冷軋單機(jī)架軋機(jī)自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

林建民

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司 冷軋部，山東 日照276800）

冷軋單機(jī)架軋機(jī)自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

林建民

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司 冷軋部，山東 日照276800）

單機(jī)架軋機(jī)自投產(chǎn)以來故障頻發(fā)，控制元件運行環(huán)境差，程序漏洞多，操作畫面不直觀是造成問題多發(fā)的直接原因。通過加強電氣元件保護(hù)措施，優(yōu)化控制程序及操作畫面，完善系統(tǒng)連鎖保護(hù)，增加控制網(wǎng)絡(luò)診斷功能等方式，單機(jī)架軋機(jī)設(shè)備誤時月均下降了65%，有效保障了設(shè)備高效平穩(wěn)運行。

單機(jī)架軋機(jī)；自動控制；優(yōu)化；誤時

1 前言

某單機(jī)架六輥可逆冷軋機(jī)年設(shè)計產(chǎn)能20萬t，產(chǎn)品厚度規(guī)格0.2～1.2 mm，最大軋制力18 000 kN，最快軋制速度1 250 m/min。機(jī)組配置1臺開卷機(jī)、兩臺卷取機(jī)、六輥可逆式軋機(jī)、乳化液系統(tǒng)、高低壓液壓系統(tǒng)、稀油潤滑和油氣潤滑系統(tǒng)等，配有X射線測厚儀、激光測速儀、張力測量儀等先進(jìn)測量設(shè)備，主傳動采用芬蘭ABBACS6000傳動控制系統(tǒng)，輔傳動采用西門子6se70傳動控制系統(tǒng)，在國內(nèi)首次使用西門子TDC控制系統(tǒng)，通過CFC編程完成軋機(jī)壓下、速度、張力調(diào)節(jié)、板型控制、主軋機(jī)負(fù)荷平衡、帶長計算、斷帶檢測和機(jī)架保護(hù)、軋機(jī)外圍設(shè)備動作等功能，在同類軋機(jī)中屬于中高檔水平［1］。但相比于國外引進(jìn)的機(jī)組，控制系統(tǒng)不夠成熟，設(shè)備質(zhì)量和安裝精度不高，導(dǎo)致問題頻發(fā)，故障居高不下，月均有效作業(yè)率最低至37%。

2 故障頻發(fā)原因分析

通過對每個月設(shè)備誤時細(xì)分化解，按照故障類型統(tǒng)計，發(fā)生DP故障一次，查找故障困難導(dǎo)致誤時較長；HGC發(fā)生頻次高且誤時長，占到總誤時的12%；接近開關(guān)和傳感器類故障發(fā)生頻次高，損壞率高，總誤時時間長，分別占總誤時的21%和12%；測厚儀誤時占到11%。

1）HGC系統(tǒng)運行環(huán)境差，突發(fā)故障多。單機(jī)架HGC（液壓輥縫控制）控制系統(tǒng)安裝在軋機(jī)牌坊底部，壓力傳感器、伺服閥等控制元件受到乳化液的沖刷，處于高溫潮濕環(huán)境中，導(dǎo)致伺服閥和壓力傳感器的信號接口經(jīng)常出現(xiàn)短路或者斷路問題，造成元件損壞和斷帶，每次故障處理都很麻煩，單次誤時甚至長達(dá)8 h，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)節(jié)奏。

2）DP通訊故障缺乏報警診斷信息，故障處理不便。單機(jī)架軋機(jī)采用西門子Profibus-DP現(xiàn)場總線，網(wǎng)絡(luò)鏈路長，通訊故障多發(fā)，但在出現(xiàn)問題后，系統(tǒng)沒有檢測，軋機(jī)會繼續(xù)軋鋼，導(dǎo)致控制參數(shù)不能及時更新，帶鋼厚度波動，甚至斷帶。現(xiàn)場站點較多，通訊故障不好診斷，尤其是時斷時通的狀態(tài)下更是無從下手，給設(shè)備維護(hù)帶來很大不便。由于存在隱患，操作工無法提速生產(chǎn)，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)節(jié)奏。

