WinCC在酸洗機組中的應(yīng)用

李 健

隨著冷軋帶鋼技術(shù)的發(fā)展以及越來越多的冷軋生產(chǎn)線投產(chǎn)，帶鋼的酸洗技術(shù)也日漸進步。熱軋帶鋼終軋溫度高達850℃左右，在其表面必然生成氧化鐵皮，這些氧化鐵皮必須在冷軋前去除干凈，所以，一般的冷軋廠都配有酸洗機組[1]。本文以國內(nèi)某鋼廠的半連續(xù)推拉式酸洗機組的調(diào)試過程為依據(jù)，討論以監(jiān)控軟件WinCC為基礎(chǔ)的人機界面系統(tǒng)在整個酸洗系統(tǒng)中的作用[2]。

1 推拉式酸洗機組

該機組應(yīng)用的項目是一條年產(chǎn)量60萬噸的生產(chǎn)線，采用鹽酸紊流淺槽酸洗工藝，在常溫狀態(tài)下，將厚為2.0～4.0 mm、寬為700～1250 mm的熱軋低碳鋼、超低碳鋼等帶鋼表面的氧化鐵皮清除干凈，經(jīng)酸洗后的鋼板表面平滑、銀亮。該推拉式酸洗機組單卷工作，帶鋼通過工藝段是斷續(xù)的，其設(shè)備簡單，生產(chǎn)及操作靈活，投資相對較少。

該機組工作時，先由上料小車將鋼卷送到準備機組受料輥的中央，帶頭沿引料板進入四輥直頭矯直機，經(jīng)矯直后按要求長度切頭，之后將帶頭退回到靠近矯直機側(cè)受料輥下，上卷小車將鋼卷送往開卷機，啟動開卷機和壓輥使帶頭沿引料板經(jīng)轉(zhuǎn)向輥進入七輥矯直機的引料輥時停住，機組正常運行時，開卷機與七輥矯直機之間建立張力，保證開卷時帶鋼張力恒定

啟動對中裝置對中后穿帶，矯直機后設(shè)有光電管，當帶頭到達此處時，轉(zhuǎn)向輥上的編碼器清零，開始跟蹤帶頭。在酸洗中帶鋼要沿槽底運行，帶鋼在酸液中的沉浸深度在120 mm左右，槽底設(shè)有排酸口、側(cè)邊設(shè)有進酸口，以產(chǎn)生紊流，縮短酸洗時間。酸槽與噴淋水槽間有一定的捕水空間，噴淋區(qū)設(shè)五級噴淋，前四級為循環(huán)冷噴淋，最后一級為非循環(huán)熱水噴淋。帶鋼出熱水清洗槽后，進入烘干機，烘干機溫度自動控制，烘干機前設(shè)有光電管，用來控制帶速，烘干機前還設(shè)有帶邊空氣吹掃裝置，帶頭過烘干機后，整個機組由出口操作臺控制，帶頭經(jīng)坑前夾送輥進入活套，再經(jīng)對中裝置和活套出口拉輥進入圓盤剪，過后而順序進入三輥張力輥，帶頭最后經(jīng)出口導(dǎo)板進入卷取機鉗口。機組正常運行時，三輥張力輥與卷取機之間建立張力，同時三輥張力輥與坑后夾送輥之間也應(yīng)建立適當張力，控制機組出口段的張力穩(wěn)定。

卷取機鉗口咬緊帶頭并在卷筒上卷取2～3圈后，三輥張力輥的中間輥壓下，壓輥和導(dǎo)板打開，全線提速到酸洗速度。

當酸洗過程中因故停機或穿帶時因卷取機鉗口咬鋼不進而停機時，活套要微速充套，以減弱帶鋼上的停車黑斑。當帶尾通過圓盤剪前的光電管時，圓盤剪前的對中裝置打開，當帶尾通過三輥張力輥前的光電管時，卷取機降速，二輥張力輥和卷取機的壓輥壓下，帶尾被跟蹤定位在卸卷位置。此時卷筒收縮，卷取機壓輥抬起，卸卷小車和推板一起動作使鋼卷脫離卷取機。

該生產(chǎn)線所需工業(yè)輔助設(shè)施主要有：（1）壓縮空氣，一是用于工藝段的帶鋼表面吹掃，阻止酸液隨帶鋼出酸洗槽或漂洗水隨帶鋼出漂洗槽，以防止液體停留帶鋼表面時間過長，造成工藝參數(shù)浮動過大或產(chǎn)生銹蝕，二是用作控制氣，用來控制擠干輥抬起/壓下，壓縮空氣的工作壓力為0.6 MPa，流量為3 m3/min；（2）水蒸氣，用于加熱酸液、漂洗水以及烘干帶鋼，工作壓力為0.5 MPa，流量為6 l/h。

