棒材生產線自動控制系統優化與應用

河鋼集團宣鋼公司一鋼軋廠 張麗麗

棒材生產線自動控制系統優化與應用

河鋼集團宣鋼公司一鋼軋廠 張麗麗

介紹了棒材生產線的自動控制系統運行中存在的問題，從加熱爐步距、主操臺ADS曲線、三號剪剪切程序三個方面對其進行優化改進，實現自動控制系統的安全穩定運行。

步距；PLC；ADS曲線；控制系統

1 自動控制系統概述

宣鋼棒材生產線引進意大利Pomini公司的棒材連軋工藝技術、剪切機等設備；從意大利Ansaldo引進全套自動化軋制控制技術和設備。Ansaldo控制系統由三套西門子PLC S7-400控制系統，一套AMS控制系統和一套剪卡控制系統組成。三套西門子S7-400控制系統主要對軋線、精整和收集設備進行順序邏輯控制和現場設備狀態的顯示，包括液壓、油潤滑、油氣潤滑系統設備。Ansaldo控制系統通訊分為三級：傳動級、AMS/PLC級、PC工業以太網TCP/IP級；（1）傳動級：控制現場交直流電機的傳動裝置均通過現場總線Profibus-Dp連接到AMS和PLC控制系統；（2）AMS/PLC級：PLC控制系統通過現場總線Profibus-Dp連接現場遠程I/O、ET200，接收現場反饋信號和控制現場設備的動作。AMS控制系統和三套PLC控制系統通過PLC的CPU端口MPI實現了連接；（3）PCS工業以太網TCP/IP級：監控PC，PLCS和AMS，同時通過工業以太網進行通訊，實現數據交換。Ansaldo控制系統采用Rsview工具實現工廠設備的組態、畫面趨勢、動態值和報警值顯示，控制現場設備的動作。

2 自動控制系統在運行中出現的問題

2.1 加熱爐步進梁步距程序存在的問題

項目實施前加熱爐區步進梁原設計有三種步距，分別是380mm、420mm和220mm但經過幾年的運行，在實際使用中發現，步進梁的三種步距滿足不了軋制生產線的生產節奏。需要根據生產節奏，重新在程序中定義加熱爐步距為280mm，并更改相應配套參數及設置。

2.2 P 1主操臺增加D A S曲線顯示的問題

我廠直流主電機采用電流和速度雙閉環控制系統。P1原有DAS系統（實時數據采集系統）共有八組模擬量通道。主要用于記錄成品軋機電流和速度、在線活套高度、及三號剪剪切曲線、裙板動作曲線。沒有多余通道顯示粗軋機組的電流及速度曲線，粗軋機組一旦出現故障，處理堆鋼費時費力，并且時有損壞設備事故發生。為了減少事故，保護粗軋設備能讓P1操作工及早發現粗軋設備隱患。在P1臺增加了一套專門監視粗軋六架電機電流的電腦，并安裝了英文版DAS系統軟件。通過電流曲線判斷粗軋機組是否出現異常。該電腦與其他客戶機一樣通過以太網接入自動化控制系統中。

2.3 三號剪的剪切程序存在問題

三號剪又稱作倍尺剪，但是自投產以來，三號剪的倍尺剪切數在P1的人機界面上只能設五剪。這樣倍尺棒層運行到定尺剪剪切后便會產生許多小齊尺，小齊尺的出現會給生產造成很多隱患和不便。產品成材率較低，收集區機械卡鋼故障較多，時有損壞設備的情況。為了提高產品成材率、降低收集區故障率、保護收集區設備，需對三號剪倍尺剪切進行程序優化，將原始設置由五剪改為八剪，避免收集區小齊尺的出現。

3 自動控制系統的優化與改進

3.1 加熱爐步進梁步距程序優化改造

針對加熱爐步進梁步距與生產節奏不匹配的問題，必須找到一個兼顧裝入坯料數量合適，同時又能使坯料加熱充分的步距。經過理論的分析，發現步進梁如果使用280mm步距的話會兼顧裝入加熱爐內的坯料數量合適同時又能使坯料加熱充分，并且與過鋼節奏較匹配。通過研究程序，發現步進梁步距的改變，是通過改變步進梁的前后極限控制來實現的，步進梁的前極限是15mm，為此我們把后極限設定成295mm，這樣步進梁前后就只能運行280mm，但還有一個關鍵的問題，就是改變步距之后，如果按照以前的推鋼機的前后極限運行，那坯料是不會準確運送到出爐輥道上的，所以必須改變推鋼機的前極限，來使它滿足步進梁為280mm步距，同時也能將坯料準確的送到出爐輥道上。

通過查閱資料，計算出推鋼機的前極限，把表達式寫入程序。步進梁的步距寫入程序的時候，將它當做一個變量來寫，以后不論改什么步距，只要將所要步距輸入這個變量，推鋼機就會計算出一個與之匹配的前極限，使得坯料能準確的從出爐輥道出去。

3.2 P 1主操臺增加D A S曲線顯示的改造

在P1臺安裝一臺客戶機，放置到P1操作工所正對的粗軋位置。通過網線和網卡接入到三級網絡拓撲結構中。該客戶機裝有英文版的DAS系統（實時數據采集系統）軟件，CH0-CH7八個開關量用于檢測粗軋前及粗軋各架次的咬鋼信號，八個模擬量用于檢測粗軋各架次的電流情況。正常過鋼過程中P1操作工通過方便的觀察粗軋機組各架次電流情況便可準確的判斷各架軋機的運行情況。該系統還具有歷史記錄功能，每個班次接班后可以將自己的作業時間進行保存，一旦有故障發生了意外堆鋼，可以調出歷史曲線分析故障原因，為查明故障和設備維護提供了解決方向。

3.3 三號剪的剪切程序優化改造

（1）原三號剪程序只能設五根倍尺，第五剪后倍尺長度自動按第五剪設定的剪切長度剪切，滿足不了生產要求，使得最后一支倍尺切成定尺后必將出現小齊尺。

（2）每根鋼坯的長度都不一樣，有誤差，細小的誤差造成最后一支倍尺出現小齊尺，尤其在軋制Φ25以下螺紋鋼和圓鋼時，由于原料長度的較小波動，造成最后倍尺波動較大，最后一支倍尺長度不穩定，出現小齊尺的幾率很大。

（3）料型的變化，隨著料型的變化，尤其生產Φ25以下螺紋鋼和圓鋼，有時也會使得最后一支倍尺出現小齊尺。

綜上所述如果將倍尺設定根數由五剪增加到八剪，即對三號剪倍尺優化可解決以上問題。

4 結束語

經過對自動化控制系統三項技術改造，使原有設備在硬件不變化的前提下發揮出巨大的功效，減少了設備的故障率，完全避免了惡性設備事故的發生。保護軋制設備的同時增加產量，增加了產品成材率，為棒材創高效創高產的目標作出貢獻。

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