夏江濤　陳剛　李華

【摘 要】連續(xù)熱鍍鋅機組帶鋼從鋅鍋至冷卻塔塔頂轉(zhuǎn)向輥的這一段較長范圍內(nèi)，帶鋼在氣刀和冷卻風(fēng)機等對帶鋼的作用下，會使帶鋼產(chǎn)生振動，影響到了帶鋼鋅層的厚度控制。本文介紹了S7-300PLC在熱鍍鋅生產(chǎn)線上帶鋼磁力式振動阻尼系統(tǒng)上的應(yīng)用，保證包括PLC系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)以及運行效果。經(jīng)驗證，該系統(tǒng)可以有效解決帶鋼抖動問題。

【關(guān)鍵詞】 PLC WinCC 振動阻尼系統(tǒng)

1 引言

連續(xù)熱鍍鋅機組帶鋼從鋅鍋至冷卻塔塔頂轉(zhuǎn)向輥的這一段較長范圍內(nèi)，帶鋼不允許有任何形式的接觸式依托點，在氣刀和冷卻風(fēng)機等對帶鋼的作用下會使帶鋼產(chǎn)生振動從而引起一系列問題，既影響鍍鋅帶鋼的質(zhì)量又增加了金屬鋅的消耗。為了解決這一問題，在氣刀上方安裝有磁力式的防振動阻尼裝置，采用磁力非接觸式穩(wěn)定原理，利用與帶鋼表面垂直的異向磁力最大限度地抑制帶鋼的振動振幅。整個振動阻尼系統(tǒng)采用了西門子公司的SIMATIC S7-300控制系統(tǒng)，人機界面采用WinCC系統(tǒng)，能夠有效的解決帶鋼振動問題。

2 工藝簡介

實際生產(chǎn)時，在鋅鍋沉沒輥和塔頂轉(zhuǎn)向輥之間數(shù)十米的帶鋼僅僅依靠張力的作用保持穩(wěn)定。帶鋼的橫向無規(guī)則振動直接導(dǎo)致氣刀噴嘴與帶鋼的距離的變化，想完成對鋅層厚度的控制是很困難的。通過一般手段，如控制張力或者改善氣刀噴嘴形狀可以減小振動，但不能從根本上解決問題。想有效直接解決振動，最直接的辦法是安裝夾緊輥。但是熱鍍鋅作業(yè)線上，在鍍層結(jié)晶冷卻前是不允許直接接觸鋅層的。磁式振動阻尼系統(tǒng)通過安裝在帶鋼兩側(cè)能在帶鋼上產(chǎn)生異向磁力的磁力裝置，以異向磁力作用抑制帶鋼的橫向移動，其產(chǎn)生的力學(xué)效果類似于夾緊輥。

整個系統(tǒng)由幾個部分組成：

（1）磁力調(diào)節(jié)系統(tǒng)：調(diào)節(jié)電流以達到控制磁力的大小。

（2）帶鋼距離測量傳感器：用于測量電磁裝置與帶鋼的距離。

（3）裝置行走機構(gòu)：調(diào)節(jié)電磁裝置與帶鋼之間的距離。

（4）輔助設(shè)施：包括氣動冷卻機構(gòu)，磁力測量等。

（5）控制系統(tǒng)：PLC及人機界面，系統(tǒng)的自動控制與操作、數(shù)據(jù)記錄等。

3 SIMATIC S7-300控制系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)硬件與通訊方式

西門子可編程控制器S7-300，屬于通用型PLC，特點是循環(huán)周期短，能用于復(fù)雜過程的控制，模塊化設(shè)計，完全可以達到控制要求，且能提供不同檔次的器件進行選型。本阻尼系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用的配置見表1。

系統(tǒng)采用的通訊方式是西門子的PROFIBUS現(xiàn)場工業(yè)總線。PROFIBUS是用于自動化系統(tǒng)的開放式工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可確保實現(xiàn)集成通訊，是一種高速低成本的通信。PROFIBUS的物理層是RS-485接口。最大傳輸速率是12M比特/秒，最多可以與127個節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)中可以接串接中繼器，用光纖通信距離可達90km。其網(wǎng)絡(luò)中還有很大擴展空間，可接入很多種總線設(shè)備，如智能I/O站，智能開關(guān)，也能接入其他控制終端，如智能從站、PG機、遠程控制設(shè)備、無線設(shè)備等。

