冷連軋帶材跟蹤

崔 朋

作為冷連軋機組，從生產(chǎn)計劃、上卷、軋制到卸卷整個過程中均需要通過隨時對指定帶材進行跟蹤檢測，傳送各種信號和數(shù)據(jù)來控制設備動作，指導相關操作，并防止事故的發(fā)生。所以軋機跟蹤是計算機系統(tǒng)的主要功能之一。

1 帶材跟蹤工藝過程描述

（1） 工廠生產(chǎn)管理級 （Level 3） 下達生產(chǎn)計劃表給鋼卷錄入管理員，生產(chǎn)計劃表中包含每一個待軋鋼卷的全部信息，其中包括鋼卷ID、鋼卷外徑、鋼卷內徑、帶寬、帶厚等。根據(jù)生產(chǎn)計劃表，鋼卷錄入管理員將鋼卷信息存入鋼卷錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并給每一個鋼卷安排相應序號。比如一份生產(chǎn)計劃表中有50卷鋼卷，則可以按升序1～50給這些鋼卷安排序號，序號不可重復。

（2）鋼卷錄入管理員將整理好的待軋鋼卷表存入“上卷待軋鋼卷表”，車間天車將等待鋼卷放到鋼卷鞍座，上卷操作工根據(jù)鋼卷上標明的ID，在“上卷待軋鋼卷表”中選擇ID一致的序號輸入給對應鞍座，入口PLC系統(tǒng)將鋼卷信息存入存儲區(qū)（檢測到鞍座占位）。操作人員如發(fā)現(xiàn)鋼卷有問題，可以指示將鋼卷吊走，同時刪除鞍座存儲區(qū)信息，將該鋼卷在“上卷待軋鋼卷表”中標記為未軋。

（3）鋼卷小車上卷，在將鋼卷從鞍座運出時將鞍座存儲數(shù)據(jù)存入鋼卷小車數(shù)據(jù)存儲區(qū)。上卷小車利用測寬、測徑傳感器檢測待機鋼卷，用測得的數(shù)據(jù)更新自身數(shù)據(jù)區(qū)，并反饋給“上卷待軋鋼卷表”，并將鋼卷運送到開卷機，同時鋼卷小車存儲區(qū)的數(shù)據(jù)被傳送到開卷機數(shù)據(jù)存儲區(qū)（見圖1）。

圖1 上卷跟蹤

（4）為保證上卷節(jié)奏，該軋線配置有2套上卷裝置，分別服務于1#卷取機和2#卷取機。每個鞍座、上卷小車、卷取機均配置一個數(shù)據(jù)存儲區(qū)，在整個開卷部分共配置8個數(shù)據(jù)存儲區(qū)。

（5） 開卷機開卷操作，將帶頭送到焊機對帶頭、帶尾進行焊接，入口區(qū)建張，將開卷機存儲區(qū)信息傳送到焊機數(shù)據(jù)存儲區(qū)。

（6）入口區(qū)操作，上層或下層建張后帶鋼流向活套。通過1#張力輥4#輥電機編碼器對焊縫進行跟蹤，當焊縫經(jīng)過活套入口焊縫檢測儀時對焊縫位置進行糾正，并繼續(xù)跟蹤。

（7）按活套最大充套量將活套內的帶鋼分為3個segment，依次為下層、中層、上層，當測算焊縫流過的長度到達相應量后將軋制方向上帶卷數(shù)據(jù)傳送到后一存儲區(qū)。

（8）當焊縫到達距活套出口一段距離（如100 m） 時跟蹤系統(tǒng)向二級系統(tǒng)（Level 2） 發(fā)送當前鋼卷信息，由二級系統(tǒng)（Level 2）做軋制參數(shù)設定預計算。

（9）當焊縫流出焊機，焊機出口焊縫檢測儀對焊縫位置進行糾正，并將焊縫跟蹤轉交給2#張力輥1#輥電機編碼器完成。

（10） 焊縫依次進入主軋機、飛剪，主軋機系統(tǒng)根據(jù)計算好的規(guī)程對帶材軋制、剪切。

2 跟蹤系統(tǒng)簡介

該機組帶材跟蹤系統(tǒng)可以分為宏跟蹤和微跟蹤（見圖 2）。

微跟蹤是跟蹤系統(tǒng)的基礎功能，在一級系統(tǒng)（Level 1）入口區(qū)PLC中完成。它跟蹤每一卷帶鋼的焊縫經(jīng)過整個軋線所有設備并計算出焊縫在軋線的具體物理位置，觸發(fā)宏跟蹤的標志位。

宏跟蹤優(yōu)先級高于微跟蹤，也是在一級系統(tǒng)（Level 1）入口區(qū)PLC中完成。宏跟蹤自受卷位開始，通過標志位跟蹤帶材，并將鋼卷數(shù)據(jù)向下傳遞。因為宏跟蹤包含了當前鋼卷的詳細數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)設備動作預設定、二級系統(tǒng)（Level 2）預計算等功能。

圖2 軋線跟蹤系統(tǒng)網(wǎng)絡圖

為實現(xiàn)宏跟蹤需將軋線分割成若干segments，并為每個segment在一級系統(tǒng)PLC中開設一個數(shù)據(jù)存儲區(qū)，所有segment都通過標志位觸發(fā)。其中，焊機區(qū)以前的標志位均由檢測元件經(jīng)過邏輯判斷得出，在焊接完成后，入口區(qū)建張并開車操作；焊機區(qū)以后的標志位則是通過微跟蹤計算觸發(fā)。當跟蹤到達相關segment時觸發(fā)相應標志，并將前面segment存儲區(qū)的數(shù)據(jù)讀入當前segment存儲區(qū)。每個segment可用不同顏色在HMI中顯示，以表示帶鋼當前位置。

