不銹鋼熱退火酸洗機(jī)組拋丸機(jī)電氣控制系統(tǒng)

邵 超，林 剛

（寧波寶新不銹鋼有限公司設(shè)備技術(shù)室，浙江寧波 315800）

0 引言

寶新公司熱退火酸洗機(jī)組3AP引進(jìn)德國(guó)SUNDWIG公司機(jī)械設(shè)備，電氣設(shè)備使用ABB AC450自動(dòng)化控制系統(tǒng)。L1-OCS是實(shí)時(shí)控制級(jí)別，對(duì)于機(jī)組自動(dòng)操作順序，邏輯，調(diào)節(jié)閉環(huán)控制，傳動(dòng)優(yōu)先控制、輔助系統(tǒng)、報(bào)警以及事件處理都包含在本控制級(jí)別內(nèi)。拋丸段機(jī)械設(shè)備由DISA公司提供，電氣設(shè)備的硬件和軟件控制由ANDRIZ提供。AA31 PLC主要用于拋丸段的控制。拋丸機(jī)安裝在破鱗機(jī)的后面，酸洗段的前面，為了清除帶鋼兩個(gè)表面的氧化鐵皮。這個(gè)拋丸設(shè)備包含有4臺(tái)拋丸機(jī)，每個(gè)拋丸箱包含有上下拋丸輪共計(jì)4臺(tái)。2個(gè)轉(zhuǎn)向輥安置在2#和3#拋丸機(jī)之間。

在不銹鋼生產(chǎn)工藝，拋丸機(jī)是熱退火酸洗線中關(guān)鍵的設(shè)備，目前寶新公司3AP拋丸段有4臺(tái)拋丸機(jī)，2套除塵系統(tǒng)。3AP拋丸機(jī)的控制方式是2臺(tái)一組的控制方式，只要有1臺(tái)拋丸機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)有2臺(tái)同時(shí)停止工作，這樣機(jī)組就要降速50%～70%生產(chǎn)，給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。

1 工作情況

拋丸機(jī)的主要作用就是清除帶鋼上下表面的氧化鐵皮，主要依靠高能量的丸粒打到帶鋼表面，從而使氧化鐵皮除去。還需要解決3個(gè)問(wèn)題:①丸粒的循環(huán)使用；②氧化鐵粉的回收；③細(xì)小丸粒的回收。

清除帶鋼上下表面的氧化鐵皮和丸粒的循環(huán)使用由拋丸系統(tǒng)來(lái)完成。丸粒經(jīng)過(guò)加料斗，經(jīng)過(guò)閥門落到帶鋼表面，空壓機(jī)將丸粒吹到下螺旋輸送機(jī)，下螺旋輸送機(jī)將丸粒送至斗提機(jī)下，斗提機(jī)將丸粒提升到上螺旋輸送機(jī)，上螺旋輸送機(jī)將丸粒輸送到丸粒料倉(cāng)。細(xì)小的丸粒由分離器的螺旋輸送機(jī)分離出去，合格的丸粒經(jīng)過(guò)下料閥門，落到拋丸輪處，拋丸輪將丸粒高速拋出，打到帶鋼表面，然后又落會(huì)下螺旋輸送機(jī)。氧化鐵粉的回收由主要除塵系統(tǒng)來(lái)完成。細(xì)小丸粒的回收由氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)來(lái)完成。

2 HMI

拋丸機(jī)人機(jī)接口畫面使用的由ABB公司開發(fā)的PPA軟件進(jìn)行制作，就畫面而言分為1#，2#拋丸機(jī)、3#，4#拋丸機(jī)、除塵系統(tǒng)、氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)和公共部分等5部分。與其他HMI一樣，對(duì)畫面的操作實(shí)際上是對(duì)L1的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，這樣經(jīng)過(guò)邏輯的運(yùn)算，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。操作站與L1通過(guò)MB300總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，硬件連接部分主要是RTA板，MB300通信網(wǎng)線，CS513通信板。在HMI上可以看到相關(guān)設(shè)備的報(bào)警信息，主要在工藝段部分和Andritz部分的報(bào)警信息。

2.1 1#，2#拋丸機(jī)畫面

1#，2#拋丸機(jī)畫面有1#，2#拋丸機(jī)所有電機(jī)、電磁閥、丸粒液位的指示。啟動(dòng)1#，2#拋丸機(jī)SB12 Selected按鈕要選中。此畫面中可以看到1#，2#拋丸機(jī)的工作時(shí)間和拋丸時(shí)間，時(shí)間的清零可以由設(shè)備維護(hù)人員來(lái)完成。Modle OFF按鈕是用于選擇整個(gè)的參數(shù)調(diào)節(jié)是由操作人員控制，還是MM控制，通常來(lái)說(shuō)一般選擇操作人員控制方式，當(dāng)做BA板時(shí)一般選擇MM控制，如圖1所示。