該生產(chǎn)線的工藝流程如下：

原料—鞍座—地輥—三輥直頭機—切頭—上料小車—開卷機—開卷刀—對中側(cè)導(dǎo)輥—夾送輥—七輥矯直機—切頭剪—切角剪—酸洗槽—清洗槽—烘干—坑前夾送輥—活套坑—坑后夾送輥—圓盤剪—張力輥—檢查臺—靜電涂油機（預(yù)留）—出口夾送轉(zhuǎn)向輥—張力卷取機（帶EPC）—卸料小車—出口鋼卷鞍座—半自動打捆裝置

2 系統(tǒng)配置

本機組基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)由SIMATICS7-400 PLC、ET200M遠程I/O站及HMI系統(tǒng)構(gòu)成。由S7-400PLC及若干遠程I/O ET200M站完成全部邏輯控制及順序控制功能。PLC與計算機之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊，通訊速率100 M，由于入口操作臺與PLC距離較遠，采用光纖進行傳輸。PLC與直流傳動裝置及ET200遠程工作站之間通過Profibus-DP進行通訊，通訊速率12 M。

按生產(chǎn)線的工藝要求，將生產(chǎn)線傳動設(shè)備分為調(diào)速和非調(diào)速兩種控制方式，調(diào)速設(shè)備均采用交流異步機變頻控制系統(tǒng)。交流異步機控制系統(tǒng)采用整流/回饋單元+公共直流母線+逆變器傳動單元的配置形式，傳動裝置均采用SIEMENS Sl20系列產(chǎn)品。非調(diào)速交流電機均由馬達中心控制（MCC柜），直接啟動。

全線設(shè)置三臺監(jiān)控計算機，分別安放在工程師站，入口操作臺以及出口操作臺（見圖1）。

PLC控制器采用STEP7 V5.4，HMl監(jiān)控系統(tǒng)采用WinCC V6.0版本，WinCC采用標準Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時具有Web瀏覽器功能，便于觀察生產(chǎn)流程的動態(tài)畫面，更好地指揮調(diào)度生產(chǎn)。三臺計算機均采用Windows XP操作系統(tǒng)，HMI上的監(jiān)控數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)與PLC進行通汛，完成對現(xiàn)場設(shè)備的操作。人機接口通過以太網(wǎng)相互聯(lián)接，圖形以圖形標準接口為基礎(chǔ)，每個服務(wù)器覆蓋一個專門的機組區(qū)段或者具有一個針對性的功能，并且負責管理過程通訊、數(shù)據(jù)存儲以及與客戶的通訊。

3 WinCC主要功能

作為全集成自動化系統(tǒng)的重要組成部分，WinCC起著重要的作用。WinCC能確保與SIMATIC系列PLC的方便連接和高效通訊，通過二者的緊密集合，縮短了項目開發(fā)周期。WinCC還具有對SIMATIC PLC進行系統(tǒng)診斷的功能，為硬件維護提供了方便。此外，WinCC還提供了一系列編輯器和接口，用來單獨組態(tài)有關(guān)應(yīng)用程序的功能，對于整個推拉式酸洗系統(tǒng)，負責原始PDI數(shù)據(jù)輸入，過程狀態(tài)監(jiān)控，報警信號記錄，歷史數(shù)據(jù)曲線分析以及相應(yīng)的操作等（見圖2），是操作員與整個生產(chǎn)線交流的平臺，也是與PLC基礎(chǔ)自動化連接的樞紐。

在整個生產(chǎn)線中，三臺計算機采用獨立的服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，其中，工程師站服務(wù)器的功能較其他兩者更加完善，用于軋制過程中各設(shè)備狀態(tài)和電氣、工藝參數(shù)的顯示，故障報警，存儲打印，自動化系統(tǒng)運行過程監(jiān)控，軟件再開發(fā)等。

三臺計算機主要包括以下功能：

圖1 酸洗監(jiān)控計算機布置圖

圖2 酸洗HMI主畫面

（1）原料數(shù)據(jù)顯示 包括鋼卷號，鋼種，鋼卷長度，鋼卷厚度，鋼卷寬度，酸液溫度，廢水流量，壓縮空氣壓力等，系統(tǒng)通過原料數(shù)據(jù)的輸入以及顯示，計算生產(chǎn)過程所需的工藝參數(shù)，以達到過程自動控制。

（2）材料跟蹤 通過材料跟蹤的一系列程序，根據(jù)生產(chǎn)線上各個區(qū)段的檢測儀表狀態(tài)變化，不斷更新各個區(qū)段跟蹤狀態(tài)的內(nèi)容。隨著鋼板在生產(chǎn)線上的移動，計算機根據(jù)各區(qū)段指示內(nèi)容來判斷鋼板的實際位置，對生產(chǎn)進行自動控制，該自動控制系統(tǒng)主要針對機組的入口段/出口段鋼卷跟蹤，帶頭、帶尾跟蹤，并通過帶鋼的跟蹤情況，激活新的設(shè)定值并產(chǎn)生新的工藝控制動作。

