中型材冷锯区域设备自动控制的实现

赵庆丰

摘要：宣钢型材生产线2007年建成投产，年产量70万吨。该生产线钢材定尺锯切由冷锯区域设备完成。本文通过对冷锯区域设备的学习和研究，在原设计半自动化的基础上，对冷锯区域设备进行了自动控制设计，通过加装检测元件和编制PLC程序，将冷锯区域设备各个工序过程相互衔接，实现了冷锯自动锯切控制。经过对冷锯区域设备的自动控制设计，提升了冷锯自动化运行程度，提高了生产作业率，降低了人工生产劳动强度。

关键词：型材；冷锯区域设备；自动控制

1 宣钢型材生产线及其冷锯区域简介

宣钢型材生产线2007年建成投产，年产量70万吨。可生产的产品规格包括8#—20#角钢，10#—28#槽钢，10#—25#工字钢，25#—50#U型钢，Ф50—Ф110 mm圆钢和100mm—150mm方钢。

该生产线钢材定尺锯切由冷锯区域设备完成。冷锯区域以冷锯为核心，实现冷锯定尺锯切功能。冷锯区域设备包括锯区辊道、1#冷锯、2#冷锯、固定冷锯、齐头挡板和定尺机，以及其他机械设备。锯区有三台冷锯用于锯切轧件，可根据需要锯切成6～12.5米不同定尺的成品材。三台冷锯包括1#冷锯、2#冷锯和固定冷锯，其中1#冷锯和2#冷锯能够左右移动，固定冷锯为基准固定不可横向移动。齐头挡板可以上、下动作，在锯切过程中对齐钢材，与固定冷锯配合切头。定尺机也可左右横向移动，其内部有多个挡板，根据不同定尺的要求选择不同挡板上下动作，与冷锯配合锯切所需的钢材尺寸。锯区辊道为变频控制，作为传输待锯切钢材使用，可根据现场实际要求调节辊道速度。

2 冷锯自动化控制系统介绍

工业自动化现场总线网络组态结构采用三级控制系统和两层通讯网络结构。三级控制系统中，从顶层至底层分别为人机接口（HMI）、基础自动化系统和执行模块。其中，人机接口（HMI）即为客户机或手操屏画面，基础自动化系统为PLC系统，执行模块包括远程站、传动调速系统等。两层通讯网络包括工业以太网通讯网络和ProfibusDP通讯网络。人机接口与PLC之间及PLC彼此之间联成以太网，实现彼此的信息交换；PLC与各自的远程I/O站之间或与调速传动之间采用ProfiBusDP通讯网络。

冷锯自动化控制系统，基础自动化系统采用西门子S7 400 PLC 系列的处理器CPU 4142 DP。PLC系统之间、PLC与人机接口（HMI）之间采用工业以太网通讯。PLC与远程站ET200、PLC与变频器之间采用ProfibusDP网络通讯。PLC程序采用西门子STEP7 V5.5进行编制，画面采用西门子WINCC 6.0。为使整条轧线为一个整体控制系统，各部分之间可以进行通讯，使用工业以太网相互连接。

冷锯PLC由两路ProfibusDP网络组成，一路为远程站网络，另一路为变频器网络。远程站网络包括操作台远程站、液压站远程站、中压水站，变频器网络包括三段辊道变频器。操作台远程站主要为冷锯部分的开关量和模拟量的输入/.输出；液压站远程站主要为冷锯集中液压站控制的输入/.输出部分；中压水站远程站主要为冷锯中压水控制的输入/.输出部分。锯区辊道控制分为三段，由三台变频器控制。

3 冷锯区域设备自动控制的实现

为提高中型材冷锯区域设备自动化程度，提高生产作业率，降低人工劳动强度。在原设计半自动控制的基础上自行设计了冷锯区域设备工序过程的自动控制。

冷锯区域加入适当的检测元件并通过自动化编程，使各工序过程相互衔接，实现冷锯区域的自动锯切控制。

在1#锯、2#锯、固定锯和定尺机前分别加入冷金属检测器，即为冷检1～4，并通过编制程序对锯区设备进行自动锯切控制。

冷锯区域自动控制编程思路流程（以三台锯同时使用为例）：

（1）冷檢1、冷检2、冷检3陆续检测到轧件上升沿信号后，齐头挡板升起，锯区辊道延时（延时可在WINCC画面上设定）停止，轧件撞击挡板对齐后，压料手和拉料手夹紧压实轧件，固定锯前进进行切头。

（2）锯切完毕后，切下的头部掉入辊道下方收集斗中，固定锯退回至初始位，同时压料手和拉料手松开轧件，齐头挡板下降，锯区辊道运行，冷检4检测到轧件信号。

（3）定尺机挡板下降，轧件撞击挡板对齐，锯区辊道停止，压料手和拉料手夹紧压实轧件，三台锯同时前进锯切。

（4）锯切完毕，三台锯均退回至初始位后，同时压料手和拉料手松开轧件，定尺机挡板上升，锯区辊道运行。

（5）三台冷锯本次共锯切三段定尺材，由于三段锯区辊道转速不同，冷检4可检测到三个空档位（可检测下降沿信号）。

（6）冷检4检测到三个空档位信号后，返回执行（3）～（5）步骤。

（7）当冷检1检测到钢尾信号后，证明本排轧件锯切即将完毕。当尾部剩余不多，即会掉入辊道下方收集斗中，完成一次锯切任务。当尾部还有一段长度时，继续运行至冷检4处。冷检4检测到轧件信号，定尺机挡板下降，若冷检3和冷检2也检测到轧件，则固定锯和1#锯同时锯切；若只有冷检3检测到轧件，则固定锯进行锯切。这样也完成了一次锯切任务。

冷锯区域自动控制说明：

（1）冷锯区域设备可进行手动和自动控制。

（2）上述为三台冷锯同时使用编程流程，也可再冷锯锯切的基础上选择两台或一台冷锯进行自动控制。

（3）冷锯前进和后退到位需要分别安装前后极限到位信号。

（4）锯切轧件长度锯切需提前计算，剩余的尾部长度尽可能短，可自行掉入辊道下的收集斗中。

（5）三段锯区辊道分别由各自变频器控制，可单独设定速度，自动锯切要求锯区辊道1～锯区辊道3转速逐渐增加，可拉来锯切完的轧件之间的距离，便于检测元件检测并执行下一步的自动控制。

（6）齐头挡板下降为原始位，上升为对齐位；定尺机挡板上升为原始位，下降为对齐位。

4 结论

宣钢中型材生产线，冷锯区域设备工序过程相对复杂，涉及控制的设备较多。通过对冷锯设备的学习和研究，在原设计半自动化的基础上，对冷锯区域设备进行了自动控制设计，提升了冷锯自动化运行程度，提高了生产作业率，同时降低了人工生产劳动强度。