冷軋單機架軋機自動控制系統優化

孫凱

（山信軟件萊蕪自動化分公司，山東萊蕪，271104）

1 冷軋單機架軋機自動控制系統概述

在冷軋帶鋼生產的時候，單機架軋機的生產較為靈活，而且投資相對較小，品種規格可以快速變換，具有較高的附加值，而且能夠對個性化的用戶需求進行滿足，具有眾多優點，但是相比于冷連軋機組連續軋制，單機架軋機的第1到4軋制需要穿帶，另外，經過每一道工序的過程中，都需要進行啟動，接著進行加速，然后保持勻速的狀態，最后減速到停機的整個非穩態軋制，這就造成穿帶啟動，接著加速，然后甩尾，最后減速等過程，時間較長，另外軋制的過程中需要不斷變化條件，造成帶鋼成材率不高，而且生產過程中無法長期處于穩定狀態等。

由于在研發和工程實踐中，沒有充分重視單機架冷軋機控制系統，有些板型和厚度的控制精度無法達到當前客戶的具體要求。

在解決單機架冷軋機的帶鋼頭尾超差、板形控制精度以及帶鋼本體厚度方面應用了自動控制技術，冷軋帶鋼的成材率和產品質量進一步加強，對自動化系統進行完善，是確保整個生產質量的重要因素，系統主要通過基礎自動化控制系統，過程自動化控制系統以及人機界面三個部分組成，并且對生產管理自動化系統的接口進行了預留。

2 冷軋單機架軋機自動控制系統故障

2.1 工程概況

某單機架六輥可逆冷軋機的產能的可以達到20萬噸，其最大軋制力可以達到19450千牛，主要使用的是芬蘭的傳動控制系統，并且與西門子的傳動控制系統相結合，然而與國外引進的技術相比，其控制系統并不成熟，在安裝精度和質量方面無法達到要求，造成故障率居高不下，出現了很多問題.可以發現，依照故障類型進行統計出現了DP故障一次，由于很難查找相關的原因，造成誤時時間較長。而出現HGC的概率較高，而且誤時時間較長，在整個誤時時長當中達到了12%，傳感器類故障以及接近開關類故障出現的頻次也較高，而且具有較長的總誤時時間，損壞率較高，損壞率分別達到了21%以及12%，這會造成很大的經濟損失，另外，在測厚儀方面的誤時時間達到11%。

2.2 故障頻發原因

2.2.1 HGC系統運行環境差，突發故障多

單機架HGC控制系統主要在軋機牌坊的底部安裝，另外，由于長期受到乳化液的沖刷，伺服器、壓力傳感器等控制元件在使用的過程中出現一定的故障，造成伺服閥和壓力傳感器在接口的地方出現了斷路或短路等諸多問題，導致斷帶或者元件損壞，每次在處理故障的過程中需要消耗大量的時間，但此物時甚至可以超過8個小時對生產的連續性造成了非常嚴重的損失。

2.2.2 DP通訊故障沒有相應的報警診斷信息

單機架軋機通過西門子profibus-dp現場總線控制，通訊的過程中出現較多的過程，而且網絡鏈路較長，在產生故障之后無法及時的對系統進行檢測，軋機還會繼續軋鋼，造成參數無法控制而導致鋼厚度出現波動，甚至產生斷代的問題，由于現場站點較多，無法很好的診斷通訊故障，特別是時斷時通的狀態更是無法對故障進行排除，嚴重的影響了設備的維護，由于出現故障隱患，在操作的過程中無法提速生產，造成生產的節奏被嚴重的破壞。

圖1 HGC位置控制框圖

2.2.3 程序控制不合理問題

由于無法合理的對程序進行控制，嚴重的損壞了設備，甚至造成停機斷代的問題，單機架軋機在設備控制方面相對比較簡單，主要是單開關電磁閥，但是在控制的過程中無法提高精度，在設備的準確定位方面出現了較多的問題，往往會產生液壓缸內些或者管路漏油等，造成導板臺無法到位或者出現自行滑落等情況，無法達到設定的張力，另外加送輥液壓馬達也會出現損壞等問題，造成生產節奏被破壞。

3 冷軋單機架軋機自動控制系統優化措施及效果

3.1 HGC控制系統優化

因為上壓式軋機液壓HGC缸在乳化液蒸氣環境當中長期運行，往往會產生伺服閥和壓力傳感器出現故障，甚至造成斷帶等問題。在出現故障之后，平均誤時時間超過了四個小時，在軋制的過程中，操作人員由于擔心會出現斷帶等問題而無法大膽的提速，往往將速度控制在300m/min，對單機架軋機的產能產生了嚴重的影響，如果能夠讓HGC動態響應功能的測試得以實現，就可以通過測試曲線來對HGC出現的問題進行判斷，讓故障查找時間縮短，讓故障判斷準行大幅提高，所以在優化的過程中選擇以下兩個方法。

