孫凱

（山信軟件萊蕪自動(dòng)化分公司，山東萊蕪，271104）

1 冷軋單機(jī)架軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

在冷軋帶鋼生產(chǎn)的時(shí)候，單機(jī)架軋機(jī)的生產(chǎn)較為靈活，而且投資相對(duì)較小，品種規(guī)格可以快速變換，具有較高的附加值，而且能夠?qū)€(gè)性化的用戶需求進(jìn)行滿足，具有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是相比于冷連軋機(jī)組連續(xù)軋制，單機(jī)架軋機(jī)的第1到4軋制需要穿帶，另外，經(jīng)過(guò)每一道工序的過(guò)程中，都需要進(jìn)行啟動(dòng)，接著進(jìn)行加速，然后保持勻速的狀態(tài)，最后減速到停機(jī)的整個(gè)非穩(wěn)態(tài)軋制，這就造成穿帶啟動(dòng)，接著加速，然后甩尾，最后減速等過(guò)程，時(shí)間較長(zhǎng)，另外軋制的過(guò)程中需要不斷變化條件，造成帶鋼成材率不高，而且生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)等。

由于在研發(fā)和工程實(shí)踐中，沒有充分重視單機(jī)架冷軋機(jī)控制系統(tǒng)，有些板型和厚度的控制精度無(wú)法達(dá)到當(dāng)前客戶的具體要求。

在解決單機(jī)架冷軋機(jī)的帶鋼頭尾超差、板形控制精度以及帶鋼本體厚度方面應(yīng)用了自動(dòng)控制技術(shù)，冷軋帶鋼的成材率和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步加強(qiáng)，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行完善，是確保整個(gè)生產(chǎn)質(zhì)量的重要因素，系統(tǒng)主要通過(guò)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及人機(jī)界面三個(gè)部分組成，并且對(duì)生產(chǎn)管理自動(dòng)化系統(tǒng)的接口進(jìn)行了預(yù)留。

2 冷軋單機(jī)架軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)故障

2.1 工程概況

某單機(jī)架六輥可逆冷軋機(jī)的產(chǎn)能的可以達(dá)到20萬(wàn)噸，其最大軋制力可以達(dá)到19450千牛，主要使用的是芬蘭的傳動(dòng)控制系統(tǒng)，并且與西門子的傳動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，然而與國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)相比，其控制系統(tǒng)并不成熟，在安裝精度和質(zhì)量方面無(wú)法達(dá)到要求，造成故障率居高不下，出現(xiàn)了很多問(wèn)題.可以發(fā)現(xiàn)，依照故障類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)了DP故障一次，由于很難查找相關(guān)的原因，造成誤時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)。而出現(xiàn)HGC的概率較高，而且誤時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，在整個(gè)誤時(shí)時(shí)長(zhǎng)當(dāng)中達(dá)到了12%，傳感器類故障以及接近開關(guān)類故障出現(xiàn)的頻次也較高，而且具有較長(zhǎng)的總誤時(shí)時(shí)間，損壞率較高，損壞率分別達(dá)到了21%以及12%，這會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，另外，在測(cè)厚儀方面的誤時(shí)時(shí)間達(dá)到11%。

2.2 故障頻發(fā)原因

2.2.1 HGC系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境差，突發(fā)故障多

單機(jī)架HGC控制系統(tǒng)主要在軋機(jī)牌坊的底部安裝，另外，由于長(zhǎng)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(guò)程中出現(xiàn)一定的故障，造成伺服閥和壓力傳感器在接口的地方出現(xiàn)了斷路或短路等諸多問(wèn)題，導(dǎo)致斷帶或者元件損壞，每次在處理故障的過(guò)程中需要消耗大量的時(shí)間，但此物時(shí)甚至可以超過(guò)8個(gè)小時(shí)對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)性造成了非常嚴(yán)重的損失。