（3）設(shè)定值輸入和實際值顯示 包括穿帶速度，甩尾速度，工藝段運行速度，卷筒速度，卷取卷徑，開卷張力，卷曲張力，電機電流，電機轉(zhuǎn)矩，酸洗工藝參數(shù)等，并繪制成趨勢圖，形象地展示了生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)事故的判斷提供依據(jù)。

（4）機組運行條件狀態(tài) 只有當液壓系統(tǒng)，酸循環(huán)系統(tǒng)，糾偏系統(tǒng)以及一些必要的運行條件正常后，機組才允許運行。主要包括人口段/出口段建張條件，入口段/出口段運行條件，工藝段運行條件等。

（5）介質(zhì)系統(tǒng)運行情況顯示 主要為液壓站以及潤滑站狀態(tài)顯示及自動控制，具體包括液壓站工作泵啟動/停止，循環(huán)泵啟動/停止，介質(zhì)液位高低顯示，油溫加熱自動/手動等。

（6）系統(tǒng)故障診斷顯示，報警記錄等 報警可以通知操作員在生產(chǎn)過程中發(fā)生的故障和錯誤信息，用于及早警告臨界狀態(tài)，避免停機和縮短停機時間。主要包括傳動控制器報警顯示，MCC報警顯示，液壓站報警顯示，潤滑狀態(tài)報警顯示，操作狀態(tài)報警顯示等，系統(tǒng)將記錄最近發(fā)生的100個報警信號。

（7）用戶權(quán)限管理 即口令保護功能，確保安全操作，與工藝相關(guān)的每個重要操作都必須由操作員確認，并且操作員的輸入需經(jīng)校驗之后才被系統(tǒng)接收使用，重啟WinCC以及操作系統(tǒng)都需要由專門工程師站負責人員進行管理，以避免引發(fā)生產(chǎn)事故。

（8）輔助設(shè)備的運行管理 包括生產(chǎn)線輔助循環(huán)泵及輔助設(shè)備的監(jiān)控和啟動/停止，主要有循環(huán)酸泵，循環(huán)水泵，風機及潤滑站的啟動/停止，導(dǎo)板升降，壓輥抬起，往復(fù)帶的投入/投出，套量增減，上卷/卸卷小車的位置管理等 (見圖3)。

圖3 輔助電機啟動/停止

（9）現(xiàn)場檢測元器件的狀態(tài)采集 包括光電開關(guān)，限位開關(guān)，液位計，流量計，報警蜂鳴器，故障指示燈等，根據(jù)現(xiàn)場檢測元器件的狀態(tài)顯示，操作工可以采取相應(yīng)措施。

4 WinCC的主要優(yōu)勢

相比與其他的人機界面，該推拉式酸洗的人機界面系統(tǒng)，有以下幾點優(yōu)勢：

（1）三臺計算機作為獨立的服務(wù)器分別應(yīng)用于不同的操作對象，工作重點各有不同，可以更加有針對性地進行人機交互，提高了工作效率以及對突發(fā)事故的應(yīng)變處理能力。

（2）采用雙路獨立供電（采用UPS雙路供電），保證計算機電源可靠性。

（3）人機界面控制信號采用脈沖與置位、復(fù)位相結(jié)合的形式，在控制層上更加安全，極大地降低了誤操作對操作人員以及機械設(shè)備的損害，縮短了事故排查時間。

（4）針對不同的控制器，設(shè)置不同響應(yīng)時間，使設(shè)備的實際情況真實地反映在人機界面上。

（5）在某些功能的實現(xiàn)上，采用了C腳本控制方式，在邏輯控制上更加可靠，提高控制水平以及容錯率。

（6）該系統(tǒng)趨勢圖采用庫—類模式，將曲線趨勢按照不同的屬性劃分到各自的庫以及類別中，這樣使操作人員處理數(shù)據(jù)更加高效快捷，清晰明了。

（7）該系統(tǒng)除配備一些工業(yè)軟件和應(yīng)用軟件外，還裝配有一套針對用戶的軟件支持系統(tǒng)，為軟件維護提供支持。

（8）該系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲量大，保存時間長，方便用戶對比以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析。

5 結(jié)語

推拉式酸洗機組控制系統(tǒng)采用WinCC圖形設(shè)計及監(jiān)控軟件的基本功能對設(shè)備的操作和實際過程實施監(jiān)控。利用其特有的腳本編輯功能對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集處理，最終生成生產(chǎn)報表等所需數(shù)據(jù)。實際應(yīng)用證明，利用該圖形軟件可以實現(xiàn)對設(shè)備實時監(jiān)控，確保生產(chǎn)過程順利進行。

[1]許戰(zhàn)軍，馬福舟.WinCC在酸洗線監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].冶金自動化.2006.S2.469—473

[2]王文樂，李建平等.WinCC在光亮連續(xù)退火模擬實驗機的應(yīng)用[J] 控制工程，2009.16{1).100～102.