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                                         關鍵詞：ControlLogix；彩涂；DeviceNet；ControlNet

1     引言

    近幾年，由于市場對彩涂板的需求量日益增加，廣泛應用在家電產品，辦公設施，汽車板等行業。同時，市場對彩涂板質量的要求與過去相比更加嚴格。為達到較高的成材率，節省人力和能源的目的，唐鋼冷軋薄板彩涂生產線引進世界先進設備，自動化系統采用羅克韋爾自動化公司的ControlLogix系統，實現對彩涂生產線的數據采集、過程控制、順序控制、傳動控制及運動控制、安全連鎖等。

2     彩涂生產線工藝簡介

    生產線由入口段、入口活套段、化學處理段、涂層段、出口活套段、出口段六部分組成。

    2.1   入口段

    通過測寬、測徑后的鋼卷由運卷小車輸送并插入開卷機，鋼卷頭部由夾送輥送入雙切剪，在這一區域安裝兩套入口鋼卷座、入口運卷小車、開卷機和夾送輥。鋼卷頭部有缺陷的部分由雙切剪剪掉，由帶鋼輸送臺把鋼卷輸送到縫合機，將前后兩卷帶鋼頭尾縫合在一起。入口處鋼卷處理為自動和手動。本段特點：生產線上安裝兩臺開卷機，雙排型縫合機。

    2.2   入口活套段

    入口活套有效儲量為 175米，與入口鋼卷的處理時間對應，在穿帶過程中，為了消除危險，活套上輥是移動的，下輥是固定的。當帶鋼縫合時，工藝段可以保持正常工藝速度連續生產。

    2.3   化學處理段 

    在活套后部，安裝清洗和漂洗設備，除去帶鋼表面油脂和氧化物。清洗設備由1個堿洗槽，1個刷洗槽，1段表面調整，4個熱水漂洗槽清洗段和1臺化學涂層機組成 。堿洗槽用噴淋法進行化學清洗和脫脂， 刷洗槽用機械方法進行清洗和脫脂，表面調整為了增加化學液與鍍鋅板的附著力，增強耐彎、耐剝落能力，熱水漂洗槽使用噴熱水除去帶鋼表面殘留物，化涂機將帶鋼表面涂上化學保護膜，增加涂料與基板的附著力。預處理為鉻酸鹽輥涂處理。
各段的溫度、液位被自動控制，濃度測量顯示。

    2.4   涂層段 

    這一部分由涂層機和爐子組成。 

    (a)涂層機 

    經過化學處理的帶鋼進入涂層機由涂層機對帶鋼進行涂層。在這條生產線上，涂層工藝分兩步進行。第一步為初涂。第二步為精涂。涂層厚度由涂敷輥的頻率和兩個輥之間的位置可以很容易控制，在備用精涂機上安裝快速更換顏色裝置。涂膜厚度由輥子旋轉速度和測輥縫傳感器控制，連接處可以由專用設備拆卸。涂層機維護方便：涂頭可以從工作側抽出，涂層機由軸承箱操縱桿快速更換。

    (b) 爐子段 

    爐子段由四部分組成，依此為No.1初涂爐，No.1冷卻裝置，No.2精涂爐，No.2冷卻裝置，目的是對帶鋼進行烘干。No.1初涂爐，No.1冷卻裝置安裝在第二層上，No.2精涂爐，No.2冷卻裝置安裝在第三層上。

    經過No.1初涂機，帶鋼進入No.1初涂固化爐，由熱空氣加熱到所需烘烤溫度，然后進入No.1冷卻裝置。

    No.1冷卻裝置通過噴水對帶鋼進行冷卻，冷卻后的帶鋼通過 No.1干燥器進入No.2涂層機。 

    經過No.2精涂機，帶鋼進入No.2精涂固化爐，由熱空氣加熱到所需烘烤溫度，然后進入No.2冷卻裝置。

    每個爐子的溫度由PLC 控制，目的是保證任何尺寸帶鋼的烘烤溫度。爐內帶鋼位置由控制垂度傳感器自動控制，為了保證安全，溶劑濃度由低爆炸極限（LEL）傳感器顯示，帶鋼溫度由輻射高溫計自動控制。

    2.5   出口活套段

    出口活套有效儲量為175米，與出口段分卷造成的減速相對應。出口活套與入口活套采用同樣的方法，在穿帶過程中為了消除危險，活套上輥是移動的，下輥是固定的。 

    2.6   出口段

    從出口活套出來的鋼卷由出口剪分段，然后由張力卷取機卷取，卷好的鋼卷由運卷小車放置在出口鋼卷座上。這一區域安裝轉向夾送輥，帶式輸送臺，皮帶助卷器，出口運卷小車和出口鋼卷座。出口處鋼卷處理為自動和手動。貼保護膜裝置布置在檢查站之后保護涂層表面，在生產線上安裝一臺張力卷取機，從張力卷取機到鋼卷座，出口鋼卷處理是全自動的。

