關(guān)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(yīng)用在家電產(chǎn)品，辦公設(shè)施，汽車板等行業(yè)。同時，市場對彩涂板質(zhì)量的要求與過去相比更加嚴(yán)格。為達(dá)到較高的成材率，節(jié)省人力和能源的目的，唐鋼冷軋薄板彩涂生產(chǎn)線引進(jìn)世界先進(jìn)設(shè)備，自動化系統(tǒng)采用羅克韋爾自動化公司的ControlLogix系統(tǒng)，實現(xiàn)對彩涂生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)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(chǎn)線工藝簡介

    生產(chǎn)線由入口段、入口活套段、化學(xué)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(jī)，鋼卷頭部由夾送輥送入雙切剪，在這一區(qū)域安裝兩套入口鋼卷座、入口運卷小車、開卷機(jī)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(jī)，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(chǎn)線上安裝兩臺開卷機(jī)，雙排型縫合機(jī)。

    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(yīng)，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(dāng)帶鋼縫合時，工藝段可以保持正常工藝速度連續(xù)生產(chǎn)。

    2.3   化學(xué)處理段 

    在活套后部，安裝清洗和漂洗設(shè)備，除去帶鋼表面油脂和氧化物。清洗設(shè)備由1個堿洗槽，1個刷洗槽，1段表面調(diào)整，4個熱水漂洗槽清洗段和1臺化學(xué)涂層機(jī)組成 。堿洗槽用噴淋法進(jìn)行化學(xué)清洗和脫脂， 刷洗槽用機(jī)械方法進(jìn)行清洗和脫脂，表面調(diào)整為了增加化學(xué)液與鍍鋅板的附著力，增強(qiáng)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(jī)將帶鋼表面涂上化學(xué)保護(hù)膜，增加涂料與基板的附著力。預(yù)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(jī)和爐子組成。 

    (a)涂層機(jī) 

    經(jīng)過化學(xué)處理的帶鋼進(jìn)入涂層機(jī)由涂層機(jī)對帶鋼進(jìn)行涂層。在這條生產(chǎn)線上，涂層工藝分兩步進(jìn)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(jī)上安裝快速更換顏色裝置。涂膜厚度由輥子旋轉(zhuǎn)速度和測輥縫傳感器控制，連接處可以由專用設(shè)備拆卸。涂層機(jī)維護(hù)方便：涂頭可以從工作側(cè)抽出，涂層機(jī)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(jìn)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(jīng)過No.1初涂機(jī)，帶鋼進(jìn)入No.1初涂固化爐，由熱空氣加熱到所需烘烤溫度，然后進(jìn)入No.1冷卻裝置。

    No.1冷卻裝置通過噴水對帶鋼進(jìn)行冷卻，冷卻后的帶鋼通過 No.1干燥器進(jìn)入No.2涂層機(jī)。 

    經(jīng)過No.2精涂機(jī)，帶鋼進(jìn)入No.2精涂固化爐，由熱空氣加熱到所需烘烤溫度，然后進(jìn)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(nèi)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(yīng)。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(jī)卷取，卷好的鋼卷由運卷小車放置在出口鋼卷座上。這一區(qū)域安裝轉(zhuǎn)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(hù)膜裝置布置在檢查站之后保護(hù)涂層表面，在生產(chǎn)線上安裝一臺張力卷取機(jī)，從張力卷取機(jī)到鋼卷座，出口鋼卷處理是全自動的。

3      系統(tǒng)設(shè)計

    3.1     ControlLogix控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D（如圖1所示）

圖1  ControlLogix控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

    3.1.1網(wǎng)絡(luò)

    整個彩涂生產(chǎn)線ControlLogix控制系統(tǒng)通過ControlNet網(wǎng)實現(xiàn)控制站之間進(jìn)行通訊、控制器與傳動控制系統(tǒng)的通訊、控制器與一級服務(wù)器之間的通訊。通過以太網(wǎng)實現(xiàn)一級服務(wù)器與客戶端以及二級服務(wù)器之間的通訊。ControlNet網(wǎng)絡(luò)通訊接口模塊采用1756CNBR。ControlNet網(wǎng)是一個實時的控制網(wǎng)絡(luò)， Controllogix控制系統(tǒng)的ControlNet網(wǎng)打破了PLC系統(tǒng)傳統(tǒng)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(jìn)的Producer-Consumer(生產(chǎn)-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(wǎng)和現(xiàn)場網(wǎng)的功能。并具備了對實時性數(shù)據(jù)傳遞的確定性，可重復(fù)性和實時性要求。ControlNet和ControlLogix框架的連接由模板CNB或CNBR來實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)用75Ω同軸電纜組成，網(wǎng)絡(luò)每段最大傳輸距離1000m，段與段之間用中繼器可以延伸網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)到5Mbps，既可以組成單獨通訊網(wǎng)絡(luò)，也可以組成冗余通訊網(wǎng)絡(luò)。ControlNet網(wǎng)絡(luò)配置的特點是無論是CPU框架還是遠(yuǎn)程擴(kuò)展框架均由CNB(CNBR,冗余配置)模塊掛在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，然后由軟件進(jìn)行管理擴(kuò)展模塊的歸屬，這一特點使網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和走線十分靈活。該系統(tǒng)還可以用以太網(wǎng)通訊模板和DH+通訊模板做網(wǎng)橋，將ControlNet網(wǎng)分別連到以太網(wǎng)和DH+網(wǎng)上，做到控制網(wǎng)和管理網(wǎng)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(nèi)存為2M。數(shù)字量輸入模板采用1756-IB32；數(shù)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(xiàn)對ControlLogix系統(tǒng)組態(tài)及控制程序的編制及調(diào)試。通訊軟件RSLinx，用于RSView32、RSLogix5000的通訊驅(qū)動。網(wǎng)絡(luò)軟件RSNetwork for ControlNet 用于ControlNet網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、規(guī)劃和調(diào)度。

    工作圖形軟件采用羅克韋爾公司的RSView32 6.3工控組態(tài)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(cè)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(xù)生產(chǎn)。

    4.3   化學(xué)處理段控制

    主要控制清洗、漂洗、表調(diào)各槽的溫度、液位及濃度；化學(xué)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(nèi)的垂度；各個涂機(jī)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(xù)生產(chǎn)。

    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(jié)論

    ControlLogix系統(tǒng)在唐鋼彩涂生產(chǎn)線的應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

    （1）高可靠性：系統(tǒng)自2004年5月份投運至今未發(fā)生任何控制系統(tǒng)故障，保證了生產(chǎn)的可靠性。

    （2）系統(tǒng)的升級靈活：ControlLogix的內(nèi)存采用FlashMemory結(jié)構(gòu)，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(zhí)行多個控制任務(wù)，減少所需要的控制器個數(shù)，這樣，排錯更快。可以分別觸發(fā)多個周期任務(wù)以便達(dá)到更高的性能水平。

    （4）通用的編程環(huán)境和Logix控制引擎：無論選用的平臺和網(wǎng)絡(luò)，通過使用通用的控制模型，都可以降低系統(tǒng)成本，簡化集成。組態(tài)和編程是一致的，這樣，不論開始的程序開發(fā)還是長遠(yuǎn)的系統(tǒng)維護(hù)，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）