摘要：冷轧是在室温状态下对钢材进行轧制加工的一个工艺过程。冷轧薄板是以厚度在4毫米以下的热轧钢卷为原料，经过冷轧机组反复轧制至目标厚度的钢板，属于钢材中的高端产品。冷轧生产线也因其自动化程度高、技术密集、工艺链长、产品精细，而成为目前我国冶金行业最先进的生产线。
关键词：冷轧自动化；西门子；控制系统；分析
1导言
在当前阶段，伴随我国的冶金行业相关生产制造技术和设备水平逐渐提高，用户对于冷轧的钢板质量的要求也逐步提高。为了提高产品的质量和性能，轧钢生产企业越来越重视自动化控制系统，以提升整个企业的竞争力，西门子系列PLC在整个冷轧工艺的自动化控制项目中得到了较好的应用。
2冷轧生产线自动化的两级控制
冷轧生产线自动化控制系统，设计由一个分布式两级计算机网络组成，一级机（Level1)为设备控制计算机网络，也称为基础自动化；二级机（Level2）为过程控制计算机网络，也称为过程控制自动化。两级控制系统通过网络高速数据通道实现互通信。一是控制一级。基础自动化级主要是通过对设备顺序、位置、速度等数据的采集和处理，实现生产线入口、出口自动化，完成对产品厚度、宽度、张力及板形控制等基础性任务。基础自动化系统的设计应满足液压系统控制以及各功能间相互通信、逻辑控制、人机对话、数据传输、数据处理及物料跟踪等功能。二是控制二级。过程控制自动化级一般采用互为热备份的两台计算机，通过以太网将两台过程控制计算机和附助设备连接在一起。从热轧酸洗卷开卷开始，对原料初始数据输入和管理，对待轧、正轧、已轧的钢卷进行跟踪，对过程参数数学模型进行计算和预设定，对轧制过程数据进行收集处理和记录，生成和打印工程报表、生产报表和质量报表，完成数据通讯、过程自学习、人机对话、模拟轧钢、历史数据处理、应用系统起动和操作、维护画面的显示事件监视等任务的控制等，一直到钢卷运输系统在线称重离线后结束。
3冷轧过程自动化部分
冷轧过程自动化的概念可概述为：在生产的轧制过程中，通过采用反映轧制过程变化规律的数学模型、自动控制装置、计算机及其控制程序等，使各种过程变量（如流量、温度、张力和速度等）保持在所要求的给定值上，并合理地协调全部轧制过程以实现自动化操作的一种先进技术。由于对冷轧薄板质量的要求越来越严，因此计算机控制系统已是冷连轧不可缺少的组成部分。二级计算机系统在生产中的作用：它利用材料跟踪功能来支持生产；利用模型计算出设置值，并把这些设置值送到现场级，这样可以减轻现场控制系统的压力，也可以统一产品质量；利用神经网络可以多次计算设定点来优化产品；并且可以使操作简单化，解放了大量的劳动力，日志功能可以给工程师等人提供技术参数支持；所以二级计算机实现了现代的、先进的工业自动化。
4冷轧自动化控制系统
在冷轧过程中的自动化进程，是在进行轧制生产的过程中，通过使用一些可以反映轧制过程变化的数学控制模型和一些自动控制的装置以及计算机软件程序技术等，让冷轧过程中的各种变量（比如说流量、实时温度、表面张力和速度等变量）保持在一个所要求的给定阈值内，并且科学合理地进行轧制过程以及实现全盘自动化操作的先进技术。用户对冷轧薄板的质量要求逐步提高，所以利用计算机控制下的自动化系统已成为冷轧过程中一个不可缺少的组成部分。二级计算机系统在冷轧生产过程中的作用：利用材料跟踪功能大规模支持生产；利用系统模型计算得出合理的设置值，并把设置值输入到现场，可以大大减轻现场控制设备的操作压力，提高产品的生产质量；利用神经网络计算相应的设定点来进行产品的优化工作，简化操作，减少劳动力的使用；预留日志的功能还可以给相关的工程师提供技术参数支持。在当前的轧钢领域里面使用最普遍的机器为连轧机，生产效率非常高，可以完美实现机械化技术与自动化技术的结合，确保轧钢的产量最大化。然而伴随科学技术的大力发展，轧钢自动化的技术也要不断革新：需要在轧钢的过程中加入一些数学模式，进行如张力计算或摩擦力分布计算等；要完善检测仪表及相关系统的性能，保证在当前轧钢速度不断提高的条件下，轧钢的自动化控制水平可以满足需要；改善计算机控制系统的软硬件配置，在整体上提高计算机设备的性能。
