程控喂線機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

馮海波

(黑龍江省冶金研究所，哈爾濱150040)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，而有些高端鋼材還需要進(jìn)口。面對(duì)嚴(yán)峻的冶金總體態(tài)勢(shì)，國(guó)內(nèi)鋼企和鑄造企業(yè)在壓縮產(chǎn)能的同時(shí)，也在積極進(jìn)行工藝的改造與升級(jí)，對(duì)喂線機(jī)本身的可靠性，實(shí)用性、集成性提出更高的要求。早期的喂線設(shè)備已不能滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程和現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。針對(duì)這一需求，我所研制了一種全新的程控喂線機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速、高效及精準(zhǔn)的喂線。我所有多年的喂線機(jī)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，一直處于國(guó)內(nèi)喂線機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先地位。這次開(kāi)發(fā)的程控喂線機(jī)，實(shí)現(xiàn)了喂線控制過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化和全自動(dòng)化，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

1 程控喂線機(jī)工作流程

首先是通過(guò)鋼水成分在線檢測(cè)，將數(shù)據(jù)上傳至現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)。通過(guò)工控機(jī)畫(huà)面輸入目標(biāo)鋼種成分要求，連同鋼水成分檢測(cè)結(jié)果一起傳送至喂線機(jī)控制系統(tǒng)。程控喂線機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)模型的計(jì)算得出不同芯線的喂入量，最后通過(guò)程控喂線機(jī)實(shí)現(xiàn)喂入不同長(zhǎng)度的各種芯線，上傳喂入芯線的數(shù)據(jù)信息。

2 控制系統(tǒng)的組成

程控喂線機(jī)的系統(tǒng)包括鋼水成分在線數(shù)據(jù)采樣、遠(yuǎn)程目標(biāo)鋼種成分的給定和在線鋼水成分的數(shù)據(jù)傳送、本地控制系統(tǒng)的分析和計(jì)算及喂線機(jī)的自動(dòng)喂線機(jī)控制三部分組成。鋼水成分的檢測(cè)由專業(yè)的測(cè)量?jī)x表實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主要是工控機(jī)控制系統(tǒng)和喂線機(jī)本體控制系統(tǒng)。工控機(jī)系統(tǒng)包括對(duì)鋼水成分檢測(cè)儀表的數(shù)據(jù)采集，目標(biāo)鋼種的方案制定，給定數(shù)據(jù)的傳送。喂線機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)兩套控制功能，每流喂線可以實(shí)現(xiàn)分別控制。自動(dòng)控制時(shí)喂線機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，自動(dòng)生成喂線的長(zhǎng)度和速度給定，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管升降、前后移動(dòng)、進(jìn)線和退線動(dòng)作的自動(dòng)完成。手動(dòng)控制時(shí)通過(guò)觸摸屏輸入喂線的長(zhǎng)度、速度，所有動(dòng)作都可通過(guò)按鈕分別控制。當(dāng)出現(xiàn)斷線、卡線和變頻器故障時(shí)，自動(dòng)停機(jī)報(bào)警。整個(gè)過(guò)程無(wú)需人為操作，從而實(shí)現(xiàn)了喂線過(guò)程的自動(dòng)化。

3 控制系統(tǒng)的硬件及軟件

為了實(shí)現(xiàn)與各個(gè)鋼廠的系統(tǒng)進(jìn)行通信及整合，系統(tǒng)主要硬件全部采用西門子產(chǎn)品。程控喂線機(jī)控制器選擇S7 300 PLC作為主控制器，選擇MP 277觸摸屏作為本地人機(jī)界面，選擇MM 440～11kW變頻器作為傳動(dòng)控制器。軟件設(shè)計(jì)包括工控機(jī)開(kāi)發(fā)軟件西門子Wincc，觸摸屏設(shè)計(jì)軟件西門子wincc flexible，PLC設(shè)計(jì)軟件西門子step7軟件。變頻器控制通過(guò)西門子profibus－dp網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)并提高了系統(tǒng)的安全性。控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