3）程序控制不合理，對設(shè)備造成損害，導(dǎo)致停機(jī)，甚至斷帶。單機(jī)架軋機(jī)現(xiàn)場設(shè)備控制簡單，大部分是開關(guān)電磁閥，控制精度不高，設(shè)備的準(zhǔn)確定位無法保證，經(jīng)常出現(xiàn)液壓缸內(nèi)泄或管路漏油導(dǎo)致導(dǎo)板臺不到位、自行下落、張力達(dá)不到設(shè)定值、夾送輥液壓馬達(dá)損壞等問題，打亂了正常生產(chǎn)節(jié)奏，也加劇了設(shè)備的損壞。

4）軋制主畫面不直觀，操作不方便。軋制主畫面信息量大，數(shù)據(jù)較多，但直觀性差。如穿帶、點動、建張、起車等的連鎖均需要操作工翻頁才能看到，張力差只是顯示數(shù)據(jù)，不直觀，其他像軋制力、電機(jī)電流等棒狀圖也沒有直觀的報警值，對操作工的警示作用不明顯，均需要修改和優(yōu)化。

綜上，單機(jī)架軋機(jī)在控制系統(tǒng)、安全保護(hù)、現(xiàn)場設(shè)備的使用均存在諸多問題，需要一一優(yōu)化。

3 整改措施

3.1 HGC控制系統(tǒng)優(yōu)化

單機(jī)架軋機(jī)液壓輥縫控制系統(tǒng)（HGC）主要由PI控制器、伺服放大器、伺服閥、控制閥、液壓缸、壓力傳感器、Sony位移傳感器及液壓管路等構(gòu)成［2-3］，其位置閉環(huán)控制見圖1。

由于上壓式軋機(jī)液壓HGC缸長期在乳化液蒸汽環(huán)境中運行，經(jīng)常出現(xiàn)伺服閥和壓力傳感器故障，導(dǎo)致急停斷帶，平均誤時在4 h以上；軋制時操作工擔(dān)心出現(xiàn)斷帶而不敢提速，速度一般都低于300 m/min，嚴(yán)重影響單機(jī)架軋機(jī)產(chǎn)能。如果能夠?qū)崿F(xiàn)HGC動態(tài)響應(yīng)功能的測試，就可以通過查看測試曲線來判斷HGC可能存在的問題，從而縮短故障查找時間，提高故障判斷的準(zhǔn)確性。故從兩個方面對HGC系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化：

圖1 HGC位置控制框圖

1）對元件保護(hù)。HGC控制系統(tǒng)壓力傳感器、伺服閥等元件的中間接線箱安裝在軋機(jī)牌坊下立柱上，與乳化液收集槽相鄰，軋制時高溫乳化液蒸汽就會滲到接線箱內(nèi)引起短路，經(jīng)常燒壞壓力傳感器，因此，將接線箱移到牌坊外面；伺服閥航空插頭受乳化液蒸汽侵蝕出現(xiàn)開焊現(xiàn)象，損壞后多次焊接已經(jīng)無法使用，需要更換防護(hù)等級更高的接頭。

2）動態(tài)響應(yīng)測試功能的實現(xiàn)。為了適時測試液壓缸動作時伺服閥和磁尺的相應(yīng)情況，位置控制模式下，在參考輥縫上疊加一個波形為方波或正弦波的附加輥縫值，用方波來檢測液壓缸的響應(yīng)速度，用正弦波來檢測磁尺和伺服閥的動態(tài)性能，可有效檢測到伺服閥和磁尺的運行狀況。

3.2 DP網(wǎng)絡(luò)診斷功能開發(fā)

3.2.1 TCS系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)診斷功能開發(fā)

單機(jī)架現(xiàn)場TCS系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)采用DP網(wǎng)絡(luò)將各個從站連接到TDC，共37個從站。使用CFC語言編程，利用DPDIAG塊讀取主站狀態(tài)、診斷數(shù)據(jù)傳輸丟失、從站丟站的功能，可對網(wǎng)絡(luò)中各個從站進(jìn)行監(jiān)控，如果從站有通信故障，就會從主站讀出相應(yīng)從站狀態(tài)，發(fā)出丟站報警，系統(tǒng)故障停車，并在HMI畫面上該站顯示紅色。

3.2.2 乳化液介質(zhì)系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)診斷功能開發(fā)

單機(jī)架乳化液介質(zhì)系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC控制，有5個子站，其中包括稀油潤滑智能從站，各站分散在地下油庫，出現(xiàn)通信故障后不便查找，利用Step7編程軟件中SFC51功能塊，通過讀取主站CPU的系統(tǒng)狀態(tài)信息，來判斷從站是否存在數(shù)據(jù)通信超時和丟站的問題，將結(jié)果存入DB82中，同時作為故障停車的條件連入系統(tǒng)，程序如下所示：

