無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究

譚德坤 蔣智 鄭春娟

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅速進(jìn)步，無縫鋼管產(chǎn)業(yè)獲得了迅猛的發(fā)展，極大地改變了我國鋼鐵生產(chǎn)進(jìn)程。自動(dòng)化技術(shù)在無縫鋼管產(chǎn)業(yè)中的有效應(yīng)用能夠有效提升無縫鋼管的生產(chǎn)速率和生產(chǎn)質(zhì)量，但是由于無縫鋼管生產(chǎn)線工藝比較復(fù)雜，設(shè)備眾多，對(duì)控制系統(tǒng)有著較高的要求，因此，在自動(dòng)化控制過程中存在很多問題，影響自動(dòng)化生產(chǎn)線的運(yùn)行效果。論文主要針對(duì)無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行探究。

【Abstract】With the continuous development of social economy and the rapid progress of China's industrial industry， seamless steel pipe industry has achieved rapid development， which has greatly changed the steel production process in China. The effective application of automation technology in seamless steel pipe industry can effectively improve the production rate and quality of seamless steel pipe. However， due to the complex process and numerous equipment of seamless steel pipe production line， there are high requirements for the control system. Therefore， there are many problems existing in the process of automatic control， which affect the operation effect of the automatic production line. This paper mainly discusses the automatic control system of seamless steel pipe production line.

【關(guān)鍵詞】無縫鋼管生產(chǎn)線;自動(dòng)化控制系統(tǒng);工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

【Keywords】seamless steel pipe production line; automatic control system; industrial internet

【中圖分類號(hào)】TF345;TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）12-0176-02

1 引言

無縫鋼管自動(dòng)化控制系統(tǒng)的開發(fā)和研究可以有效減少鋼管生產(chǎn)過程中人力資源的投入，降低無縫鋼管的生產(chǎn)成本，提高無縫鋼管的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)在無縫鋼管生產(chǎn)中的有效應(yīng)用促進(jìn)了我國無縫鋼管行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，加快了無縫鋼管的生產(chǎn)步伐，提升了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的整體效能，使得我國鋼鐵行業(yè)可以在激烈的市場競爭中存活并穩(wěn)定發(fā)展下來。

2 無縫鋼管的生產(chǎn)流程

無縫鋼管的生產(chǎn)工藝主要包括鋸切鋼坯以及管坯加熱、軋制檢測、定型等相關(guān)過程，生產(chǎn)流程比較復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備十分繁雜，控制比較困難。自動(dòng)化控制系統(tǒng)在無縫鋼管生產(chǎn)工藝過程中的應(yīng)用可以解決人力所無法控制的問題，提高控制效率和控制質(zhì)量，減少人為事故的發(fā)生。在軋制無縫鋼管的過程中，通常以長圓柱批作為原料，將長圓柱坯放入加熱爐中，加熱完成之后送入穿孔機(jī)中進(jìn)行穿孔，從而可以形成鋼管。需要在穿孔之前在鋼坯的后端中心處先打一個(gè)小孔，使得穿管機(jī)能夠順利地進(jìn)入鋼坯，保證穿孔的穩(wěn)定性與安全性。可以將無縫鋼管根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同分為熱定心和冷定心兩種類型，熱定心需要在加熱以后以及穿孔之前進(jìn)行，冷定心則主要在鋸切鋼坯之后以及加熱前的過程中進(jìn)行。熱定心和冷定心兩種方式都能夠保證穿孔的穩(wěn)定性，使得軋制過程更加順利和均勻。

3 無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 控制系統(tǒng)

無縫鋼管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)過程、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、內(nèi)部以太網(wǎng)相互組成的功能強(qiáng)大自動(dòng)化控制系統(tǒng)。基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)包括人機(jī)接口界面系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)以及控制器等。工程師站基于相關(guān)軟件平臺(tái)進(jìn)行編程調(diào)試，傳動(dòng)系統(tǒng)采用交流變頻傳動(dòng)裝置，冷區(qū)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)一般包括兩套控制器，分布式系統(tǒng)需要采取對(duì)應(yīng)型號(hào)的軟件系統(tǒng)。各個(gè)單機(jī)控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式與主線系統(tǒng)進(jìn)行通訊和交流[1]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)配置

無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)配備三級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)，構(gòu)成集中管理、分布運(yùn)算、分散控制以及資源共享的分布式的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用公共直流母線的多傳動(dòng)系統(tǒng)，最為突出的優(yōu)勢(shì)在于應(yīng)用了通用技術(shù)，能夠最大限度地滿足響應(yīng)速度的要求以及控制精度的要求，而且模塊化的設(shè)計(jì)理念更加便于運(yùn)行和維護(hù)，避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)停機(jī)事故，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)穩(wěn)定性。控制器與傳動(dòng)系統(tǒng)之間采用光纖進(jìn)行連接，并使用相關(guān)通信協(xié)議進(jìn)行信息的交換，控制器之間的通信是一種使用光纖介質(zhì)連接的高性能通信，具有低負(fù)荷和快速的特點(diǎn)，能夠滿足快速響應(yīng)以及控制精度的需求。所有控制器、工程師站、服務(wù)器、過程數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)都需要連接到自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)通信功能。基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)中的服務(wù)器包括用戶管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及功能服務(wù)器三種。其中，用戶管理服務(wù)器主要承擔(dān)著管理用戶權(quán)限的功能。功能服務(wù)器一般包括兩臺(tái)互為冗余的服務(wù)器，承擔(dān)對(duì)象和信息分配以及管理的功能，數(shù)據(jù)服務(wù)器主要功能在于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集與分析，并為服務(wù)器提供自動(dòng)的數(shù)據(jù)更新。在無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中，工業(yè)以太網(wǎng)主要用于過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、單機(jī)控制系統(tǒng)與控制器之間的通信。通過交換機(jī)連接定徑機(jī)工藝控制系統(tǒng)、穿孔機(jī)工藝控制系統(tǒng)、連軋工藝參數(shù)設(shè)定及監(jiān)控系統(tǒng)、單機(jī)PLC控制系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)以及連軋自動(dòng)輥縫控制系統(tǒng)等。

