不銹鋼熱退火酸洗機組拋丸機電氣控制系統(tǒng)

邵 超，林 剛

（寧波寶新不銹鋼有限公司設備技術室，浙江寧波 315800）

0 引言

寶新公司熱退火酸洗機組3AP 引進德國SUNDWIG 公司機械設備，電氣設備使用ABB AC450 自動化控制系統(tǒng)。L1-OCS 是實時控制級別，對于機組自動操作順序，邏輯，調節(jié)閉環(huán)控制，傳動優(yōu)先控制、輔助系統(tǒng)、報警以及事件處理都包含在本控制級別內。拋丸段機械設備由DISA 公司提供，電氣設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。拋丸機安裝在破鱗機的后面，酸洗段的前面，為了清除帶鋼兩個表面的氧化鐵皮。這個拋丸設備包含有4 臺拋丸機，每個拋丸箱包含有上下拋丸輪共計4 臺。2 個轉向輥安置在2#和3#拋丸機之間。

在不銹鋼生產工藝，拋丸機是熱退火酸洗線中關鍵的設備，目前寶新公司3AP 拋丸段有4 臺拋丸機，2 套除塵系統(tǒng)。3AP 拋丸機的控制方式是2 臺一組的控制方式，只要有1 臺拋丸機出現故障，就會有2 臺同時停止工作，這樣機組就要降速50%～70%生產，給生產帶來很大損失。

1 工作情況

拋丸機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 個問題：①丸粒的循環(huán)使用；②氧化鐵粉的回收；③細小丸粒的回收。

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)來完成。丸粒經過加料斗，經過閥門落到帶鋼表面，空壓機將丸粒吹到下螺旋輸送機，下螺旋輸送機將丸粒送至斗提機下，斗提機將丸粒提升到上螺旋輸送機，上螺旋輸送機將丸粒輸送到丸粒料倉。細小的丸粒由分離器的螺旋輸送機分離出去，合格的丸粒經過下料閥門，落到拋丸輪處，拋丸輪將丸粒高速拋出，打到帶鋼表面，然后又落會下螺旋輸送機。氧化鐵粉的回收由主要除塵系統(tǒng)來完成。細小丸粒的回收由氣動傳輸系統(tǒng)來完成。

2 HMI

拋丸機人機接口畫面使用的由ABB 公司開發(fā)的PPA 軟件進行制作，就畫面而言分為1#，2#拋丸機、3#，4#拋丸機、除塵系統(tǒng)、氣動傳輸系統(tǒng)和公共部分等5 部分。與其他HMI 一樣，對畫面的操作實際上是對L1 的數據庫進行操作，這樣經過邏輯的運算，就可以實現對現場設備的遠程控制。操作站與L1 通過MB300 總線進行數據通信，硬件連接部分主要是RTA 板，MB300 通信網線，CS513 通信板。在HMI 上可以看到相關設備的報警信息，主要在工藝段部分和Andritz 部分的報警信息。

2.1 1#，2#拋丸機畫面

1#，2#拋丸機畫面有1#，2#拋丸機所有電機、電磁閥、丸粒液位的指示。啟動1#，2#拋丸機SB12 Selected 按鈕要選中。此畫面中可以看到1#，2#拋丸機的工作時間和拋丸時間，時間的清零可以由設備維護人員來完成。Modle OFF 按鈕是用于選擇整個的參數調節(jié)是由操作人員控制，還是MM 控制，通常來說一般選擇操作人員控制方式，當做BA 板時一般選擇MM 控制，如圖1所示。

圖1 1#，2#拋丸機畫面

在設備沒有異常情況下，整個拋丸機的啟動，是在此畫面中來完成。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)和拋丸機就會按照程序中設計的順序控制進行啟動。Drive RESET 按鈕，Drive ON 按鈕，Drive OFF 按鈕，主要是對16 臺拋丸輪的變頻電機進行傳動復位，建傳動，卸傳動的操作。

2.2 3#，4#拋丸機畫面

3#，4#拋丸機畫面有3#，4#拋丸機所有電機、電磁閥、丸粒液位的指示。啟動3#，4#拋丸機SB34 Sslected 按鈕要選中。在此畫面中可以看到3#，4#拋丸機的工作時間和拋丸時間，時間的清零可以由設備維護人員來完成，如圖2 所示。