CALL"RDSYSST"

REQ∶=TRUE

SZL_ID∶=W#16#692//讀取從站診斷信息

INDEX∶=W#16#1

RET_VAL∶=MW0

BUSY∶=M2.0

SZL_HEADER∶=#length

DR∶=P#DB82.DBX70.0 BYTE 8//結(jié)果輸出到DB82

P#DB82.DBX70.0 byte18中為每個DP從站(16×8=128)保留一位，地址為Address 1的DP從站的狀態(tài)保存在第三個字節(jié)的Bit 1位中，地址為Address 3的DP從站的狀態(tài)保存在第3個字節(jié)的Bit 3位中，依次類推，如果從站對應(yīng)的位被置位，則表明那個DP從站沒有通信上或丟站。

3.3 控制元件改造

3.3.1 程序優(yōu)化

1）導(dǎo)板臺位置無法保持的優(yōu)化。對于導(dǎo)板臺在軋制中下落丟信號的問題，采用置復(fù)位命令使導(dǎo)板臺抬起時抬起命令保持，電磁閥一直得電，落下時落下命令保持，電磁閥一直得電，從而避免了在軋制時信號丟失出現(xiàn)停車的現(xiàn)象。

2）主電機(jī)潤滑系統(tǒng)保護(hù)連鎖。主電機(jī)稀油潤滑沒有檢測，一旦出現(xiàn)缺油，就會造成減速箱燒毀的嚴(yán)重后果，新加油流檢測開關(guān)，將信號作為故障停車的條件引入系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)油流信號丟失，系統(tǒng)就產(chǎn)生報警信號，并全線故障停車。

3.3.2 液壓馬達(dá)控制的改造

單機(jī)架入口液壓馬達(dá)在穿帶和甩尾時落下，隨著導(dǎo)向輥的速度旋轉(zhuǎn)，起到引導(dǎo)帶頭的作用。但原設(shè)計中使用的是電磁開關(guān)閥驅(qū)動，控制精度不高，馬達(dá)速度不能調(diào)節(jié)，穿帶和甩尾的速度分別是15 m/min和40 m/min，馬達(dá)在驅(qū)動時一直按照最大速度運行，和帶鋼產(chǎn)生相對摩擦，造成馬達(dá)燒毀。為了減少設(shè)備損壞，將馬達(dá)控制改為比例閥控制，在穿帶和甩尾時分別以不同的速度和帶鋼速度匹配，延長使用壽命。

3.4 HMI畫面優(yōu)化

通過新加分頁功能，優(yōu)化畫面布局，在盡量顯示信息的情況下減少畫面點，使主畫面簡潔明了，操作人員主要關(guān)心的厚度、軋制力、輥縫、彎輥力等顯示明顯，對起車、建張等影響工藝過程的條件進(jìn)行優(yōu)化，在不切換畫面的情況下通過下拉菜單的方式顯示出來，并新加連鎖判斷的畫面，方便操作人員對各個條件的判斷。

4 優(yōu)化后的效果

自2016年下半年開始優(yōu)化，通過不斷總結(jié)找出影響軋機(jī)作業(yè)率的關(guān)鍵因素，不斷對控制程序進(jìn)行優(yōu)化。對現(xiàn)場元件加強保護(hù)并定期維護(hù)，電氣設(shè)備誤時逐漸減少，到2017年1月，機(jī)組作業(yè)率達(dá)到83%，2017年上半年電氣自動化誤時顯著減少，同期下降了65%。

［1］ 張楊，楊小勇.1450 mm六輥可逆冷軋機(jī)自動控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2010（6）：88-89.

［2］ 孫杰，張殿華，曾玉清，等.單機(jī)架可逆冷軋機(jī)自動控制系統(tǒng)［J］.冶金自動化，2008，32（1）：45-48.

［3］ 丁修堃.軋制過程自動化［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

Optimization of the Automatic Control System for the Single Stand Cold Rolling Mill

LIN Jianmin
（The Cold Rolling Department of Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.，Ltd.，Rizhao 276800，China）

TG334.9

B

1004-4620（2017）05-0056-02

2017-9-20

林建民，男，1982年生，2006年畢業(yè)于東北大學(xué)自動化專業(yè)。現(xiàn)為山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司工程師，從事電氣自動化技術(shù)工作。

single stand mill;automatic control;optimization;fault time