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5基础自动化
基础自动化系统（L1级）主要由PLC，远程I/O和HMI组成，控制生产线的运行。其功能主要包括生产线的各种传动控制，工艺和仪表的开环和闭环控制，采集生产线的重要状态信息，质量数据和消耗量数据，并报送二级系统。提供操作员画面，方便生产线的操作和维护。其中HMI是基于服务器和客户机原理，相互之间以及与自动化系统之间通过快速以太网连接。服务器负责过程通讯，数据存储以及与客户机通讯。客户机作为操作站，显示服务器发来的数据，接受操作工的输入并传送给服务器。同时采用SIEMENS Win CC（WindowsControl Center———窗口控制中心）系统软件包作为HMI的核心软件，具有实时监控、历史趋势图和报表、故障信息、良好的人机界面、丰富的图形库、过程控制功能块和数学函数、数据采集、监视和控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机的操作监视系统。冷轧项目所用到的基础自动化控制系统所用到的产品介绍:冷轧项目各个生产机组的基础自动化系统主要采用西门子的S7-400系列PLC和Win CC系统，PLC控制系统与人机接口的Win CC均为西门子公司产品，所以控制系统在以太网及Profibus－DP网通讯上比较简单、易维护。
6软件组态
这个系统的软件采用Wincc软件，Wincc使用非常方便、功能也很齐全，用户可以进行组寒、编程和数据管理，操作画面、控制画面、监视画面、实时曲线、历史曲线等非常齐全。下面介绍一下操作画面和控制画面：操作画面：通过系统控制液压泵站，自动控制油温，如果出现油温异常、压力异常、油液洁净度下降、液位低等立即报警，提醒操作人员及维护人员注意，便于维护。控制画面：系统实时监控开卷机、卷取机、主机的运行是否良好，里面所有的直流电机的运行状态都可以监控———电枢电流、轧制速度、开卷，卷取卷径值、前后张力给定值，入口/出口厚度、轧制力、弯辊力、轧制油温度及压力显示，轧制液喷射状态。
7实践应用
基于PLC和AGC的铝箔板厚度控制系统在产品生产中获得了令人满意的效果。针对厚度为0．1 mm的铝箔板，AGC控制厚度在20μm范围内的比例为95％，远远高于人工轧制78％的比例，事实验证，本方案所采取的模糊PID控制器完全能满足铝箔板厚度控制的要求。
8结论
在实际使用过程中，FM458工作稳定可靠，编程功能强大且易于修改维护，并能很好地融入到S7-400的控制系统中。铝箔厚度在基于S7-400PLC的AGC系统作用下，满足了预期的效果。具体生产过程验证了在铝轧机上安装AGC系统提高了轧机精度的同时，也方便了现场操作人员的人工操作。基于S7-400的AGC系统人机界面友好、维护方便、成本投入低的优点，对我国铝箔生产产生了较大的社会效益和经济效益。
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论文作者:陈苗苗,杨雪松,李玉冰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
标签：过程论文; 操作论文; 系统论文; 厚度论文; 控制系统论文; 生产线论文; 过程中论文; 《基层建设》2018年第25期论文;