3.2軟件設(shè)計與人機界面

編程軟件采用西門子公司的STEP 7 V5.4。STEP 7包括的編程語言有三種，分別為梯形圖（LAD）、語句表（STL）和邏輯塊圖（FBD），通過軟件的項目管理器可以啟動工程項目及編程工具，進行硬件配置和程序編寫，并能在線訪問PLC內(nèi)存進行監(jiān)視和編輯。

在生產(chǎn)線鋅鍋操作室里設(shè)置了一臺上位機用于在線操作，人機界面系統(tǒng)采用西門子工程控制軟件WinCC6.0來實現(xiàn)，用于設(shè)備的各種參數(shù)輸入顯示等功能。通過監(jiān)控畫面可以查看報警畫面、磁力調(diào)節(jié)電流歷史趨勢圖、阻尼裝置與帶鋼距離趨勢圖等系統(tǒng)控制器相關(guān)數(shù)據(jù)，并可以保存供日后分析使用。

WinCC有強大的編程環(huán)境，用戶可隨時根據(jù)實際生產(chǎn)需要編制并產(chǎn)生新的功能，在上位機上設(shè)置后就能在畫面上顯示并使用。

4 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

阻尼裝置有2套行走機構(gòu)，磁力裝置、帶鋼距離測量傳感器安裝在一個不銹鋼箱體內(nèi)，依靠行走機構(gòu)調(diào)節(jié)電磁鐵與帶鋼之間的距離。驅(qū)動采用變頻器調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)時，箱體以30mm/s的速度自動定位，在接近目標(biāo)時，程序控制減速以達到最佳位置。帶鋼運行的情況下，箱體可以在20分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)到位。

帶鋼從兩個箱體之間穿過，需要不間斷地測量磁力裝置與帶鋼表面的距離。距離過大，磁力裝置達到相同效果需要更大的磁力；距離過小，帶鋼的抖動或帶鋼板形產(chǎn)生的形變會使帶鋼表面與阻尼裝置相接觸?？刂葡到y(tǒng)通過安裝在箱體上的兩個激光位置傳感器實時檢測帶鋼的位置變化（測量范圍為30～100mm，精度為0.1%），動態(tài)分析阻尼效果，并同時調(diào)節(jié)磁力裝置到帶鋼表面的距離和驅(qū)動磁力裝置的電流以達到最佳的阻尼效果。

5 應(yīng)用效果

在使用之前，帶鋼在沒有非接觸式帶鋼防抖動裝置的制約時，最大抖動幅度達4mm左右。系統(tǒng)投入使用后，操作人員只需在HMI上進行控制或參數(shù)調(diào)節(jié)，當(dāng)阻尼裝置箱與帶鋼之間的距離及電流輸出值平穩(wěn)后，帶鋼的抖動幅度僅僅在1mm以下。振動裝置在不工作或當(dāng)鋅鍋的氣刀等系統(tǒng)需要拆卸和維護時，可以沿其滑道移回，不影響鋅鍋三大件的更換和維護。其安裝后示意圖如圖1所示。

6 結(jié)語

以S7-300為控制系統(tǒng)的防帶鋼振動阻尼裝置在某廠鍍鋅線投入運行以后，通過一段時間的使用，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，帶鋼振動減輕之后，鋅層厚度及鍍層均勻，在保證質(zhì)量的前提下生產(chǎn)出來的熱鍍鋅帶鋼能節(jié)約大量的鋅原料。一般鍍鋅層厚度為50g/m2～200g/m2，現(xiàn)在僅單面鍍鋅層厚度可減少2.5g/m2，隨著目前鋅價的攀升，一條年產(chǎn)十萬噸的生產(chǎn)線僅降低鋅耗即可節(jié)約數(shù)百萬元的成本，這對于熱鍍鋅生產(chǎn)企業(yè)降本增效有著重大意義。

參考文獻：

[1]Anno Jordan.控制熱鍍鋅帶鋼振動降低生產(chǎn)成本[J].鋼鐵譯文集，2008，（1）：45～47.

[2]KAWANISHI MASAMI etc.MITSUBISHI HEAVY IND LTD.STRIP SHAPE-CORRECTING AND DAMPING DEVICE.日本.No.JP2001117689，2002-10-31.

作者簡介：夏江濤（1982—），男，漢族，湖北武漢人，碩士研究生，工程師，研究方向：電氣自動化。