南钢高线厂在线水冷设备的PLC控制.doc

南钢高线厂在线水冷设备的PLC控制张欢冯汉彪摘要：本文介绍SIEMENS PLC在南钢高线水冷控制系统中的应用，对系统的组成及软件构成作了简要阐述。关键词：PLC可编程控制器水冷线控制系统PLC Control in Water Cooling Line at Nanjing High Speed Wire Rod PlantZhang HuanFeng HanbiaoAbstract:This paper introduces the application of SIEMENS PLC S5-135U in water cooling line control system at Nanjing high speed wire rod plant,and describes the composition and function of the cooling system,and its software architecture.Keywords:PLCwater cooling linecontrol system1概述控制轧制和控制冷却是高速线材轧机的两大工艺支柱。轧件经15架次轧机轧制后，温度在960左右，而精轧机BGV入口温度根据工艺要求和设备能力为920左右，可采用一个初冷水箱将轧件降温40左右送入精轧机。精轧是一升温过程，一般在200左右，即精轧机出口温度在1120左右，而吐丝机TFH的成圈过程和产品的金属组织性能对TFH的出口温度有要求，一般在850左右，这里采用了3个水冷箱将轧件从1120降至850左右(根据不同的产品要求而有所变化)。因此，对在线水冷箱的控制效果直接影响着成品线材的性能。我厂的这套在线水冷控制设备是1996年为配合轧线提速改造而更新的，由意大利DANEILI公司提供设计，电气部分由CEDA电气公司配套。电控设备的主体为一套SIEMENS生产的S5-135U PLC，用于实现轧线上水冷箱中的冷却喷嘴和清扫喷嘴的开关控制及轧件在关键点处的温度控制。2系统的组成2.1设备布置设备布置如图1所示。图1设备布置图冷却水由泵房输送至轧线，水压6105 Pa。然后分成两路，一路直接供冷却水回路，另一路经增压泵加压至10105 Pa后供清扫水回路。冷却水和清扫水路如图2所示。图2冷却水和清扫水路图精轧机前初冷水箱1个，内有冷却喷嘴和清扫喷嘴各两个，最大供水量均为50 m3/h；水箱出口有一干燥空气喷嘴，该水箱主要用来冷却预精轧机出口处轧件。精轧机后的水冷箱有3个，内部的冷却单元配置相同，各有4个冷却喷嘴和3个清扫喷嘴，最大供水量分别为150+80 m3/h和120 m3/h，它们主要对精轧机后的轧件进行冷却。1，2阀台分别通过对精轧机前后水冷箱中冷却和清扫回路的供水量进行控制，从而控制精轧机入口和吐丝机出口处轧件的温度。2.2PLC控制系统的硬件构成PLC控制系统硬件构成如图3所示。图3PLC控制系统硬件构成图SIEMENS PLC S5-135U可以在多CPU方式下运行，最多可达4块；本系统中用了2块，CPU1用于控制一台飞剪，CPU2用来控制轧件的在线冷却，CP143为一通讯板，使本系统通过SINEC H1网与上位机或其它PLC间交换数据。所用的CPU板为6ES5-928B。从现场1，2水冷阀台中，将冷却和清扫回路的入口水压，流量及精轧机入口和吐丝机出口的温度等检测信号送PLC。水冷喷嘴的开关控制信号和阀台上薄膜阀的模拟量调节信号由PLC输出至现场执行元件。图4控制程序结构框图3软件及控制流程SIEMENS S5-135U使用S5-STEP5编程语言、专用的编程器或有相同功能的PC机。在所编制的控制程序中使用了OB组织块，FB功能块，PB程序块，SB顺序块和DB数据块，其结构框图如图4所示。4系统控制原理水冷回路薄膜阀有3种控制方式：手动，自动，级联。可从操作终端OT75上进行选择，另外，在准备终端PT75上可对部分参数进行设定，其中包括阀门开度，冷却水和清扫水流量及精轧机入口和吐丝机出口轧件温度。(1)在手动方式下，可实现开环控制，即根据PT75设定的阀门开度，输出420 mA的信号调节气动薄膜阀的开度，来控制水量，从而控制轧件温度。(2)在自动方式下，可实现冷却水流量的闭环控制，即根据PT75的流量设定值，及现场流量计的检测信号，经内部程序的PID算法，得出应有的阀门开度输出控制信号，使实际流量保持在设定值。在调节阀门的同时，还对PT75来的阀门开度设定值进行修正，以保证在手动和自动方式切换时，不会产生阀门开度的较大波动。(3)在级联方式下，可实现轧件温度的闭环控制，由PT75设定的轧件温度和现场高温计检测到的实际轧件温度进行比较，经PLC内的程序运算得出所需的流量变化量，再经流量闭环，输出阀位控制信号，使该处的轧件温度控制在要求的范围内。水冷箱内喷嘴的开关控制：根据不同的产品要求，可从PT75上对喷嘴的投用按一定的原则进行配置。PLC根据轧件速度及热金属检测器的位置，计算出喷嘴的打开及关闭的延时时间，还确定流量或轧件温度的闭环控制何时投入工作。当水冷箱上游HMD检测到轧件头部信号，延时T1s，开清扫及干燥喷嘴，同时关闭管路上清扫水溢流阀，再延时T2s，开冷却喷嘴，同时关冷却水溢流阀；当检测到尾部信号，动作顺序与之相反，延时T2s，关冷却喷嘴，开冷却溢流阀，再延时T1s关清扫及干燥喷嘴，开清扫溢流阀。只有在冷却喷嘴投用时，流量或温度控制才进行闭环调节。5使用情况(1)该系统自1996年改造后使用至今，运行正常。轧制过程中，吐丝温度基本能控制在要求的范围内。但在更换新轧制产品时，需要操作人员根据经验将流量预设定在一定值，再切换至温度闭环控制，否则，要依靠系统本身进行调节，可能需要较长的一段时间，这就可能使这段时间内生产的产品性能不稳定。再一点，本系统对水压变化带来的影响未引入控制。当调节阀门开度时，其输出端的水压在短期内产生波动，引起流量的不稳，导致阀门的频繁调节，严重时，会使同一轧件性能不均，这就要求供水系统要保证对水冷设备的供水能力，保证水压稳定，这里采用的是一套溢流稳压控制。由于轧制不同品种的产品时，冷却和清扫喷嘴的投用数量各不相同，而每个水箱的溢流阀开度保持不变，当轧件尾部离开后，虽然阀门调节封锁，开度保持不变，但流过阀门的流量将发生变化，这样，在下一根轧件进入水箱，喷嘴打开，溢流阀关闭，控制投入后，将会产生较大的流量变化，使轧件头部温度偏离较多。(2)改进方法设想：为保证在轧制各种规格的产品时，水冷系统的介质保持平衡，可把每个水箱的集中式溢流，改为每个喷嘴的分散式溢流，即每个喷嘴都有自己的溢流阀。这样一来，当轧件离开水箱及下一根轧件进入水箱后，喷嘴和溢流阀开关期间，阀门开度相同，流过的流量将保持不变，从而使轧件头部的温度得到很好的控制。(