3      系統設計

    3.1     ControlLogix控制系統拓撲圖（如圖1所示）

圖1  ControlLogix控制系統拓撲圖

    3.1.1網絡

    整個彩涂生產線ControlLogix控制系統通過ControlNet網實現控制站之間進行通訊、控制器與傳動控制系統的通訊、控制器與一級服務器之間的通訊。通過以太網實現一級服務器與客戶端以及二級服務器之間的通訊。ControlNet網絡通訊接口模塊采用1756CNBR。ControlNet網是一個實時的控制網絡， Controllogix控制系統的ControlNet網打破了PLC系統傳統的Souce-Destination(源-目的地)的點對點和巡檢的通訊模式，而采用了先進的Producer-Consumer(生產-消費)的通訊模式。其支持計劃性信息和非計劃性信息的傳輸，用ControlNet取代了以往多種主控網和現場網的功能。并具備了對實時性數據傳遞的確定性，可重復性和實時性要求。ControlNet和ControlLogix框架的連接由模板CNB或CNBR來實現，網絡介質用75Ω同軸電纜組成，網絡每段最大傳輸距離1000m，段與段之間用中繼器可以延伸網絡，網絡傳輸速率達到5Mbps，既可以組成單獨通訊網絡，也可以組成冗余通訊網絡。ControlNet網絡配置的特點是無論是CPU框架還是遠程擴展框架均由CNB(CNBR,冗余配置)模塊掛在ControlNet網絡上，然后由軟件進行管理擴展模塊的歸屬，這一特點使網絡的擴展和走線十分靈活。該系統還可以用以太網通訊模板和DH+通訊模板做網橋，將ControlNet網分別連到以太網和DH+網上，做到控制網和管理網合二為一。

    3.1.2 ControlLogix控制器和模板

    CPU選用最新的ControlLogix控制器1756-L61，控制器內存為2M。數字量輸入模板采用1756-IB32；數字量輸出模板采用1756-OB32；模擬量輸入模板采用1756-IF16；模擬量輸出模板采用1756-OF8。 

    3.2   軟件組成

    編程軟件采用RSLogix5000，實現對ControlLogix系統組態及控制程序的編制及調試。通訊軟件RSLinx，用于RSView32、RSLogix5000的通訊驅動。網絡軟件RSNetwork for ControlNet 用于ControlNet網絡組態、規劃和調度。

    工作圖形軟件采用羅克韋爾公司的RSView32 6.3工控組態軟件。

4     控制功能

    4.1    入口段控制

    入口段功能：入口小車自動運卷控制；鋼卷高度對中、寬度對中、自動側寬測徑。自動上卷、自動穿帶、自動切帶頭、帶尾。入口段速度和張力的控制等。

    4.2    入口活套段控制

    主要控制入口活套的張力以及入口活套的充放套，以滿足工藝段可以保持正常工藝速度連續生產。

    4.3   化學處理段控制

    主要控制清洗、漂洗、表調各槽的溫度、液位及濃度；化學處理段帶鋼的速度和張力。

    4.4   涂層段控制

    主要控制固化爐的溫度、壓力及帶鋼在爐內的垂度；各個涂機的運行速度；該段的帶鋼張力和速度。

    4.5   出口活套段控制

    主要控制出口活套的張力以及出口活套的充放套，以滿足工藝段可以保持正常工藝速度連續生產。

    4.6   出口段控制

    出口小車自動運卷控制；自動稱重。自動卸卷、自動穿帶、自動切分切、縫合點剪切。出口段速度和張力的控制等。

5     結論

    ControlLogix系統在唐鋼彩涂生產線的應用結果表明，該系統具有以下優點：

    （1）高可靠性：系統自2004年5月份投運至今未發生任何控制系統故障，保證了生產的可靠性。

    （2）系統的升級靈活：ControlLogix的內存采用FlashMemory結構，控制器版本的升級，通過軟件完成。

    （3）適合順序、過程、傳動和運動控制的模塊化、高性能控制平臺：每個ControlLogix處理器可以執行多個控制任務，減少所需要的控制器個數，這樣，排錯更快。可以分別觸發多個周期任務以便達到更高的性能水平。

    （4）通用的編程環境和Logix控制引擎：無論選用的平臺和網絡，通過使用通用的控制模型，都可以降低系統成本，簡化集成。組態和編程是一致的，這樣，不論開始的程序開發還是長遠的系統維護，都很方便。

作者信息：
 
    王  義，田  亮，劉冀川，王義飛（唐山鋼鐵公司，河北  唐山  063020）