程序控制喂線機(jī)采用PLC進(jìn)行控制。由于它把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)集于一身。而同時(shí)又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好等特點(diǎn)。可編程序控制器(PLC)是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型的、非常適用的工業(yè)控制裝置。因此選用PLC作為程序控制喂線機(jī)的控制器可靠性高，編程方便，比傳統(tǒng)的繼電器模式功能強(qiáng)大。本系統(tǒng)采用了緊湊型CPU 314C－2DP，自帶了PROFIBUS－DP和MPI網(wǎng)絡(luò)端口，拓展輸入模塊SM321 DI16×24V，輸出模塊SM322 DO8×REL.AC230V，即滿足了生產(chǎn)需求，又為以后的功能擴(kuò)展留有余量。PLC軟件程序使用軟件STEP 7來(lái)編制，設(shè)置了14個(gè)定時(shí)器來(lái)控制各步的延時(shí)時(shí)間，PLC與變頻器之間通過(guò)PROFIBUS－DP進(jìn)行連接，其PLC模塊安裝圖如圖2。數(shù)字量輸入輸出如圖3－5。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 程序控制喂線機(jī)PLC模塊安裝圖

本系統(tǒng)PLC程序主要包括主程序的組織塊OB1，還有用來(lái)測(cè)量脈沖個(gè)數(shù)的硬件中斷組織塊OB40。按照結(jié)構(gòu)化的編程方式，分別編制了手動(dòng)功能塊、動(dòng)作可定制自動(dòng)功能塊以及報(bào)警功能塊等。主程序的流程圖如圖6。

PLC程序采用模塊化設(shè)計(jì)，分別編制了手動(dòng)功能塊、自動(dòng)功能塊以及報(bào)警功能塊等。自動(dòng)功能模塊程序?qū)崿F(xiàn)喂線量及速度的生成，控制變頻器的運(yùn)行停止，以及前后移動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和各個(gè)氣缸的壓下抬起等動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)斷線、卡線和變頻器故障時(shí)，自動(dòng)停機(jī)報(bào)警。整個(gè)過(guò)程無(wú)需人為操作，從而實(shí)現(xiàn)了喂線過(guò)程的自動(dòng)化。主程序的流程圖如圖6。

圖3 程序控制喂線機(jī)PLC數(shù)字量輸入圖(1)

圖4 程序控制喂線機(jī)PLC數(shù)字量輸入圖(2)

圖5 程序控制喂線機(jī)PLC數(shù)字量輸出圖

圖6 程序流程圖

觸摸屏應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)包括預(yù)置喂線長(zhǎng)度和速度;顯示喂線長(zhǎng)度、速度和喂線機(jī)的各個(gè)工作狀態(tài)信息;顯示當(dāng)前和歷史故障信息;定制自動(dòng)控制各個(gè)動(dòng)作的有無(wú)、自動(dòng)退線長(zhǎng)度設(shè)定及各個(gè)動(dòng)作之間的延時(shí)時(shí)間等。由于煉鋼工藝改變和現(xiàn)場(chǎng)條件的不同，這就需要所研制的喂線機(jī)要有一定的通用性，所以我們研制喂線機(jī)的時(shí)候在觸摸屏中加入了動(dòng)作的定制。就是通過(guò)定制畫(huà)面的動(dòng)作定制四個(gè)動(dòng)作的選擇，確定自動(dòng)程序所應(yīng)該完成的動(dòng)作。通過(guò)定制畫(huà)面的時(shí)間定制，確定每一個(gè)動(dòng)作之間的延時(shí)長(zhǎng)度。

上位機(jī)工控軟件的開(kāi)發(fā)，包括喂線機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)實(shí)，接收鋼水在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，定制鋼水成分方案，對(duì)喂線機(jī)的遠(yuǎn)程控制等。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)喂線系統(tǒng)的分析，整合了煉鋼過(guò)程中部分系統(tǒng)，提出了一種新的控制平臺(tái)。該喂線系統(tǒng)運(yùn)行可靠、易于維護(hù)、具有一定的靈活性。不但提高了人力計(jì)算鋼水成分并分析喂入芯線數(shù)量的效率，還提高了煉鋼窄成分控制的合格率，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的管理和自動(dòng)監(jiān)控，自動(dòng)化程度大幅度提高，實(shí)現(xiàn)高速、高效及精準(zhǔn)的喂線處理。