3.1.1 對元件保護

因為HGC控制系統的伺服閥、壓力傳感器等元件的中間接電箱在軋機牌坊下立柱安裝和乳化液收集槽相連，所以在軋制的過程中，高溫乳化液層就會向接線箱當中滲入造成短路等問題，嚴重了還會將壓力傳感器燒壞，所以需要轉移接線箱的位置，移至牌坊的反面，伺服閥使用航空插頭，由于期長期受到乳化液的侵蝕而出現了開焊等問題，損壞之后多次進行焊接之后，直到無法使用，所以一定要對接頭進行更換使用，安全防護等級更高的接口設備。

3.1.2 動態響應測試功能的實現

為了更好的對液壓缸的動作的過程中實施以及伺服閥的相對情況進行測試，需要在輥縫處進行一個方波和正弦波的附加供奉值的疊加，通過方波來對液壓缸的響應速度進行檢測，通過正弦波對伺服，以及磁尺的動態性能進行檢測，可以將磁尺和伺服閥的運行狀況進行有效的檢測。

3.2 DP網絡診斷功能開發

TCS系統和傳動系統，DP網絡診斷功能開發單機架現場，TCS系統和傳動系統通過DP網絡連接各個從站到TDC當中一共設置了37個從站，另外通過CFC的語言進行編程，通過DPDIAG塊對主站狀態進行讀取，并且了解從站丟站等功能，對數據傳輸丟失情況進行診斷，可以通過網絡監控各個從站，如果從站當中產生故障，可以從主戰當中將從站立狀態讀取出來，并且進行相應丟站報警，讓故障的系統停車，并且在hmi畫面上將該站點設置為紅色。乳化液介質系統DP網絡診斷功能，通過開發單機架乳化液介質系統使用，西門子的PLC對其進行控制，共設置了子站五個，主要包含了稀油潤滑智能從站。這些從站在個地下油庫分布，如果產生通信故障，則無法對其進行很快的查找，通過相關的編程軟件的SFC51功能塊，將主站cpu當中的系統狀態信息讀取，對從站是否進行通信或者通信是否出現超時等問題進行判斷，將相應的結果發送給db82。另外，將故障停車的條件與系統相連。

3.3 控制元件改造

3.3.1 程序優化

無法優化導板臺的位置，由于導板臺還在軋制的過程中下落丟信號的問題比較嚴重，可以通過復位命令保持導板臺抬起時的抬起命令，如果電磁閥得電，這下落的過程中保持下落的命令，電磁閥一直得電，就可以防止在軋制的過程中出現信號丟失的問題而產生停車等情況。

加強主電機潤滑系統保護聯鎖的控制，由于主電機稀油潤滑無法進行檢測，如果出現缺油的問題，可能會造成減速箱燒毀等后果，而通過油流檢測開關的設置，可以將這個信號作為故障停車的一個重要條件，在系統當中接入，如果出現油流信號丟失等問題，系統就立刻將報警信號發送出來，并且，讓全線處于故障停車的狀態。

3.3.2 液壓馬達控制的改造

單機架入口液壓馬達在甩尾或者穿帶的過程中會落下，與導向輥的速度進行旋轉，并且起到帶頭引導作用，然后在原有設計的過程中，通過電磁開關法對其進行驅動，無法提高精度，馬達的速度無法準確的進行調節，通常條件下，甩尾和穿帶的速度控制在40m/min以及15m/min，在驅動馬達的過程中，一直根據最大速度進行驅動，會與帶鋼之間進行摩擦，而導致馬達被燒毀，為了讓設備的損壞的情況得到控制，在控制馬達的過程中使用比例閥進行控制，在甩尾和穿帶的過程中，通過不同的速度和匹配帶鋼的速度，讓使用壽命延長。

3.4 HMI畫面優化

通過新加分頁功能，對畫面布局進行優化，讓信息顯示量增大的條件下，讓畫面點減少，讓操作人員更關心的彎輥力、輥縫、軋制力、厚度等問題處于明顯的位置，進一步優化與工藝條件有影響的操作，在畫面進行切換的條件下，進一步顯示下拉菜單，通過新加判斷的畫面，讓操作人員更好的判斷各個條件。