無縫鋼管生產線自動化控制系統研究

譚德坤，蔣智，鄭春娟

（煙臺魯寶鋼管有限責任公司，山東 煙臺265500）

1 引言

無縫鋼管自動化控制系統的開發和研究可以有效減少鋼管生產過程中人力資源的投入，降低無縫鋼管的生產成本，提高無縫鋼管的生產質量和生產效率。無縫鋼管生產線自動化控制系統在無縫鋼管生產中的有效應用促進了我國無縫鋼管行業的可持續發展，加快了無縫鋼管的生產步伐，提升了我國鋼鐵產業的整體效能，使得我國鋼鐵行業可以在激烈的市場競爭中存活并穩定發展下來。

2 無縫鋼管的生產流程

無縫鋼管的生產工藝主要包括鋸切鋼坯以及管坯加熱、軋制檢測、定型等相關過程，生產流程比較復雜，生產設備十分繁雜，控制比較困難。自動化控制系統在無縫鋼管生產工藝過程中的應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量，減少人為事故的發生。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中進行穿孔，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小孔，使得穿管機能夠順利地進入鋼坯，保證穿孔的穩定性與安全性。可以將無縫鋼管根據生產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行，冷定心則主要在鋸切鋼坯之后以及加熱前的過程中進行。熱定心和冷定心兩種方式都能夠保證穿孔的穩定性，使得軋制過程更加順利和均勻。

3 無縫鋼管生產線自動化控制系統的構成

3.1 控制系統

無縫鋼管生產線控制系統主要包括基礎自動化系統過程、計算機控制系統、傳動系統以及網絡系統等。網絡系統主要包括控制網絡、現場總線、工業以太網、內部以太網相互組成的功能強大自動化控制系統。基礎自動化系統包括人機接口界面系統、分布式系統以及控制器等。工程師站基于相關軟件平臺進行編程調試，傳動系統采用交流變頻傳動裝置，冷區基礎自動化系統一般包括兩套控制器，分布式系統需要采取對應型號的軟件系統。各個單機控制系統采用工業以太網以及點對點的方式與主線系統進行通訊和交流[1]。

3.2 網絡結構以及系統配置

無縫鋼管生產線自動化控制系統配備三級自動化系統，構成集中管理、分布運算、分散控制以及資源共享的分布式的自動化控制系統。傳動系統主要采用公共直流母線的多傳動系統，最為突出的優勢在于應用了通用技術，能夠最大限度地滿足響應速度的要求以及控制精度的要求，而且模塊化的設計理念更加便于運行和維護，避免生產過程中出現停機事故，提高了生產效率和生產穩定性。控制器與傳動系統之間采用光纖進行連接，并使用相關通信協議進行信息的交換，控制器之間的通信是一種使用光纖介質連接的高性能通信，具有低負荷和快速的特點，能夠滿足快速響應以及控制精度的需求。所有控制器、工程師站、服務器、過程數據采集分析系統都需要連接到自動化控制系統當中，實現基礎通信功能。基礎自動化系統中的服務器包括用戶管理服務器、數據服務器以及功能服務器三種。其中，用戶管理服務器主要承擔著管理用戶權限的功能。功能服務器一般包括兩臺互為冗余的服務器，承擔對象和信息分配以及管理的功能，數據服務器主要功能在于實時數據的收集與分析，并為服務器提供自動的數據更新。在無縫鋼管生產線自動化控制系統當中，工業以太網主要用于過程計算機控制系統、單機控制系統與控制器之間的通信。通過交換機連接定徑機工藝控制系統、穿孔機工藝控制系統、連軋工藝參數設定及監控系統、單機PLC 控制系統、質量保證系統以及連軋自動輥縫控制系統等。

4 無縫鋼管生產線信息化管理平臺的實現

無縫鋼管生產線信息化管理平臺通常使用計算機語言Java技術實現，搭建基礎框架之后，合理選擇數據持久化工具。基礎的實體類需要面向對象的思想指導進行構建，并將整個業務的邏輯按照框架技術進行劃分，劃分為接口層、控制層以及數據實現層三個層次，瀏覽器與控制層之間相互交互并用于數據的接收以及分析，數據得到簡單處理之后直接發送至接口層進行業務邏輯的實際操作，返回的數據傳遞給控制層再發送給瀏覽器。這樣能夠有效降低程序內部的耦合度，提高代碼的應用效率和重用性。在這種控制系統具體實現的過程中，設計開發人員普遍會遇到用戶權限控制的問題，大型企業信息化管理平臺通常需要應用相關技術作為身份驗證以及情緒控制的基礎。在內部用戶進行系統登錄時，會將相關用戶信息直接存放到服務器端，此信息在整個用戶會話過程中一直生效，這樣在系統的前端頁面便可以將當前數據的屬性與特定屬性進行比較，進行權限的對比，從而可以向用戶有選擇性地開放相關功能，實現平臺控制的目的和效果[2]。

5 上位機軟件的功能

整個無縫鋼管生產線自動化設備由一條現場總線相連，所有連接該總線的設備都需要具有與總線相兼容的通信接口，這樣便能夠將相關通信接口分散到整個生產車間，從而可以達到對現場設備的精準控制和實時控制。借助工控機的過程監視軟件可以實現整個生產過程的組態監控以及整個系統的監視。首先，上位機軟件主要實現對生產線的監控功能，在組態成功之后，工控機能夠獲得無縫鋼管生產線自動化系統試運行的各項運行參數，并借助這些參數和從系統中獲得的數據能夠實現可視化的模擬界面。通過對可視化的模擬界面進行分析和研究，可以及時發現生產過程中可能存在的問題，便于管理人員監控和調整。由于無縫鋼管生產線所需要的監控設備比較多，為了能夠更好地體現各個生產區域的生產細節，需要多個實施界面同時運行。例如，為了監視穿孔輥的位置以及相關的設置參數，可以制作一個專門的操作界面，用戶可以借助這個專門的界面觀察到無縫鋼管生產線穿孔的全過程，并及時發現穿孔過程可能存在的問題。一旦出現生產事故，用戶也可以借助界面上出現的提示完成急停操作，避免造成重大損失，保證無縫鋼管生產行業生產的穩定性和安全性。其次，一般情況下，無縫鋼管生產線都能夠正常平穩運行，上位機軟件對于偶爾出現的故障具有記錄功能和報警顯示的功能，這樣有利于工作人員及時發現問題，有針對性地進行解決。所有的上位機的報警都會被記錄下來，用戶可以及時查詢相關的報警信息，并發現某個階段某個設備存在的故障信息。在生產過程中，上位機可以把各設備發送來的歷史數據以及操作員對系統操作的歷史數據存儲到本地硬盤當中，并根據子用戶的要求自動生成生產報表，體現歷史數據，便于后續生產流程的調整以及問題的查找，保證生產的可靠性。例如，軋輥的準確位置對于生產出合格的無縫鋼管非常重要，借助歷史數據，操作員可以調整軋輥位置控制算法，找出最優位置，確保生產出合格優質的無縫鋼管。

6 結語

綜上所述，無縫鋼管生產線自動化控制系統的有效應用能夠極大地提升無縫鋼管行業的生產效率和生產效率，減少人力資源的使用，實現精準控制和全程控制的功能。無縫鋼管生產線自動化控制系統的設計與應用需要結合鋼鐵行業的實際情況，在原有自動化系統優化的基礎之上，引入全覆蓋的控制系統，能夠實現生產流程的精準控制，保證生產的可靠性和安全性，減少安全事故的發生，促進鋼鐵行業持續穩定地發展。