圖1 1#，2#拋丸機(jī)畫面

在設(shè)備沒有異常情況下，整個(gè)拋丸機(jī)的啟動(dòng)，是在此畫面中來(lái)完成。SB12 Sslected，SB34 Sslected按鈕選中后，只要觸發(fā)一下Drive AUTO START按鈕，除塵系統(tǒng)和拋丸機(jī)就會(huì)按照程序中設(shè)計(jì)的順序控制進(jìn)行啟動(dòng)。Drive RESET按鈕，Drive ON按鈕，Drive OFF按鈕，主要是對(duì)16臺(tái)拋丸輪的變頻電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)復(fù)位，建傳動(dòng)，卸傳動(dòng)的操作。

2.2 3#，4#拋丸機(jī)畫面

3#，4#拋丸機(jī)畫面有3#，4#拋丸機(jī)所有電機(jī)、電磁閥、丸粒液位的指示。啟動(dòng)3#，4#拋丸機(jī)SB34 Sslected按鈕要選中。在此畫面中可以看到3#，4#拋丸機(jī)的工作時(shí)間和拋丸時(shí)間，時(shí)間的清零可以由設(shè)備維護(hù)人員來(lái)完成，如圖2所示。

圖2 3#，4#拋丸機(jī)畫面

2.3 氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)畫面

氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)重要用于細(xì)小丸粒的傳輸?shù)匠龎m間。氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)畫面有氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)所有電磁閥、丸粒液位、壓力的指示以及相關(guān)的循環(huán)時(shí)間，如圖3所示。

圖3 氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)畫面

2.4 除塵系統(tǒng)畫面

除塵系統(tǒng)畫面有除塵系統(tǒng)有電機(jī)、電磁閥、丸粒液位、相關(guān)溫度、壓差的指示。在設(shè)備沒有異常的情況下，單獨(dú)起動(dòng)除塵系統(tǒng)只要觸發(fā)Filter1 AUTO ON和Filter2 AUTO ON按鈕即可；單獨(dú)停止除塵系統(tǒng)只要觸發(fā)Filter1 AUTO OFF和Filter2 AUTO OFF按鈕即可；Filter1 Cleaning in operation和Cleaning air fan1 fault反映出1#過(guò)濾系統(tǒng)的工作狀況，F(xiàn)ilter2 Cleaning in operation和Cleaning air fan2 fault反映出2#過(guò)濾系統(tǒng)的工作狀況，如圖4所示。

3 電氣部件

總的裝機(jī)功率2420 kW，主電壓3×380 V/50 Hz，控制電壓220 V/50 Hz，傳感器、閥門DC 24 V，16臺(tái)變頻電機(jī)110 kW用于拋丸輪驅(qū)動(dòng)，4臺(tái)齒輪電機(jī)15 kW、1500 r/min用于斗式提升器，4臺(tái)齒輪電機(jī)7.5 kW 1、500 r/min用于上螺旋傳送器，4臺(tái)齒輪電機(jī)7.5 kW、1500 r/min用于下螺旋傳送器，4臺(tái)齒輪電機(jī)0.9 kW、1500 r/min用于分離器內(nèi)的螺旋傳送器，4臺(tái)隔音鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)2.2 kW，4臺(tái)空壓機(jī)電機(jī)90 kW，2臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)90 kW，2臺(tái)過(guò)濾器螺旋輸送機(jī)電機(jī)2.2 kW，2臺(tái)過(guò)濾器旋轉(zhuǎn)氣鎖電機(jī)0.37 kW，2臺(tái)管道螺旋輸送機(jī)電機(jī)2.2 kW，1臺(tái)除塵系統(tǒng)斗提機(jī)電機(jī)4 kW，2臺(tái)排泄料倉(cāng)旋轉(zhuǎn)氣鎖電機(jī)0.37 kW，2臺(tái)支撐料倉(cāng)電機(jī)0.16 kW，1臺(tái)清洗過(guò)濾料倉(cāng)電機(jī)0.12 kW，4臺(tái)翻板閥門電機(jī)0.6 kW，2臺(tái)過(guò)濾器風(fēng)機(jī)電機(jī)5.5 kW，2臺(tái)清潔小車機(jī)0.18 kW，4臺(tái)過(guò)濾器蝶閥電機(jī)0.18 kW。

圖4 除塵系統(tǒng)畫面

4 軟件部分

4.1 軟件概述

拋丸機(jī)的PLC程序使用的是ABB公司開發(fā)的AC450控制器軟件進(jìn)行編制，其主要組成有APB，F(xiàn)CB和ONB等3部分；程序組成主要有DB data和PC元素。拋丸機(jī)程序在AA31 CPU，主要分布在PC5X中。