4 無縫鋼管生產(chǎn)線信息化管理平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

無縫鋼管生產(chǎn)線信息化管理平臺(tái)通常使用計(jì)算機(jī)語言Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)，搭建基礎(chǔ)框架之后，合理選擇數(shù)據(jù)持久化工具。基礎(chǔ)的實(shí)體類需要面向?qū)ο蟮乃枷胫笇?dǎo)進(jìn)行構(gòu)建，并將整個(gè)業(yè)務(wù)的邏輯按照框架技術(shù)進(jìn)行劃分，劃分為接口層、控制層以及數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)層三個(gè)層次，瀏覽器與控制層之間相互交互并用于數(shù)據(jù)的接收以及分析，數(shù)據(jù)得到簡單處理之后直接發(fā)送至接口層進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)際操作，返回的數(shù)據(jù)傳遞給控制層再發(fā)送給瀏覽器。這樣能夠有效降低程序內(nèi)部的耦合度，提高代碼的應(yīng)用效率和重用性。在這種控制系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的過程中，設(shè)計(jì)開發(fā)人員普遍會(huì)遇到用戶權(quán)限控制的問題，大型企業(yè)信息化管理平臺(tái)通常需要應(yīng)用相關(guān)技術(shù)作為身份驗(yàn)證以及情緒控制的基礎(chǔ)。在內(nèi)部用戶進(jìn)行系統(tǒng)登錄時(shí)，會(huì)將相關(guān)用戶信息直接存放到服務(wù)器端，此信息在整個(gè)用戶會(huì)話過程中一直生效，這樣在系統(tǒng)的前端頁面便可以將當(dāng)前數(shù)據(jù)的屬性與特定屬性進(jìn)行比較，進(jìn)行權(quán)限的對(duì)比，從而可以向用戶有選擇性地開放相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)控制的目的和效果[2]。

5 上位機(jī)軟件的功能

整個(gè)無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)備由一條現(xiàn)場總線相連，所有連接該總線的設(shè)備都需要具有與總線相兼容的通信接口，這樣便能夠?qū)⑾嚓P(guān)通信接口分散到整個(gè)生產(chǎn)車間，從而可以達(dá)到對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的精準(zhǔn)控制和實(shí)時(shí)控制。借助工控機(jī)的過程監(jiān)視軟件可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的組態(tài)監(jiān)控以及整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視。首先，上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的監(jiān)控功能，在組態(tài)成功之后，工控機(jī)能夠獲得無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)試運(yùn)行的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，并借助這些參數(shù)和從系統(tǒng)中獲得的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的模擬界面。通過對(duì)可視化的模擬界面進(jìn)行分析和研究，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中可能存在的問題，便于管理人員監(jiān)控和調(diào)整。由于無縫鋼管生產(chǎn)線所需要的監(jiān)控設(shè)備比較多，為了能夠更好地體現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)區(qū)域的生產(chǎn)細(xì)節(jié)，需要多個(gè)實(shí)施界面同時(shí)運(yùn)行。例如，為了監(jiān)視穿孔輥的位置以及相關(guān)的設(shè)置參數(shù)，可以制作一個(gè)專門的操作界面，用戶可以借助這個(gè)專門的界面觀察到無縫鋼管生產(chǎn)線穿孔的全過程，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)穿孔過程可能存在的問題。一旦出現(xiàn)生產(chǎn)事故，用戶也可以借助界面上出現(xiàn)的提示完成急停操作，避免造成重大損失，保證無縫鋼管生產(chǎn)行業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。其次，一般情況下，無縫鋼管生產(chǎn)線都能夠正常平穩(wěn)運(yùn)行，上位機(jī)軟件對(duì)于偶爾出現(xiàn)的故障具有記錄功能和報(bào)警顯示的功能，這樣有利于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，有針對(duì)性地進(jìn)行解決。所有的上位機(jī)的報(bào)警都會(huì)被記錄下來，用戶可以及時(shí)查詢相關(guān)的報(bào)警信息，并發(fā)現(xiàn)某個(gè)階段某個(gè)設(shè)備存在的故障信息。在生產(chǎn)過程中，上位機(jī)可以把各設(shè)備發(fā)送來的歷史數(shù)據(jù)以及操作員對(duì)系統(tǒng)操作的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地硬盤當(dāng)中，并根據(jù)子用戶的要求自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表，體現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)，便于后續(xù)生產(chǎn)流程的調(diào)整以及問題的查找，保證生產(chǎn)的可靠性。例如，軋輥的準(zhǔn)確位置對(duì)于生產(chǎn)出合格的無縫鋼管非常重要，借助歷史數(shù)據(jù)，操作員可以調(diào)整軋輥位置控制算法，找出最優(yōu)位置，確保生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)的無縫鋼管。

6 結(jié)語

綜上所述，無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用能夠極大地提升無縫鋼管行業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效率，減少人力資源的使用，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制和全程控制的功能。無縫鋼管生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用需要結(jié)合鋼鐵行業(yè)的實(shí)際情況，在原有自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)之上，引入全覆蓋的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)流程的精準(zhǔn)控制，保證生產(chǎn)的可靠性和安全性，減少安全事故的發(fā)生，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。

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