圖2 3#，4#拋丸機畫面

2.3 氣動傳輸系統(tǒng)畫面

氣動傳輸系統(tǒng)重要用于細小丸粒的傳輸到除塵間。氣動傳輸系統(tǒng)畫面有氣動傳輸系統(tǒng)所有電磁閥、丸粒液位、壓力的指示以及相關的循環(huán)時間，如圖3 所示。

圖3 氣動傳輸系統(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、電磁閥、丸粒液位、相關溫度、壓差的指示。在設備沒有異常的情況下，單獨起動除塵系統(tǒng)只要觸發(fā)Filter1 AUTO ON 和Filter2 AUTO ON 按鈕即可；單獨停止除塵系統(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#過濾系統(tǒng)的工作狀況，Filter2 Cleaning in operation 和Cleaning air fan2 fault 反映出2#過濾系統(tǒng)的工作狀況，如圖4 所示。

3 電氣部件

總的裝機功率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 臺變頻電機110 kW用于拋丸輪驅動，4 臺齒輪電機15 kW、1500 r/min 用于斗式提升器，4 臺齒輪電機7.5 kW 1、500 r/min 用于上螺旋傳送器，4臺齒輪電機7.5 kW、1500 r/min 用于下螺旋傳送器，4 臺齒輪電機0.9 kW、1500 r/min 用于分離器內的螺旋傳送器，4 臺隔音鼓風機電機2.2 kW，4 臺空壓機電機90 kW，2 臺除塵風機電機90 kW，2 臺過濾器螺旋輸送機電機2.2 kW，2 臺過濾器旋轉氣鎖電機0.37 kW，2 臺管道螺旋輸送機電機2.2 kW，1 臺除塵系統(tǒng)斗提機電機4 kW，2 臺排泄料倉旋轉氣鎖電機0.37 kW，2 臺支撐料倉電機0.16 kW，1 臺清洗過濾料倉電機0.12 kW，4 臺翻板閥門電機0.6 kW，2 臺過濾器風機電機5.5 kW，2 臺清潔小車機0.18 kW，4 臺過濾器蝶閥電機0.18 kW。

圖4 除塵系統(tǒng)畫面

4 軟件部分

4.1 軟件概述

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

4.2 軟件結構

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PC。

5 拋丸機控制系統(tǒng)優(yōu)化

存在的問題：①除塵系統(tǒng)的控制與拋丸機不獨立；②每臺拋丸機的控制不獨立；③拋丸機拋丸角度自動切換程序存在缺陷。

5.1 實現除塵系統(tǒng)的獨立

除塵系統(tǒng)主要是收集拋丸機內產生的粉塵、細小的丸粒和破鱗機內產生的粉塵。原控制方式是如果16 臺拋丸輪電源停掉或者維修門打開都會使除塵系統(tǒng)停止工作，這樣在檢修過程中生產方更換破鱗輥和設備方更換葉片都很不方便。通過對控制回路硬件的改造，取消除塵系統(tǒng)和拋丸機的電氣的聯(lián)鎖，實現除塵系統(tǒng)的獨立性，2 套除塵系統(tǒng)只要自身的條件滿足就可以正常運行不受拋丸系統(tǒng)的干擾。

5.2 實現每臺拋丸機的獨立控制

5.2.1 硬件改造

主要是對2 組拋丸機的停止回路進行改造。

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

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

3#，4#拋丸機同理。

原控制為1#，2#拋丸機停止回路在一起形成一條回路，3#，4#拋丸機停止回路在一起形成一條回路。通過對圖紙資料消化，硬件改造，將1#～4#拋丸機的停止回路，各自組成回路，這樣就不會互相干擾。

5.2.2 軟件優(yōu)化

（1）主要是梳理對拋丸機運行的相關聯(lián)鎖條件，由于原來是分組控制，也就是說1#拋丸機會對2#拋丸機產生影響，同時2#拋丸機也會對1#拋丸機產生影響。3#，4#拋丸機同理。

