ControlLogix在彩涂生产线的应用

1 引言

近几年，由于市场对彩涂板的需求量日益增加，广泛应用在家电产品，办公设施，汽车板等行业。同时，市场对彩涂板质量的要求与过去相比更加严格。为达到较高的成材率，节省人力和能源的目的，唐钢冷轧薄板彩涂生产线引进世界先进设备，自动化系统采用罗克韦尔自动化公司的ControlLogix系统，实现对彩涂生产线的数据采集、过程控制、顺序控制、传动控制及运动控制、安全连锁等。

2 彩涂生产线工艺简介

生产线由入口段、入口活套段、化学处理段、涂层段、出口活套段、出口段六部分组成。

2.1 入口段

通过测宽、测径后的钢卷由运卷小车输送并插入开卷机，钢卷头部由夹送辊送入双切剪，在这一区域安装两套入口钢卷座、入口运卷小车、开卷机和夹送辊。钢卷头部有缺陷的部分由双切剪剪掉，由带钢输送台把钢卷输送到缝合机，将前后两卷带钢头尾缝合在一起。入口处钢卷处理为自动和手动。本段特点：生产线上安装两台开卷机，双排型缝合机。

2.2 入口活套段

入口活套有效储量为 175米，与入口钢卷的处理时间对应，在穿带过程中，为了消除危险，活套上辊是移动的，下辊是固定的。当带钢缝合时，工艺段可以保持正常工艺速度连续生产。

2.3 化学处理段

在活套后部，安装清洗和漂洗设备，除去带钢表面油脂和氧化物。清洗设备由1个碱洗槽，1个刷洗槽，1段表面调整，4个热水漂洗槽清洗段和1台化学涂层机组成 。碱洗槽用喷淋法进行化学清洗和脱脂， 刷洗槽用机械方法进行清洗和脱脂，表面调整为了增加化学液与镀锌板的附着力，增强耐弯、耐剥落能力，热水漂洗槽使用喷热水除去带钢表面残留物，化涂机将带钢表面涂上化学保护膜，增加涂料与基板的附着力。预处理为铬酸盐辊涂处理。
各段的温度、液位被自动控制，浓度测量显示。

2.4 涂层段

这一部分由涂层机和炉子组成。

(a)涂层机

经过化学处理的带钢进入涂层机由涂层机对带钢进行涂层。在这条生产线上，涂层工艺分两步进行。第一步为初涂。第二步为精涂。涂层厚度由涂敷辊的频率和两个辊之间的位置可以很容易控制，在备用精涂机上安装快速更换颜色装置。涂膜厚度由辊子旋转速度和测辊缝传感器控制，连接处可以由专用设备拆卸。涂层机维护方便：涂头可以从工作侧抽出，涂层机由轴承箱操纵杆快速更换。

(b) 炉子段

炉子段由四部分组成，依此为No.1初涂炉，No.1冷却装置，No.2精涂炉，No.2冷却装置，目的是对带钢进行烘干。No.1初涂炉，No.1冷却装置安装在第二层上，No.2精涂炉，No.2冷却装置安装在第三层上。

经过No.1初涂机，带钢进入No.1初涂固化炉，由热空气加热到所需烘烤温度，然后进入No.1冷却装置。

No.1冷却装置通过喷水对带钢进行冷却，冷却后的带钢通过 No.1干燥器进入No.2涂层机。

经过No.2精涂机，带钢进入No.2精涂固化炉，由热空气加热到所需烘烤温度，然后进入No.2冷却装置。

每个炉子的温度由PLC 控制，目的是保证任何尺寸带钢的烘烤温度。炉内带钢位置由控制垂度传感器自动控制，为了保证安全，溶剂浓度由低爆炸极限（LEL）传感器显示，带钢温度由辐射高温计自动控制。

2.5 出口活套段

出口活套有效储量为175米，与出口段分卷造成的减速相对应。出口活套与入口活套采用同样的方法，在穿带过程中为了消除危险，活套上辊是移动的，下辊是固定的。

2.6 出口段

从出口活套出来的钢卷由出口剪分段，然后由张力卷取机卷取，卷好的钢卷由运卷小车放置在出口钢卷座上。这一区域安装转向夹送辊，带式输送台，皮带助卷器，出口运卷小车和出口钢卷座。出口处钢卷处理为自动和手动。贴保护膜装置布置在检查站之后保护涂层表面，在生产线上安装一台张力卷取机，从张力卷取机到钢卷座，出口钢卷处理是全自动的。

