WinCC在酸洗機組中的應用

李 健

隨著冷軋帶鋼技術的發展以及越來越多的冷軋生產線投產，帶鋼的酸洗技術也日漸進步。熱軋帶鋼終軋溫度高達850℃左右，在其表面必然生成氧化鐵皮，這些氧化鐵皮必須在冷軋前去除干凈，所以，一般的冷軋廠都配有酸洗機組[1]。本文以國內某鋼廠的半連續推拉式酸洗機組的調試過程為依據，討論以監控軟件WinCC為基礎的人機界面系統在整個酸洗系統中的作用[2]。

1 推拉式酸洗機組

該機組應用的項目是一條年產量60萬噸的生產線，采用鹽酸紊流淺槽酸洗工藝，在常溫狀態下，將厚為2.0～4.0 mm、寬為700～1250 mm的熱軋低碳鋼、超低碳鋼等帶鋼表面的氧化鐵皮清除干凈，經酸洗后的鋼板表面平滑、銀亮。該推拉式酸洗機組單卷工作，帶鋼通過工藝段是斷續的，其設備簡單，生產及操作靈活，投資相對較少。

該機組工作時，先由上料小車將鋼卷送到準備機組受料輥的中央，帶頭沿引料板進入四輥直頭矯直機，經矯直后按要求長度切頭，之后將帶頭退回到靠近矯直機側受料輥下，上卷小車將鋼卷送往開卷機，啟動開卷機和壓輥使帶頭沿引料板經轉向輥進入七輥矯直機的引料輥時停住，機組正常運行時，開卷機與七輥矯直機之間建立張力，保證開卷時帶鋼張力恒定

啟動對中裝置對中后穿帶，矯直機后設有光電管，當帶頭到達此處時，轉向輥上的編碼器清零，開始跟蹤帶頭。在酸洗中帶鋼要沿槽底運行，帶鋼在酸液中的沉浸深度在120 mm左右，槽底設有排酸口、側邊設有進酸口，以產生紊流，縮短酸洗時間。酸槽與噴淋水槽間有一定的捕水空間，噴淋區設五級噴淋，前四級為循環冷噴淋，最后一級為非循環熱水噴淋。帶鋼出熱水清洗槽后，進入烘干機，烘干機溫度自動控制，烘干機前設有光電管，用來控制帶速，烘干機前還設有帶邊空氣吹掃裝置，帶頭過烘干機后，整個機組由出口操作臺控制，帶頭經坑前夾送輥進入活套，再經對中裝置和活套出口拉輥進入圓盤剪，過后而順序進入三輥張力輥，帶頭最后經出口導板進入卷取機鉗口。機組正常運行時，三輥張力輥與卷取機之間建立張力，同時三輥張力輥與坑后夾送輥之間也應建立適當張力，控制機組出口段的張力穩定。

卷取機鉗口咬緊帶頭并在卷筒上卷取2～3圈后，三輥張力輥的中間輥壓下，壓輥和導板打開，全線提速到酸洗速度。

當酸洗過程中因故停機或穿帶時因卷取機鉗口咬鋼不進而停機時，活套要微速充套，以減弱帶鋼上的停車黑斑。當帶尾通過圓盤剪前的光電管時，圓盤剪前的對中裝置打開，當帶尾通過三輥張力輥前的光電管時，卷取機降速，二輥張力輥和卷取機的壓輥壓下，帶尾被跟蹤定位在卸卷位置。此時卷筒收縮，卷取機壓輥抬起，卸卷小車和推板一起動作使鋼卷脫離卷取機。

該生產線所需工業輔助設施主要有：（1）壓縮空氣，一是用于工藝段的帶鋼表面吹掃，阻止酸液隨帶鋼出酸洗槽或漂洗水隨帶鋼出漂洗槽，以防止液體停留帶鋼表面時間過長，造成工藝參數浮動過大或產生銹蝕，二是用作控制氣，用來控制擠干輥抬起/壓下，壓縮空氣的工作壓力為0.6 MPa，流量為3 m3/min；（2）水蒸氣，用于加熱酸液、漂洗水以及烘干帶鋼，工作壓力為0.5 MPa，流量為6 l/h。

