（北京首钢自动化信息技术有限公司河北省迁安市064400）
摘要：本文以脱碳退火机组涂层系统为研究对象，涂层系统分为涂液配置控制、涂液循环控制、涂液冷却循环系统、涂层压力控制及涂机框架角度控制等来实现带钢上下表面涂层。本文重点对涂层压力控制控制进行深入的研究，本文涉及到PLC硬件控制系统，例如硬件配置网络通讯系统及PLC软件的程序控制系统等。此系统采用了科学的自动控制理念，使涂层压力控制更加精确可靠，实现了涂层压力控制的最优控制。
关键词：脱碳退火机组；涂机；PLC；涂层压力控制
前言：高牌号取向硅钢被誉为钢铁产品中的工艺品，国内多家钢厂向往拥有这样的产品，然而其生产流程之多，生产工艺之复杂，让他们望之却步。首钢迁钢为了实现中国硅钢生产示范基地的梦想，在无取向硅钢生产线顺利投产后，迎难而上，顺利的完成了高牌号取向硅钢生产线的建设，脱碳退火处理线是整个生产过程中的最关键工序，是高牌号取向硅钢生产极其重要的环节，主要完成涂层等重要任务。
一、涂层设备系统概况
1、涂层设备系统
涂层设备系统由涂液配置系统、涂液循环系统和涂机本体控制系统三部分构成。本文主要针对涂机本体控制系统进行研究，下面对设备本体结构进行介绍。
两台涂层机位于水冷辊与涂层干燥炉之间，由涂层机框架、涂层辊、电机、涂层液盘、收集盘、液压缸、压力元件等构成，用于完成取向硅钢MgO涂层的涂覆。涂机本体的设计中，
（1）涂机进线、离线动作：涂机进线离线主要由恒速电机进行驱动，由接近开关进行位置检测；
（2）涂机框架动作：
1）框架打开、关闭动作由液压缸进行驱动，由接近开关进行关闭与打开检测；
2）框架的的角度动作由电机进行驱动，由编码器进行角度检测；
（3）涂辊动作：
上、下涂辊为传统的非传动式，上涂辊上下动作由一个伺服电机进行控制，下涂辊上下动作由两个伺服电机（传动侧与操作侧）进行控制，
（4）涂液盘动作：涂液盘动作由恒速电机进行控制，由编码器进行位置检测。
二、涂机自动控制系统概况
脱碳退火处理线自动化控制系统是整条机组控制系统的核心。PLC系统具有功能强、使用方便、可靠性强等优点，在先进的工业国家中PLC已经成为工业控制的标准设备。
脱碳退火处理线由多个PLC控制系统共同搭建而成，彼此之间通过Profibus-DP总线进行通信，其中涂机自动化控制系统有独立的PLC控制系统，PLC系统主要由CPU、ET200站、输入输出模块等组成，涂层PLC控制系统的硬件配置，CPU采用416系列，CPU下带有多个站点，例如ET200站、变频器、设备本体编码器等。现场的数字量、模拟量信号通过电压、电流信号传送给现场的ET200站，ET200站通过Profibus-DP总线将信号传送给CPU进行处理，然后输出到现场对现场设备进行控制。
三、涂层压力控制系统
脱碳退火处理线两个涂机位于水冷辊与涂层干燥炉之间，该涂层机是在传统的非传动式两辊涂层机的基础上进行自动化设计而来的，将涂层液水平的涂到带钢两侧，得到一定厚度的涂层。为了得到均匀分布，并且很薄的涂层，上下涂辊在过钢线的位置保持一定的压力，上下涂辊要保持的压力主要通过控制下涂辊位置来实现。
1、涂层压力控制
涂层压力的控制主要通过PLC控制系统控制伺服电机正反转驱动下涂辊动作来实现，压力设定值与实际压力检测值信号传到PLC控制系统，经过PLC控制系统计算输出控制伺服电机进行动作来达到目标值。
（1）涂层压力设定值
涂层压力设定值通过涂机操作画面手动输入，根据不同规格的带钢，可以通过压力补偿按钮微调压力设定值。