2.2.2 DP通訊故障沒有相應(yīng)的報(bào)警診斷信息

單機(jī)架軋機(jī)通過(guò)西門子profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線控制，通訊的過(guò)程中出現(xiàn)較多的過(guò)程，而且網(wǎng)絡(luò)鏈路較長(zhǎng)，在產(chǎn)生故障之后無(wú)法及時(shí)的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，軋機(jī)還會(huì)繼續(xù)軋鋼，造成參數(shù)無(wú)法控制而導(dǎo)致鋼厚度出現(xiàn)波動(dòng)，甚至產(chǎn)生斷代的問(wèn)題，由于現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)較多，無(wú)法很好的診斷通訊故障，特別是時(shí)斷時(shí)通的狀態(tài)更是無(wú)法對(duì)故障進(jìn)行排除，嚴(yán)重的影響了設(shè)備的維護(hù)，由于出現(xiàn)故障隱患，在操作的過(guò)程中無(wú)法提速生產(chǎn)，造成生產(chǎn)的節(jié)奏被嚴(yán)重的破壞。

圖1 HGC位置控制框圖

2.2.3 程序控制不合理問(wèn)題

由于無(wú)法合理的對(duì)程序進(jìn)行控制，嚴(yán)重的損壞了設(shè)備，甚至造成停機(jī)斷代的問(wèn)題，單機(jī)架軋機(jī)在設(shè)備控制方面相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要是單開關(guān)電磁閥，但是在控制的過(guò)程中無(wú)法提高精度，在設(shè)備的準(zhǔn)確定位方面出現(xiàn)了較多的問(wèn)題，往往會(huì)產(chǎn)生液壓缸內(nèi)些或者管路漏油等，造成導(dǎo)板臺(tái)無(wú)法到位或者出現(xiàn)自行滑落等情況，無(wú)法達(dá)到設(shè)定的張力，另外加送輥液壓馬達(dá)也會(huì)出現(xiàn)損壞等問(wèn)題，造成生產(chǎn)節(jié)奏被破壞。

3 冷軋單機(jī)架軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化措施及效果

3.1 HGC控制系統(tǒng)優(yōu)化

因?yàn)樯蠅菏杰垯C(jī)液壓HGC缸在乳化液蒸氣環(huán)境當(dāng)中長(zhǎng)期運(yùn)行，往往會(huì)產(chǎn)生伺服閥和壓力傳感器出現(xiàn)故障，甚至造成斷帶等問(wèn)題。在出現(xiàn)故障之后，平均誤時(shí)時(shí)間超過(guò)了四個(gè)小時(shí)，在軋制的過(guò)程中，操作人員由于擔(dān)心會(huì)出現(xiàn)斷帶等問(wèn)題而無(wú)法大膽的提速，往往將速度控制在300m/min，對(duì)單機(jī)架軋機(jī)的產(chǎn)能產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，如果能夠讓HGC動(dòng)態(tài)響應(yīng)功能的測(cè)試得以實(shí)現(xiàn)，就可以通過(guò)測(cè)試曲線來(lái)對(duì)HGC出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行判斷，讓故障查找時(shí)間縮短，讓故障判斷準(zhǔn)行大幅提高，所以在優(yōu)化的過(guò)程中選擇以下兩個(gè)方法。

3.1.1 對(duì)元件保護(hù)

因?yàn)镠GC控制系統(tǒng)的伺服閥、壓力傳感器等元件的中間接電箱在軋機(jī)牌坊下立柱安裝和乳化液收集槽相連，所以在軋制的過(guò)程中，高溫乳化液層就會(huì)向接線箱當(dāng)中滲入造成短路等問(wèn)題，嚴(yán)重了還會(huì)將壓力傳感器燒壞，所以需要轉(zhuǎn)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(zhǎng)期受到乳化液的侵蝕而出現(xiàn)了開焊等問(wèn)題，損壞之后多次進(jìn)行焊接之后，直到無(wú)法使用，所以一定要對(duì)接頭進(jìn)行更換使用，安全防護(hù)等級(jí)更高的接口設(shè)備。

3.1.2 動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試功能的實(shí)現(xiàn)

為了更好的對(duì)液壓缸的動(dòng)作的過(guò)程中實(shí)施以及伺服閥的相對(duì)情況進(jìn)行測(cè)試，需要在輥縫處進(jìn)行一個(gè)方波和正弦波的附加供奉值的疊加，通過(guò)方波來(lái)對(duì)液壓缸的響應(yīng)速度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)正弦波對(duì)伺服，以及磁尺的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行檢測(cè)，可以將磁尺和伺服閥的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的檢測(cè)。

