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1、刮注止訇秒似 连续热镀锌生产线控制设计架构 王威，周春I 临 ( 北京机械工业研究所机器人中心北京l O 1 1 ) 摘要，连续热镀锌生产线是较大型的电气控制项目，控制逻辑较为复杂。在保证产品正常生产的前 提下，如何才能较优雅的实现自动控制意图是需要在控制设计中思考的。最终的电气控制程 序不仅应能完全实现生产线的工艺要求，还必须有良好的可读性，健壮性，重用性，易于维 护和扩展。这样对于项目的后期维护，后期项目软成本的控制，都是有益的。 关键字，连续热镀锌；控制；架构 A b s t r a c t ：C o n t i n u o u sh o td i pg a l v a n i z i
2、n gl i n ei sab i g g i s he l e c t r i c a lc o n 仃o lp r o j e c tw h i c hi sc o m p l e xf o rc o n t r o l l o g i c O nt h ep r e c o n d i t i o no fi n s u r i n gn o r m a lm a n u f a c t u r e ，i ti sn e c e s s a r yt oc o n s i d e rh o wt oc a r r y o u ta u t o m a t i o nc o n v e n
3、 i e n t l yi nt h ep r o c e s so fd e s i g n T e r m i n a le l e c t r i c a lc o n t r o lp r o g r a ms h o u l db e ， a b l et o n o to n l yr e a l i z et e c h n i c a ld e m a n do fp r o c e s s i n gl i n e ，b u th a v eg o o dr e a d a b i l i t ya n dr e u s ea n d e a s ym a i n t e n
4、 a n c ea n de x t e n d i b i l i t y I ti sb e n e f i tf o rm a i n t e n a n c ea n dc o n t r o l l i n go fs o f tc o s ti nt h e e v e n i n go fp r o j e c t 。+ k e y w o r d ：C o n t i n u o u sh o td i pg a l v a n i z i n g ；c o n t r o l ；f r a m e O 引置 镀锌板因其良好的防腐蚀性能已经广泛用 于家电、装饰、广告和民用等行业
5、，尤其以家电行 业( 空调室外机、冰箱外板、洗衣机面板、电脑机 箱、微波炉等) 和彩涂基板行业需求量最大。而控 制技术在带钢连续热镀锌生产线中显得尤为重要。 带钢连续热镀锌生产线按生产工艺过程分为 入口段、工艺段、出口段三个部分。入口段是为了 保证工艺段钢带能够连续的生产，主要传动设备有 开卷机( 2 台，用于入口段钢卷的换卷) 、焊接机、 l # 张紧辊机组、入口活套；工艺段设备有2 # 张紧 辊机组、3 # 张紧辊机组、炉辊、4 # 张紧辊机组、5 # 张紧辊机组、拉矫机组、6 # 张紧辊机组，该段要求 钢带运行速度保挣叵定，钢带张力分布合理、稳定， 镀锌层薄而均匀；出口段要将已完成镀锌的
6、钢带卷 成卷材同时保证生产的连续性，主要设备有出口活 套、7 # 张紧辊机组、卷取机等。热镀锌生产线长、 传动设备多、张力控制要求严格、带钢容易跑偏、 必须连续生产。 1 传动设计 针对该生产线组成的工艺特点，传动装置选用 的是德国S I E M E N S 公司生产的S I M o V E R T M A S T E R D R I V E S 系列矢量控制逆变器；P L C 选用的是 S I E M E N S 公司S I M A T I C4 0 0 系列，根据该生产线的 组成特点P L C 系统采用一个主站( $ 7 - 4 0 0 ) 带三个 从站( E T - 2 0 0 ) 的方
7、式，P L C 之间通讯采用P r o f i b u s 通讯总线。主站设在主控室，三个从站分别设在三 个段( 入口段、工艺段、出口段) 的主操作台。 连续生产线中几点基本传动控制要求： ( 1 ) 每个传动设备稳定运行时的线速度必须一 致； ( 2 ) 每个张力区间的带钢张力必须均衡稳定，特 别是退火炉内的带钢张力； ( 3 ) 每组张力机组需要根据其作用采用与其相 适应的控制方式( 张力型或速度型) ； ( 4 ) 注意入口段和出口段的张力精度，确保入口 出口传动设备能快速消除因活套充放套时带来的 动态扰动，使其能快速动态响应达到新的平稳点。 根据生产线的工艺要求，传动设备控制方式是 用
