尾钢的判断是通过3#飞剪热检信号与倍尺剪剪切信号来确认尾钢，3#飞剪倍尺剪与末架轧机间有一台热金属检测仪，通过热金属检测仪探测到热钢的经过，从而使热检仪的常开触点闭合，将数据传输到PLC中。

而3#飞剪倍尺剪中通过传感器，将每一次的剪切动作，都转变为信号传输给PLC，如图3.8所示。

图3.8尾段确认

当倍尺剪完成剪切之后，由3#飞剪热检仪对钢进行监控，将计算出来的时间作为3#飞剪热检仪检测的时间，以时间范围之类观察3#飞剪热检信号来判断出尾的长度，图3.9所示。

图3.9尾段长度选择

3、WINCC尾段监控

在WINCC的监控只是直接将判断出来的尾段，通过以太网网络进行通信，在WINCC中很清晰的反映出15~55米的尾钢情况。

如图3.10所示。

图3.10WINCC监控界面

3.3.2尾段动作

1、尾段下降延时

尾段下降延时指的是在经过确定为尾钢之后，要求裙板动作的时间，因为尾段的长度不一样，下降的延迟时间也就是不一样，为了保证足够的机动性，所以要根据不同的工况，达到人为干预尾段停留在冷床上的位置。

而且在现场的环境中，不仅仅是尾钢，就连非尾钢也会受到输送辊道速度的影响，因此更加要靠认为设置。

而下降延时的设定也是在WINCC的截面上直接修改设定，如图3.11所示。

图3.11尾段下降延时设定

2、尾段裙板下降

下降延时通过主控人员在WINCC界面设置完成过后，主控人选需要对不同的规格、不同的轧制速度的条件下灵活的设置，通过设置的时间控制定时器的通断，下降延时时间必须要比计算时间长，才会有可能触发裙板下降。

如图3.12所示。

图3.12裙板下降控制

第四章生产中存在问题及处理意见

在实际的运行当中，在主控室的控制面板WINCC界面上，有关于尾钢的的运行显示和范围测量显示，如图4.1所示。

图4.1尾段抛钢延时设置画面

在图中测量范围的LED显示灯与运行情况的LED显示灯在长时间运行时，会出现显示不一致。

例如：

测量出的范围为小于35米（25~35米），该段LED灯亮，实际运行显示的时间则可能为45米。

这让主控人员容易操作出错。

经过分析，问题可能出现在设定的延时上，导致WINCC显示错误，如图4.2和4.3所示。

图4.2尾端判断

图4.3尾端WINCC显示

在程序中原本设置短暂的定时是为了防止当3#飞剪信号断光后，35米和45米尾端同时置位。

但是时间定的过长可能存在判断错误的可能，例如：

当尾端钢的长度刚刚为35米时，在原35米尾端计算时间定时完时，刚刚好3#飞剪热检信号断光，这时由于有一个短时的定时，在短时定结束前，35米尾端计算时间就走完，导致35米尾端无法置位，这样就会触发45米尾端置位，出现WINCC误判断。

因此我采用更换定时器来改变误判的情况。

将原来的通电延时定时器换成保持通电延时定时器，同时取消了短定时，避免时间上的误判断。

如图4.4所示。

图4.4改进后尾端判断

判断出尾端长度后，即可根据WINCC显示程序进行精确显示，提高了判断的精确度。

另外，在实际运行时，还存在一个不方便的问题，当出现尾钢在输入辊道上的速度过快时，发生冲出冷床的跑钢现象，这时，主控人员只能从尾段长度范围测量显示中知道是哪个，但是不准确，而尾段实际运行显示种的LED显示的时间太短，主控人员有时也来不及看就已经熄灭了，因此，我在原程序中稍微增加了一个置位复位指令，如图4.5所示。

图4.5新增置位复位指令

通过置位指令让WINCC中的LED显示灯常亮，将倍尺剪信号置给复位信号，只有等到下一次剪切信号来时就会对SR触发器进行复位，从而让LED显示灯熄灭，这样让主控人员很直观的，很准确的确定不同长度尾段的上冷床情况。

第五章结束语

本文以我厂冷床裙板自动控制系统为主体，介绍了冷床裙板自动控制系统的组成，以及该系统在冷床裙板的运行过程中所起到的作用，结合冷床裙板自动控制系统的操作说明。

该控制系统反映了裙板各项参数的变化，实现整套系统的自动调节，尽量减少裙板的误动作，提高生产的效率和降低能耗，并确保操作安全，实现生产过程自动化。

该论文通过对我厂冷床裙板自动控制系统应用的介绍，让我对裙板的自动控制有了进一步的了解，熟悉了自动控制给操作者和维护人员带来的极大便利，越来越意识到自动控制在生产中的重要，由于本人的知识有限，在论文的编写过程中，遇到很多问题，能顺利的完成还要感谢指导老师XXX和师傅XXX以及技术组同事的耐心指导。

第六章参考文献

[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：

机械工业出版社.2011.4

[2]周海.深