該生產線的工藝流程如下：

原料—鞍座—地輥—三輥直頭機—切頭—上料小車—開卷機—開卷刀—對中側導輥—夾送輥—七輥矯直機—切頭剪—切角剪—酸洗槽—清洗槽—烘干—坑前夾送輥—活套坑—坑后夾送輥—圓盤剪—張力輥—檢查臺—靜電涂油機（預留）—出口夾送轉向輥—張力卷取機（帶EPC）—卸料小車—出口鋼卷鞍座—半自動打捆裝置

2 系統配置

本機組基礎自動化控制系統由SIMATICS7-400 PLC、ET200M遠程I/O站及HMI系統構成。由S7-400PLC及若干遠程I/O ET200M站完成全部邏輯控制及順序控制功能。PLC與計算機之間通過工業以太網進行通訊，通訊速率100 M，由于入口操作臺與PLC距離較遠，采用光纖進行傳輸。PLC與直流傳動裝置及ET200遠程工作站之間通過Profibus-DP進行通訊，通訊速率12 M。

按生產線的工藝要求，將生產線傳動設備分為調速和非調速兩種控制方式，調速設備均采用交流異步機變頻控制系統。交流異步機控制系統采用整流/回饋單元+公共直流母線+逆變器傳動單元的配置形式，傳動裝置均采用SIEMENS Sl20系列產品。非調速交流電機均由馬達中心控制（MCC柜），直接啟動。

全線設置三臺監控計算機，分別安放在工程師站，入口操作臺以及出口操作臺（見圖1）。

PLC控制器采用STEP7 V5.4，HMl監控系統采用WinCC V6.0版本，WinCC采用標準Microsoft SQL Server數據庫進行生產數據的歸檔，同時具有Web瀏覽器功能，便于觀察生產流程的動態畫面，更好地指揮調度生產。三臺計算機均采用Windows XP操作系統，HMI上的監控數據通過工業以太網與PLC進行通汛，完成對現場設備的操作。人機接口通過以太網相互聯接，圖形以圖形標準接口為基礎，每個服務器覆蓋一個專門的機組區段或者具有一個針對性的功能，并且負責管理過程通訊、數據存儲以及與客戶的通訊。

3 WinCC主要功能

作為全集成自動化系統的重要組成部分，WinCC起著重要的作用。WinCC能確保與SIMATIC系列PLC的方便連接和高效通訊，通過二者的緊密集合，縮短了項目開發周期。WinCC還具有對SIMATIC PLC進行系統診斷的功能，為硬件維護提供了方便。此外，WinCC還提供了一系列編輯器和接口，用來單獨組態有關應用程序的功能，對于整個推拉式酸洗系統，負責原始PDI數據輸入，過程狀態監控，報警信號記錄，歷史數據曲線分析以及相應的操作等（見圖2），是操作員與整個生產線交流的平臺，也是與PLC基礎自動化連接的樞紐。

在整個生產線中，三臺計算機采用獨立的服務器體系結構，其中，工程師站服務器的功能較其他兩者更加完善，用于軋制過程中各設備狀態和電氣、工藝參數的顯示，故障報警，存儲打印，自動化系統運行過程監控，軟件再開發等。

三臺計算機主要包括以下功能：

圖1 酸洗監控計算機布置圖

圖2 酸洗HMI主畫面

（1）原料數據顯示 包括鋼卷號，鋼種，鋼卷長度，鋼卷厚度，鋼卷寬度，酸液溫度，廢水流量，壓縮空氣壓力等，系統通過原料數據的輸入以及顯示，計算生產過程所需的工藝參數，以達到過程自動控制。

（2）材料跟蹤 通過材料跟蹤的一系列程序，根據生產線上各個區段的檢測儀表狀態變化，不斷更新各個區段跟蹤狀態的內容。隨著鋼板在生產線上的移動，計算機根據各區段指示內容來判斷鋼板的實際位置，對生產進行自動控制，該自動控制系統主要針對機組的入口段/出口段鋼卷跟蹤，帶頭、帶尾跟蹤，并通過帶鋼的跟蹤情況，激活新的設定值并產生新的工藝控制動作。