3.2 DP網(wǎng)絡(luò)診斷功能開發(fā)

TCS系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，DP網(wǎng)絡(luò)診斷功能開發(fā)單機(jī)架現(xiàn)場(chǎng)，TCS系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)從站到TDC當(dāng)中一共設(shè)置了37個(gè)從站，另外通過(guò)CFC的語(yǔ)言進(jìn)行編程，通過(guò)DPDIAG塊對(duì)主站狀態(tài)進(jìn)行讀取，并且了解從站丟站等功能，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸丟失情況進(jìn)行診斷，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控各個(gè)從站，如果從站當(dāng)中產(chǎn)生故障，可以從主戰(zhàn)當(dāng)中將從站立狀態(tài)讀取出來(lái)，并且進(jìn)行相應(yīng)丟站報(bào)警，讓故障的系統(tǒng)停車，并且在hmi畫面上將該站點(diǎn)設(shè)置為紅色。乳化液介質(zhì)系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)診斷功能，通過(guò)開發(fā)單機(jī)架乳化液介質(zhì)系統(tǒng)使用，西門子的PLC對(duì)其進(jìn)行控制，共設(shè)置了子站五個(gè)，主要包含了稀油潤(rùn)滑智能從站。這些從站在個(gè)地下油庫(kù)分布，如果產(chǎn)生通信故障，則無(wú)法對(duì)其進(jìn)行很快的查找，通過(guò)相關(guān)的編程軟件的SFC51功能塊，將主站cpu當(dāng)中的系統(tǒng)狀態(tài)信息讀取，對(duì)從站是否進(jìn)行通信或者通信是否出現(xiàn)超時(shí)等問(wèn)題進(jìn)行判斷，將相應(yīng)的結(jié)果發(fā)送給db82。另外，將故障停車的條件與系統(tǒng)相連。

3.3 控制元件改造

3.3.1 程序優(yōu)化

無(wú)法優(yōu)化導(dǎo)板臺(tái)的位置，由于導(dǎo)板臺(tái)還在軋制的過(guò)程中下落丟信號(hào)的問(wèn)題比較嚴(yán)重，可以通過(guò)復(fù)位命令保持導(dǎo)板臺(tái)抬起時(shí)的抬起命令，如果電磁閥得電，這下落的過(guò)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(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)丟失的問(wèn)題而產(chǎn)生停車等情況。

加強(qiáng)主電機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖的控制，由于主電機(jī)稀油潤(rùn)滑無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)，如果出現(xiàn)缺油的問(wèn)題，可能會(huì)造成減速箱燒毀等后果，而通過(guò)油流檢測(cè)開關(guān)的設(shè)置，可以將這個(gè)信號(hào)作為故障停車的一個(gè)重要條件，在系統(tǒng)當(dāng)中接入，如果出現(xiàn)油流信號(hào)丟失等問(wèn)題，系統(tǒng)就立刻將報(bào)警信號(hào)發(fā)送出來(lái)，并且，讓全線處于故障停車的狀態(tài)。

3.3.2 液壓馬達(dá)控制的改造

單機(jī)架入口液壓馬達(dá)在甩尾或者穿帶的過(guò)程中會(huì)落下，與導(dǎo)向輥的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且起到帶頭引導(dǎo)作用，然后在原有設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)電磁開關(guān)法對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，無(wú)法提高精度，馬達(dá)的速度無(wú)法準(zhǔn)確的進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常條件下，甩尾和穿帶的速度控制在40m/min以及15m/min，在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的過(guò)程中，一直根據(jù)最大速度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，會(huì)與帶鋼之間進(jìn)行摩擦，而導(dǎo)致馬達(dá)被燒毀，為了讓設(shè)備的損壞的情況得到控制，在控制馬達(dá)的過(guò)程中使用比例閥進(jìn)行控制，在甩尾和穿帶的過(guò)程中，通過(guò)不同的速度和匹配帶鋼的速度，讓使用壽命延長(zhǎng)。

3.4 HMI畫面優(yōu)化

通過(guò)新加分頁(yè)功能，對(duì)畫面布局進(jìn)行優(yōu)化，讓信息顯示量增大的條件下，讓畫面點(diǎn)減少，讓操作人員更關(guān)心的彎輥力、輥縫、軋制力、厚度等問(wèn)題處于明顯的位置，進(jìn)一步優(yōu)化與工藝條件有影響的操作，在畫面進(jìn)行切換的條件下，進(jìn)一步顯示下拉菜單，通過(guò)新加判斷的畫面，讓操作人員更好的判斷各個(gè)條件。