由于本机组涂层工艺采用的是辊涂法，在连续涂层作业中受到带钢速度影响较大，为了保证涂层质量，需要对涂层设定压力值进行补偿。也就是说，当带钢实际速度不同时，PLC系统会根据带钢实际速度自动计算出涂层压力补偿值，才能保证上下涂辊轴的压力，确保证涂层过程稳定、效率高，涂层质量好。
（2）涂层压力实际值
压力检测：
在压力控制系统中，上辊的操作侧和传动侧各需要安装两个压力传感器，每个压力传感器量程范围为0-10KN。
（3）涂层压力的PI控制
以设定值为目标进行PI控制，使伺服电机正反转来驱动下涂辊并与上涂辊发生挤压，从而使压力达到目标值，如图3-1，涂层压力控制程序，
图3-1涂层压力控制程序
其中程序块接口，Fact——压力实际值，Fref——压力设定值，
LU_Y、LL_Y——PI输出窗口，TN——积分时间，
KP——比例系数，Y——PI调节器输出
TA——采样周期
当|Fact–Fref|＞0时，比例调节立即产生调节作用用以减小偏差，但单纯的比例控制存在稳态误差不能消除的缺点。这里就需要引入积分控制使系统消除稳态误差，提高无差度。因此，比例积分控制可以使涂层压力控制更精确。
目前脱碳退火处理线涂层压力控制系统，使用KP=0.3，TN=1500ms，压力控制比较稳定，如图3-2，涂层压力PI控制曲线，
图3-2涂层压力PI控制曲线
从曲线看，伺服电机动作5.5秒后达到目标值，目标值与检测实际值相差0.15KN，已经达到控制精度要求，从而保证了涂层质量。
2、控制系统优化
（1）Profibus-DP网络系统优化
初始设计，Profibus-DP网络系统电气室远程I/O控制柜到现场远程I/O控制柜需敷设一根不到200米左右DP线进行网络通讯（波特率为1.5Mbps线长最大200米），但实际施工期间由于路由原因敷设DP线长度远超过200米，致使信号损耗较大，通讯时偶尔出现断网现象，大量信号丢失，影响涂机系统正常运行；
优化：在两个远程I/O控制柜之间连接增加一中继器RS485，安装在现场远程I/O控制柜连接端，将通讯信号增强，从而保证DP网络系统稳定性。
（2）涂辊水平度精度优化
因涂机涂辊为橡胶材料，且为从动辊，使用过程中靠带钢摩擦力使其转动，这样必然造成辊体磨损，加之带钢轧制板型问题（边浪和横向厚度差），辊体横向磨损不均匀，随着使用时间的推移，涂辊水平度发生变化，必然导致涂层压力波动较大，影响涂层的均匀度和厚度。这样卷取的钢卷，厚度偏差随着钢卷卷取直径增加而累积，出现锥形卷，如图3-3。
图3-3锥形卷示意图
优化：针对氧化镁涂覆均匀性差的问题，在涂机离线状态下及时对其进行水平度标定，补偿因涂辊磨损造成的水平度变化，保证涂机涂覆氧化镁涂层的均匀性。
结束语：本文主要是以首钢迁钢脱碳退火处理线为研究背景，简单的介绍了涂层压力控制系统的硬件配置及软件控制系统，并针对涂层压力控制的思想做了阐述。涂层压力控制根本目的是保证工艺涂层质量的稳定，而碳退火处理线的涂层压力控制与实际相结合，经过改造与优化已经达到控制的稳定性和精确性，从而保证了工艺人员有效控制涂层质量的需求，进而为整条处理线取向硅钢的稳定生产提供了强有力的设备支撑。
参考文献：
[1]廖常初，S7300/400PLC应用技术[M]，北京：机械工业出版社2005.44-149；
[2]王钊广东亚铝2025mm彩涂线涂机自动控制系统的研究[J]，中国重型装备2012年3月；