冷轧酸洗生产线自动化控制中的弱电控制研究

2020-12-20何晓轩

中国金属通报 2020年4期

何晓轩

（河钢邯钢冷轧厂，河北邯郸 056000）

当前，自动化控制技术已在工业生产中得到广泛应用，冷轧酸洗生产线即是其应用的重要方面。自动化控制技术减少了冷轧酸洗机组运行中人为因素的干扰，不仅降低了人员劳动强度，实现了机组运行的无人化和少人化操作，而且提高了带钢张力、带钢速度等工艺参数控制的精确度，提高了产品质量。

可以说，自动化控制的应用已成为工业现代化的重要标志，而自动化控制技术的实现则完全依赖性系统中的弱电控制，其核心就是以控制系统的弱电来控制执行机构的强电，从而使各种电机、泵体等用电设备可以在系统的控制指令下实现自动化运行。本文结合生产实践，对冷轧酸洗机组自动化控制中的弱电控制及其应用进行了研究和探讨。

1 弱电控制的分析

1.1 弱电控制的概念

在电工电子领域，弱电是指交流电压在人体安全电压36V以内电压，比如我们生产生活中常用网络线路、音视频线路等使用供电系统的都属于弱电。所谓的弱电控制就是在信号控制和测量回路内以36V的低电压、小电流作为操作电源和信号源，来控制采用大电流的电气设备进行运行。

由于运行电压较低，采用弱电的设备和线路对绝缘性能的要求并不高，具有工作频率高、安全性好的特点，同时也有利于缩小设备体积和方便布线，因此在信号回路和部分控制回路中都以弱电作为供电电源，这也是自动化控制系统采用弱电控制的原因。

1.2 工业自动化控制中弱电控制强电的分析

工业自动化控制系统可分为弱电控制和强电控制两部分，弱电主要为控制系统、信号采集与传输系统供电，强电主要为功率较大的电气设备供电。自动化控制系统运行时，现场的传感器会将采集的信息数据以电信号的方式传输至控制系统PLC，PLC会根据内置的存储对不同的反馈信号进行分析和处理，确定相应的控制信号并通过AD转换模块将信号转换为数字信号；然后再将该控制信号通过I/O接口和通讯线路传输给执行机构。以上为自动控制的弱电控制环节。执行机构接受到控制信号后，会按照信号指令开启或是关闭电气设备，控制执行机构动作以对某些工艺参数进行调整。

此阶段为强电控制环节。从自动化控制的过程来看，其核心就是以弱电来控制强电。弱电控制的优势不仅提高了自动控制的效率，同时也使强电系统运行更加安全、可控。

1.3 自动化中弱电控制的特点

1.3.1 可靠性强

弱电系统输入与输出接口普遍采用光电隔离，避免了现场外部大功率电路对PLC系统内部电路的干扰；并且PLC模块和各输入点均采用了性能良好的电源开关和滤波技术，从而使系统运行更加可靠。

1.3.2 多元化的输入输出模块

以弱电控制为基础的PLC可有多种功能模块供用户使用，如电压/电流、模拟量/数字量等，因而可应用各种工业信号和开关的控制环节。包括：指示灯、报警器、电磁阀、行程开关等等。同时，弱电系统还为自动化控制中多种通信模块提供电能。

1.3.3 安全性好，使用方便

弱电控制采用36V以下安全电压，对设备和线路的绝缘性能要求不高，对人员安全无危害，杜绝了大功率电气直接采用强电控制可能造成的触电事故，具有良好的安全性。弱电系统具有多种接线方式，布线更加灵活，控制台体积较小，因而使用非常方便，可应用于各种复杂环境下的工业控制现场。

2 弱电控制在冷轧酸洗生产线速度与张力控制中的应用

以弱电控制为基础的自动化控制系统主要是对冷轧酸洗线入口段、工艺段、出口段各种电气设备和液压单元的控制，使带钢按照设定的张力和速度要求完成开卷、矫直、切割、焊接等一系列操作。

2.1 张力辊负荷平衡控制

负荷平衡控制的作用是使各张力辊能够按照理想的比例进行负荷的分配，使各张力辊都能够协调运行，完成张力控制要求。张力辊负荷平衡控制的基本原理是采集张力辊电动机电流信号，将该信号传输至控制器内进行比较，所得差值信号再由负荷平衡调节器输出后给予从动辊相应的速度信号，使从动辊按照该速度信号进行运行，从而实现对输出转矩的控制。

2.2 开卷与卷曲张力控制

开卷机间接张力控制一般以最大力矩为基准，其自动控制的关键对卷径的精确计算。系统运行时，现场测量装置首先会对原有卷径和卷径变化量进行测量并对其差值进行计算，计算结果会以电信号的方式传输至系统内。由系统根据初始卷径测定值和差异来确定张力的输出值，同时将该值传输至执行电机，完成对张力的调节。卷曲张力控制与开卷张力控制原理相同。穿带及正常开卷时，开卷机分别为速度控制模式和张力控制模式，此时系统由电流环调节，电动机出于恒张力状态。