根據(jù)軋線設備組成，該軋線segment分為：1#卷位 (1#上卷1#受卷臺)、2#卷位 (1#上卷2#受卷臺)、3#卷位 (2#上卷1#受卷臺)、4#卷位 (2#上卷2#受卷臺)、1#上卷小車、2#上卷小車、1#開卷機、2#開卷機、焊機區(qū)、活套入口、活套下層、活套中層、活套上層、軋機入口、軋機出口。

3 標志位的確認

1#卷位標志位 1#上卷1#鞍座光電開關測得，鋼卷錄入臺計算機下載按鈕，將鋼卷信息存入segment1。

2#卷位標志位 1#上卷2#鞍座光電開關測得，鋼卷錄入臺計算機下載按鈕，將鋼卷信息存入segment2。

3#卷位標志位 2#上卷1#鞍座光電開關測得，鋼卷錄入臺計算機下載按鈕，將鋼卷信息存入segment3。

4#卷位標志位 2#上卷2#鞍座光電開關測得，鋼卷錄入臺計算機下載按鈕，將鋼卷信息存入segment4。

1#上卷小車標志位 1#上卷小車占卷接近開關測得（1#上卷鞍座檢測條件、1#上卷小車位置條件滿足），將segment1或segment2鋼卷信息存入segment5。

2#上卷小車標志位 2#上卷小車占卷接近開關測得（2#上卷鞍座檢測條件、2#上卷小車位置條件滿足），將segment3或segment4鋼卷信息存入segment6。

1#開卷機標志位 1#上卷小車占卷接近開關測失（1#開卷機輔助設備到位如漲徑等、1#上卷小車位置條件滿足），將segment5鋼卷信息存入segment7。

2#開卷機標志位 2#上卷小車占卷接近開關測失（2#開卷機輔助設備到位如漲徑等、2#上卷小車位置條件滿足），將segment6鋼卷信息存入segment8。

焊機區(qū)標志位 焊機焊接完成信號（帶鋼上層通過光電開關測得或帶鋼下層通過光電開關測得），將segment7或segment8鋼卷信息存入segment9。

活套入口標志位 入口區(qū)計長程序測量的長度大于等于焊機到1#焊縫檢測儀距離（帶頭位置通過1#焊縫檢測儀信號校準），將segment9鋼卷信息存入segment10。

活套下層標志位 入口區(qū)計長程序測量的長度大于等于焊機到活套1#轉向輥距離，將segment10鋼卷信息存入segment11。

活套中層標志位 入口區(qū)計長程序測量的長度大于等于焊機到活套2#轉向輥距離（1#轉向輥到2#轉向輥距離取決于活套車的位置），將segment11鋼卷信息存入segment12。

活套上層標志位 入口區(qū)計長程序測量的長度大于等于焊機到活套3#轉向輥距離（1#轉向輥到3#轉向輥距離取決于活套車的位置，最終帶頭位置通過2#焊縫檢測儀信號校準），將segment12鋼卷信息存入segment13。

軋機入口標志位 出口區(qū)計長程序測量的長度大于等于2#焊縫檢測儀到S1軋輥距離（最終帶頭位置通過3#焊縫檢測儀信號校準），將segment12鋼卷信息存入segment13。

軋機出口標志位 S5軋輥測得，將segment13鋼卷信息存入segment14。

4 跟蹤系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

跟蹤系統(tǒng)控制在自動化一級系統(tǒng)（Level 1）PLC中實現(xiàn)，與冷軋入口區(qū)設備共用一套S7-400控制系統(tǒng)。采用ET200M，完成對軋線上檢測元件的信號采集、閥組動作等功能，ET200M通過接口模塊與S7-400實現(xiàn)Profibus-DP網(wǎng)絡通訊。軋線輔電機選用交流變頻電機，采用整流回饋+逆變器控制方式，按區(qū)域功能劃分，傳動系統(tǒng)通過Profibus-DP網(wǎng)絡連到相應區(qū)域控制系統(tǒng)。

兩臺開卷機之間布置一臺鋼卷錄入臺，鋼卷錄入臺上放置一臺鋼卷錄入計算機，用作鋼卷錄入及上卷管理，鋼卷錄入計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)與入口區(qū)PLC、二級系統(tǒng)（Level 2） 通訊（見圖3）。

圖3 跟蹤控制系統(tǒng)網(wǎng)絡圖

5 鋼卷報文

鋼卷錄入HMI通過報文將新卷數(shù)據(jù)發(fā)送給鋼卷跟蹤系統(tǒng)建立DB數(shù)據(jù)塊（見表1）。

6 結語

冷連軋帶材跟蹤系統(tǒng)貫穿工廠自動化系統(tǒng)的一級、二級和三級。其中三級系統(tǒng)將生產(chǎn)計劃表傳送給二級系統(tǒng)，由二級系統(tǒng)對生產(chǎn)計劃表進行管理，并下發(fā)給一級系統(tǒng)。一級系統(tǒng)對鋼卷信息進行宏跟蹤，當入口區(qū)建張充套后微跟蹤開始；反之，一級系統(tǒng)將軋制信息（如軋完、不軋等）發(fā)送給二級系統(tǒng)，由二級系統(tǒng)進行管理并傳遞給三級系統(tǒng)。采用這種帶材跟蹤方式，生產(chǎn)計劃表的管理比較靈活（在二級中實現(xiàn)），跟蹤段落清晰并可在HMI中動態(tài)顯示。