3 系统设计

3.1 ControlLogix控制系统拓扑图（如图1所示）





图1 ControlLogix控制系统拓扑图

3.1.1网络

整个彩涂生产线ControlLogix控制系统通过ControlNet网实现控制站之间进行通讯、控制器与传动控制系统的通讯、控制器与一级服务器之间的通讯。通过以太网实现一级服务器与客户端以及二级服务器之间的通讯。ControlNet网络通讯接口模块采用1756CNBR。ControlNet网是一个实时的控制网络， Controllogix控制系统的ControlNet网打破了PLC系统传统的Souce-Destination(源-目的地)的点对点和巡检的通讯模式，而采用了先进的Producer-Consumer(生产-消费)的通讯模式。其支持计划性信息和非计划性信息的传输，用ControlNet取代了以往多种主控网和现场网的功能。并具备了对实时性数据传递的确定性，可重复性和实时性要求。ControlNet和ControlLogix框架的连接由模板CNB或CNBR来实现，网络介质用75Ω同轴电缆组成，网络每段最大传输距离1000m，段与段之间用中继器可以延伸网络，网络传输速率达到5Mbps，既可以组成单独通讯网络，也可以组成冗余通讯网络。ControlNet网络配置的特点是无论是CPU框架还是远程扩展框架均由CNB(CNBR,冗余配置)模块挂在ControlNet网络上，然后由软件进行管理扩展模块的归属，这一特点使网络的扩展和走线十分灵活。该系统还可以用以太网通讯模板和DH+通讯模板做网桥，将ControlNet网分别连到以太网和DH+网上，做到控制网和管理网合二为一。

3.1.2 ControlLogix控制器和模板

CPU选用最新的ControlLogix控制器1756-L61，控制器内存为2M。数字量输入模板采用1756-IB32；数字量输出模板采用1756-OB32；模拟量输入模板采用1756-IF16；模拟量输出模板采用1756-OF8。

3.2 软件组成

编程软件采用RSLogix5000，实现对ControlLogix系统组态及控制程序的编制及调试。通讯软件RSLinx，用于RSView32、RSLogix5000的通讯驱动。网络软件RSNetwork for ControlNet 用于ControlNet网络组态、规划和调度。

工作图形软件采用罗克韦尔公司的RSView32 6.3工控组态软件。

4 控制功能

4.1 入口段控制

入口段功能：入口小车自动运卷控制；钢卷高度对中、宽度对中、自动侧宽测径。自动上卷、自动穿带、自动切带头、带尾。入口段速度和张力的控制等。

4.2 入口活套段控制

主要控制入口活套的张力以及入口活套的充放套，以满足工艺段可以保持正常工艺速度连续生产。

4.3 化学处理段控制

主要控制清洗、漂洗、表调各槽的温度、液位及浓度；化学处理段带钢的速度和张力。

4.4 涂层段控制

主要控制固化炉的温度、压力及带钢在炉内的垂度；各个涂机的运行速度；该段的带钢张力和速度。

4.5 出口活套段控制

主要控制出口活套的张力以及出口活套的充放套，以满足工艺段可以保持正常工艺速度连续生产。

4.6 出口段控制

出口小车自动运卷控制；自动称重。自动卸卷、自动穿带、自动切分切、缝合点剪切。出口段速度和张力的控制等。

5 结论

ControlLogix系统在唐钢彩涂生产线的应用结果表明，该系统具有以下优点：

（1）高可靠性：系统自2004年5月份投运至今未发生任何控制系统故障，保证了生产的可靠性。

（2）系统的升级灵活：ControlLogix的内存采用FlashMemory结构，控制器版本的升级，通过软件完成。

（3）适合顺序、过程、传动和运动控制的模块化、高性能控制平台：每个ControlLogix处理器可以执行多个控制任务，减少所需要的控制器个数，这样，排错更快。可以分别触发多个周期任务以便达到更高的性能水平。

（4）通用的编程环境和Logix控制引擎：无论选用的平台和网络，通过使用通用的控制模型，都可以降低系统成本，简化集成。组态和编程是一致的，这样，不论开始的程序开发还是长远的系统维护，都很方便。

作者信息：

王 义，田 亮，刘冀川，王义飞（唐山钢铁公司，河北 唐山 063020）