4.2 軟件結(jié)構(gòu)

PC1-Dataset Communication IN

PC2-HPC communication IN

PC10-Plant Level

PC50-Shot Blaster General

PC51-Shot Blaster 1

PC52-Shot Blaster 2

PC53-Shot Blaster 3

PC54-Shot Blaster 4

PC55-Collector Plant Filter 1

PC56-Collector Plant Filter 2

PC57-Dust Collector Plant

PC58-Pneumatic Conveyor 1，2

PC59-Pneumatic Conveyor 3，4

PC91-Dataset Communication OUT

PC92-HPC communication OUT

共15個(gè)PC。

5 拋丸機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化

存在的問(wèn)題:①除塵系統(tǒng)的控制與拋丸機(jī)不獨(dú)立；②每臺(tái)拋丸機(jī)的控制不獨(dú)立；③拋丸機(jī)拋丸角度自動(dòng)切換程序存在缺陷。

5.1 實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的獨(dú)立

除塵系統(tǒng)主要是收集拋丸機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的粉塵、細(xì)小的丸粒和破鱗機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的粉塵。原控制方式是如果16臺(tái)拋丸輪電源停掉或者維修門打開都會(huì)使除塵系統(tǒng)停止工作，這樣在檢修過(guò)程中生產(chǎn)方更換破鱗輥和設(shè)備方更換葉片都很不方便。通過(guò)對(duì)控制回路硬件的改造，取消除塵系統(tǒng)和拋丸機(jī)的電氣的聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的獨(dú)立性，2套除塵系統(tǒng)只要自身的條件滿足就可以正常運(yùn)行不受拋丸系統(tǒng)的干擾。

5.2 實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的獨(dú)立控制

5.2.1 硬件改造

主要是對(duì)2組拋丸機(jī)的停止回路進(jìn)行改造。

（1）對(duì)于1#拋丸機(jī)參與停止回路的有1#拋丸機(jī)1#拋丸輪組件蓋子限位GS5112，1#拋丸機(jī)2#拋丸輪組件蓋子限位GS5122，1#拋丸機(jī)3#拋丸輪組件蓋子限位GS5132，1#拋丸機(jī)4#拋丸輪組件蓋子限位GS5142，1#拋丸機(jī)1#檢修門限位GS5115和GS5115.1，1#拋丸機(jī)2#檢修門限位GS5135和GS5135.1。

（2）對(duì)于2#拋丸機(jī)參與停止回路的有2#拋丸機(jī)1#拋丸輪組件蓋子限位GS5212，2#拋丸機(jī)2#拋丸輪組件蓋子限位GS5222，2#拋丸機(jī)3#拋丸輪組件蓋子限位GS5232，2#拋丸機(jī)4#拋丸輪組件蓋子限位GS5242，1#拋丸機(jī)1#檢修門限位GS5215和GS5215.1，1#拋丸機(jī)2#檢修門限位GS5235和GS5235.1。

3#，4#拋丸機(jī)同理。

原控制為1#，2#拋丸機(jī)停止回路在一起形成一條回路，3#，4#拋丸機(jī)停止回路在一起形成一條回路。通過(guò)對(duì)圖紙資料消化，硬件改造，將1#～4#拋丸機(jī)的停止回路，各自組成回路，這樣就不會(huì)互相干擾。

5.2.2 軟件優(yōu)化

（1）主要是梳理對(duì)拋丸機(jī)運(yùn)行的相關(guān)聯(lián)鎖條件，由于原來(lái)是分組控制，也就是說(shuō)1#拋丸機(jī)會(huì)對(duì)2#拋丸機(jī)產(chǎn)生影響，同時(shí)2#拋丸機(jī)也會(huì)對(duì)1#拋丸機(jī)產(chǎn)生影響。3#，4#拋丸機(jī)同理。

1#拋丸機(jī)運(yùn)行的自身聯(lián)鎖條件。丸粒循環(huán)系統(tǒng):1#拋丸機(jī)旋轉(zhuǎn)柱塞風(fēng)機(jī)電機(jī)215M5100故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)下螺旋輸送機(jī)電機(jī)215M5103故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)斗提機(jī)電機(jī)215M5104故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)上螺旋輸送機(jī)電機(jī)215M5105故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)分離器的螺旋輸送機(jī)電機(jī)215M5106故障或停止運(yùn)行；拋丸系統(tǒng):1#拋丸機(jī)1#拋丸輪電機(jī)215M5112故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)2#拋丸輪電機(jī)215M5122故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)3#拋丸輪電機(jī)215M5132故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)4#拋丸輪電機(jī)215M5142故障或停止運(yùn)行。檢測(cè)系統(tǒng) :LS5115，LS5135 報(bào)警超過(guò) 30min，SB1_Maint－Door1Clsd打開，SB1_MaintDoor2Clsd 打開，SB011_CoverClosed打開，SB012_CoverClosed打開，SB013_CoverClosed打開，SB014_CoverClosed打開，M5103_RM_Alm報(bào)警，M5104_RM_Alm報(bào)警，M5105_RM_Alm報(bào)警。2#～4#拋丸機(jī)同理通過(guò)對(duì)程序的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的聯(lián)鎖條件只對(duì)本拋丸機(jī)起作用，不會(huì)影響其他拋丸機(jī)。