1#拋丸機運行的自身聯(lián)鎖條件。丸粒循環(huán)系統(tǒng)：1#拋丸機旋轉柱塞風機電機215M5100 故障或停止運行，1#拋丸機下螺旋輸送機電機215M5103 故障或停止運行，1#拋丸機斗提機電機215M5104 故障或停止運行，1#拋丸機上螺旋輸送機電機215M5105 故障或停止運行，1#拋丸機分離器的螺旋輸送機電機215M5106 故障或停止運行；拋丸系統(tǒng)：1#拋丸機1#拋丸輪電機215M5112 故障或停止運行，1#拋丸機2#拋丸輪電機215M5122故障或停止運行，1#拋丸機3#拋丸輪電機215M5132 故障或停止運行，1#拋丸機4#拋丸輪電機215M5142 故障或停止運行。檢測系統(tǒng)：LS5115，LS5135報警超過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 報警，M5104_RM_Alm 報警，M5105_RM_Alm 報警。2#～4#拋丸機同理通過對程序的優(yōu)化實現每臺拋丸機的聯(lián)鎖條件只對本拋丸機起作用，不會影響其他拋丸機。

（2）拋丸機轉速和丸粒流量控制實現獨立。原拋丸機轉速和丸粒流量的控制是4 臺拋丸機組合控制，如圖5 所示。通過對AA31 控制程序增加數據庫AOC，AIC，DOC，編寫控制邏輯和對PPA 操作站畫面進行重新組態(tài)，有2 種單獨控制模式如圖6 和圖7 所示。圖6 所示控制模式是每臺拋丸機轉速的選擇是不連續(xù)的和組合控制模式類似，但是實現了每臺拋丸機的轉速單獨控制。丸粒流量的設備實現每臺拋丸機的單獨控制。其中SB United Control 按鈕可以實現組合控制和單獨控制的切換；圖7所示控制模式是每臺拋丸機轉速的選擇是連續(xù)，可以任意選擇每臺拋丸機的轉速，實現每天拋丸機轉速的連續(xù)性設定。丸粒流量的設備實現每臺拋丸機的單獨控制。其中SB United Control按鈕可以實現組合控制和單獨控制的切換。

圖5 4 臺拋丸機組合控制

圖6 單獨控制模式1

圖7 單獨控制模式2

5.3 優(yōu)化拋丸機拋丸角度自動切換程序

（1）對拋丸段帶鋼寬度信息接收進行優(yōu)化。原拋丸段帶鋼寬度信息接收通過一個寄存器，觸發(fā)信號和接受的帶鋼寬度信息可能不同步，現在將寬度信息直接送至拋丸機控制系統(tǒng)，使帶鋼寬度信息具有實效性和準確性。

（2）對寬模式拋丸命令進行優(yōu)化。原寬模式拋丸命令寄存器的觸發(fā)信號時一個trigger 信號，脈沖寬度很窄，存在丟失的可能性?，F優(yōu)化成單穩(wěn)信號mono，脈沖寬度設為1s，保證觸發(fā)信號確實接受到。

這樣在窄拋丸模式切換寬拋丸模式時，就不再會出錯，減少出現氧殘的情況。消除了偶爾不能進行拋丸角度自動切換的問題。

5.4 實施效果

（1）實現除塵系統(tǒng)的獨立，在多次檢修和試車過程中已經證明，除塵系統(tǒng)是獨立的，不受拋丸機狀態(tài)的影響。

（2）實現每臺拋丸機的獨立控制，在試車過程中，證明4 臺拋丸機可以自由組合，實現14 種組合工作模式。任意一臺出現故障時，其他還有3 臺可以工作；任意2 臺出現故障，還有2 臺可以工作；任意3 臺出現故障，還有一臺工作。這樣可以提高生產效率，減少降速損失，減少氧殘的保留卷。通過對拋丸機轉速和丸粒流量的分開控制，對于改善產品表面粗糙度、優(yōu)化產品的質量大有裨益。

（3）拋丸機拋丸角度偶爾不能自動切換，可能每周出現一次，優(yōu)化程序后，就再沒有出現拋丸角度自動切換的問題，減少氧殘的保留卷。

以上方案已在3AP 機組實施，使用情況良好。

6 結束語

拋丸機就相當于整條機組的消化系統(tǒng)，一旦拋丸機出現了故障，機組的工藝段的速度就只有5 m/min，這樣會給企業(yè)帶來巨大的經濟損失，還需要對拋丸機進行更加深入的研究，確保設備正常運轉。