（3）設定值輸入和實際值顯示 包括穿帶速度，甩尾速度，工藝段運行速度，卷筒速度，卷取卷徑，開卷張力，卷曲張力，電機電流，電機轉矩，酸洗工藝參數等，并繪制成趨勢圖，形象地展示了生產過程數據，為生產事故的判斷提供依據。

（4）機組運行條件狀態 只有當液壓系統，酸循環系統，糾偏系統以及一些必要的運行條件正常后，機組才允許運行。主要包括人口段/出口段建張條件，入口段/出口段運行條件，工藝段運行條件等。

（5）介質系統運行情況顯示 主要為液壓站以及潤滑站狀態顯示及自動控制，具體包括液壓站工作泵啟動/停止，循環泵啟動/停止，介質液位高低顯示，油溫加熱自動/手動等。

（6）系統故障診斷顯示，報警記錄等 報警可以通知操作員在生產過程中發生的故障和錯誤信息，用于及早警告臨界狀態，避免停機和縮短停機時間。主要包括傳動控制器報警顯示，MCC報警顯示，液壓站報警顯示，潤滑狀態報警顯示，操作狀態報警顯示等，系統將記錄最近發生的100個報警信號。

（7）用戶權限管理 即口令保護功能，確保安全操作，與工藝相關的每個重要操作都必須由操作員確認，并且操作員的輸入需經校驗之后才被系統接收使用，重啟WinCC以及操作系統都需要由專門工程師站負責人員進行管理，以避免引發生產事故。

（8）輔助設備的運行管理 包括生產線輔助循環泵及輔助設備的監控和啟動/停止，主要有循環酸泵，循環水泵，風機及潤滑站的啟動/停止，導板升降，壓輥抬起，往復帶的投入/投出，套量增減，上卷/卸卷小車的位置管理等 (見圖3)。

圖3 輔助電機啟動/停止

（9）現場檢測元器件的狀態采集 包括光電開關，限位開關，液位計，流量計，報警蜂鳴器，故障指示燈等，根據現場檢測元器件的狀態顯示，操作工可以采取相應措施。

4 WinCC的主要優勢

相比與其他的人機界面，該推拉式酸洗的人機界面系統，有以下幾點優勢：

（1）三臺計算機作為獨立的服務器分別應用于不同的操作對象，工作重點各有不同，可以更加有針對性地進行人機交互，提高了工作效率以及對突發事故的應變處理能力。

（2）采用雙路獨立供電（采用UPS雙路供電），保證計算機電源可靠性。

（3）人機界面控制信號采用脈沖與置位、復位相結合的形式，在控制層上更加安全，極大地降低了誤操作對操作人員以及機械設備的損害，縮短了事故排查時間。

（4）針對不同的控制器，設置不同響應時間，使設備的實際情況真實地反映在人機界面上。

（5）在某些功能的實現上，采用了C腳本控制方式，在邏輯控制上更加可靠，提高控制水平以及容錯率。

（6）該系統趨勢圖采用庫—類模式，將曲線趨勢按照不同的屬性劃分到各自的庫以及類別中，這樣使操作人員處理數據更加高效快捷，清晰明了。

（7）該系統除配備一些工業軟件和應用軟件外，還裝配有一套針對用戶的軟件支持系統，為軟件維護提供支持。

（8）該系統數據存儲量大，保存時間長，方便用戶對比以往生產數據，進行生產數據分析。

5 結語

推拉式酸洗機組控制系統采用WinCC圖形設計及監控軟件的基本功能對設備的操作和實際過程實施監控。利用其特有的腳本編輯功能對生產數據進行采集處理，最終生成生產報表等所需數據。實際應用證明，利用該圖形軟件可以實現對設備實時監控，確保生產過程順利進行。

[1]許戰軍，馬福舟.WinCC在酸洗線監控系統中的應用 [J].冶金自動化.2006.S2.469—473

[2]王文樂，李建平等.WinCC在光亮連續退火模擬實驗機的應用[J] 控制工程，2009.16{1).100～102.