（2）拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速和丸粒流量控制實(shí)現(xiàn)獨(dú)立。原拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速和丸粒流量的控制是4臺(tái)拋丸機(jī)組合控制，如圖5所示。通過(guò)對(duì)AA31控制程序增加數(shù)據(jù)庫(kù)AOC，AIC，DOC，編寫控制邏輯和對(duì)PPA操作站畫面進(jìn)行重新組態(tài)，有2種單獨(dú)控制模式如圖6和圖7所示。圖6所示控制模式是每臺(tái)拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇是不連續(xù)的和組合控制模式類似，但是實(shí)現(xiàn)了每臺(tái)拋丸機(jī)的轉(zhuǎn)速單獨(dú)控制。丸粒流量的設(shè)備實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的單獨(dú)控制。其中SB United Control按鈕可以實(shí)現(xiàn)組合控制和單獨(dú)控制的切換；圖7所示控制模式是每臺(tái)拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇是連續(xù)，可以任意選擇每臺(tái)拋丸機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)每天拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)性設(shè)定。丸粒流量的設(shè)備實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的單獨(dú)控制。其中SB United Control按鈕可以實(shí)現(xiàn)組合控制和單獨(dú)控制的切換。

圖5 4臺(tái)拋丸機(jī)組合控制

圖6 單獨(dú)控制模式1

圖7 單獨(dú)控制模式2

5.3 優(yōu)化拋丸機(jī)拋丸角度自動(dòng)切換程序

（1）對(duì)拋丸段帶鋼寬度信息接收進(jìn)行優(yōu)化。原拋丸段帶鋼寬度信息接收通過(guò)一個(gè)寄存器，觸發(fā)信號(hào)和接受的帶鋼寬度信息可能不同步，現(xiàn)在將寬度信息直接送至拋丸機(jī)控制系統(tǒng)，使帶鋼寬度信息具有實(shí)效性和準(zhǔn)確性。

（2）對(duì)寬模式拋丸命令進(jìn)行優(yōu)化。原寬模式拋丸命令寄存器的觸發(fā)信號(hào)時(shí)一個(gè)trigger信號(hào)，脈沖寬度很窄，存在丟失的可能性。現(xiàn)優(yōu)化成單穩(wěn)信號(hào)mono，脈沖寬度設(shè)為1s，保證觸發(fā)信號(hào)確實(shí)接受到。

這樣在窄拋丸模式切換寬拋丸模式時(shí)，就不再會(huì)出錯(cuò)，減少出現(xiàn)氧殘的情況。消除了偶爾不能進(jìn)行拋丸角度自動(dòng)切換的問(wèn)題。

5.4 實(shí)施效果

（1）實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的獨(dú)立，在多次檢修和試車過(guò)程中已經(jīng)證明，除塵系統(tǒng)是獨(dú)立的，不受拋丸機(jī)狀態(tài)的影響。

（2）實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的獨(dú)立控制，在試車過(guò)程中，證明4臺(tái)拋丸機(jī)可以自由組合，實(shí)現(xiàn)14種組合工作模式。任意一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，其他還有3臺(tái)可以工作；任意2臺(tái)出現(xiàn)故障，還有2臺(tái)可以工作；任意3臺(tái)出現(xiàn)故障，還有一臺(tái)工作。這樣可以提高生產(chǎn)效率，減少降速損失，減少氧殘的保留卷。通過(guò)對(duì)拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速和丸粒流量的分開控制，對(duì)于改善產(chǎn)品表面粗糙度、優(yōu)化產(chǎn)品的質(zhì)量大有裨益。

（3）拋丸機(jī)拋丸角度偶爾不能自動(dòng)切換，可能每周出現(xiàn)一次，優(yōu)化程序后，就再?zèng)]有出現(xiàn)拋丸角度自動(dòng)切換的問(wèn)題，減少氧殘的保留卷。

以上方案已在3AP機(jī)組實(shí)施，使用情況良好。

6 結(jié)束語(yǔ)

拋丸機(jī)就相當(dāng)于整條機(jī)組的消化系統(tǒng)，一旦拋丸機(jī)出現(xiàn)了故障，機(jī)組的工藝段的速度就只有5 m/min，這樣會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還需要對(duì)拋丸機(jī)進(jìn)行更加深入的研究，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。