8、一个大直流系统带动若干逆变器。 整流系统 收稿日期：2 0 0 6 0 5 0 8 作者简介：王威，大学本科，毕业于武汉科技大学信息与工程学院自动化专业，现在北京机械工业自动化研究所机器人 中心从事电气控制设计工作。周春临，大学本科，毕业于北方工业大学工学院工业自动化专业，现在北京机 ，械工业自动化研究所机器人中心从事电气控制工作。 【2 8 8 】第2 8 卷增刊2 0 0 6 0 7 参l 泣业匐矽似 此条生产线采用整流器带逆变器的方案。优 点： 如果有一个传动装置工作于发电状态时 可通过中间回路进行能量交换。 同单台变频器传动比较，安装尺寸较小。 逆变单元 此条生产线的逆变单元采S I
9、M O V E R T - M A S T E R D R I V E S 的D C 系列逆变器。它具有以 下特点： 。 通过V f 特性曲线的频率控制 频率控制适用于简单应用场合。 磁场定向闭环控制( 矢量控制) 用于高动态性能传动系统的频率控制、转速控 制和转矩控制。磁场定向控制方式可以达到同直流 传动系统相比美的动态性能。它能做到准确地推断 和调节转矩电流分量和磁通电流分量。利用这个矢 量控制的方法，预先给定的转矩可以准确地维持和 限定。 连续热镀锌生产线采用的是带速度反馈的矢量 控制。 2 张力控制 基于生产线连续生产需保持稳定张力的考量， 可将全生产线分为若干张力段：开卷段，活套前张
10、 力，前活套张力，脱脂段，炉内，锌锅，拉矫前， 拉矫后，后活套张力，收卷。将开卷机定为张力辊， 与作为速度辊的1 # 张紧机组一起建立开卷的张 力。由l # 机组S 辊提供活套前张力，钢带由入口 段经由活套到达清洗段时，由2 # 张紧机组作为张 力辊提供清洗段的张力。退火炉内张力由作为速度 辊的3 张紧机组提供，3 张紧与位于炉口的张力 计闭环，实时地调节炉内张力。当钢带出锌锅后， 经由冷却塔冷却后即要开始进入拉矫机组。拉矫机 正常运转所需要的张力由5 、钟机组各自提供。5 撑 机组提供拉矫前张力，甜机组提供拉矫后张力。最 ，后，由弹张紧机组作为速度辊，和作为张力辊的 收卷机一起建立收卷段张力
11、。钢带入锌锅的张力可 由甜辊进行小范围调节。 3 控制逻辑的架构设计 确定各个机组辊的控制模式完毕，需考虑控制 逻辑的架构设计。由于P L C 采用的是S I E M E N 公司 的4 0 0 c p u ，控制上使用了s t e p 7 作为项目管理平 台。根据项目需求分析后抽象出工艺模式或是设备， 根据其特性建立对应的接口或是组件。S t e p 7 中提 供有F u n c t i o nB l o c k ，可以用于实现设备组件。 结合热镀锌生产线，即可发现该项目中主要传动控 制设备是S I E M E N 公司7 0 系列逆变器和4 4 0 系列变 频器。由于该两种设备都属S I
12、E M E N 公司传动产品， 因而在控制原理上有很大程度的相似性，也就是说 两种传动设备有很大部分相同的控制方式和特性。 因此，在设计时可使用F u n c t i o nB l o c k 将逆变器和 变频器抽象成一种传动设备，赋予该设备所通用的 传动特性，所具有的静态特性或是各种额定值可写 入该F u n c t i o nB l o c k 的s t a t 变量表中，这样，当 遇到不同规格的此类传动设备时，无须更改程序， 或是修改组件的外部接口管脚，只是修改该 F u n c t i o nB l o c k 对应的D a t aB l o c k 中的s t a t 量 即可。提高
13、了程序的可维护性，可读性和重用性。 在s t e p 7 中，还有种用于逻辑实现的块F u n c t i o n ， 其与F u n c t i o nB l o c k 的最重要的区别就是 F u n c t i o n 中没有s t a r 量。这就使得F u n c t i o n 不 适合用于描述一个设备。那么何时该使用F u n c t i o n 呢，当控制中需要实现某些基本计算，或是建 立通用功能时，例如开收卷的卷径计算，D P 从站的 P K W 字读写等，用F u n c t i o n 来实现就更合适了。也 就是说F u n c t i o nB l o c k 从某种意
14、义上说适合于对 想要实现的控制设备进行描述，而F u n c t i o n 。适合 于编写科学计算或是描述工艺流程。 对于控制流程的考虑，为了实现程序良好的可 读性，便于查阅或是维护，应最大程度的将逻辑实 现封装在各F u n c t i o n 中，然后在主逻辑中顺序循 环扫描各个F u n c t i o n 。在代码功能的分配上，可 以采用“工艺要求负责”的方式，将分析好的功能 要求交由指定F u n c t i o n 完成，然后定义适合的接 口管脚或是存储区域从外部采集数据或是将处理 完毕的数据向外传递。 ， 4 应用 经过萧山华东镀锌线，萧山协和镀锌线，山东 风阳镀锌线，佛山南钢镀锌线的实际检验，实施良 好的架构设计和较优的逻辑实现，在项目的维护和 成本控制等要求中，都得到了较好的体现。 第2 8 卷增刊2 0 0 6 0 7 【2 8 9 】
