棒材中小型線碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)優(yōu)化

岳 忠

（山東鋼鐵 萊鋼自動化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

萊鋼棒材廠中小型軋線可軋制型鋼、角鋼、槽鋼、螺紋鋼和圓鋼等多種產(chǎn)品，目前主要以生產(chǎn)螺紋鋼和圓鋼為主。收集控制系統(tǒng)共有A、B、C、D、E五種控制方式，分別對應收集不同品種的成品材，本文以其中的D循環(huán)即螺紋鋼的收集為例，簡要說明收集控制系統(tǒng)的系統(tǒng)配置、控制原理和系統(tǒng)優(yōu)化的具體實現(xiàn)方法。

1 工藝設備及動作過程

碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)的主要功能是將剪切好的成品材分組收集打捆，然后輸送到成品存儲區(qū)域。

1．1 工藝設備

中小型碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)工藝設備包括傳輸鏈、擋塊、固定筐、活動筐、輸出輥道和活動打捆機。圖1為碼垛區(qū)域工藝設備分布圖。

1．2 各設備分工及動作過程

傳輸鏈將成品材從對齊輥道傳送到擋塊；由擋塊負責將成品材分組并控制每捆成品材的數(shù)量；固定筐將分好組的成品材接收和臨時存放；活動筐將分好組的成品材從固定筐運送到打捆位和輸出輥道；活動打捆機將活動筐運送來的成品材打成捆；輸出輥道將打好的捆輸送到成品存儲區(qū)域。圖2為碼垛區(qū)域各設備動作過程流程圖。

2 系統(tǒng)配置

2．1 系統(tǒng)硬件配置

整套系統(tǒng)共配置1套ABB MP200（RMC7）系列DCS、3套 MP90（活動打捆機）系列DCS和1套MV320系列終端，傳動采用ABB AC80系列，MP200和MP90之間采用MasterFieldbus總線通訊，MP200與AC80采用AF100總線通訊。現(xiàn)場檢測元件采用編碼器和接近開關配合使用。圖3為系統(tǒng)配置圖。

圖1 碼垛區(qū)域工藝設備分布圖

2．2 系統(tǒng)軟件配置

中小型碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)采用了ABB AMPL語言。AMPL語言是ABB OCS控制系統(tǒng)專門用于過程控制的、以圖形表示的功能模塊語言，通過數(shù)據(jù)庫來完成程序與過程信號的數(shù)據(jù)交換，具有功能強、結(jié)構(gòu)合理、編程速度快的優(yōu)點。AMPL語言是由圖形表示的功能模塊語言，每個功能都被看作是具有輸入、輸出的功能模塊。這些模塊被稱為PC元素，功能PC元素既具有最簡單的邏輯與AND元素，也有復雜的PID調(diào)節(jié)器元素。除功能PC元素外，AMPL還具有許多將程序劃分成可以單獨處理和執(zhí)行的模塊的結(jié)構(gòu)元素。由于這些結(jié)構(gòu)元素所劃分的模塊可以有不同的掃描周期和執(zhí)行優(yōu)先權，因此在同一程序中既可以管理慢的、也可以管理快的控制工序。

圖2 碼垛區(qū)域各設備動作過程流程圖

圖3 碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)配置圖

3 控制原理及思想

中小型碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)采用了基于位置聯(lián)鎖的控制思想，對于各設備各個位置的準確性均有嚴格的要求，只有在設備位置條件滿足時才能進行下一步動作?，F(xiàn)場各設備分工明確，在獨立完成自己工作任務的同時與其他設備合作，共同完成整個成品材的收集任務。

控制系統(tǒng)的具體動作步驟都是通過軟件編程來實現(xiàn)的，該控制系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)是通過ABB AMPL語言的STEP程序來完成的。STEP是ABB AMPL語言中PC元素的一種，用于分割序列程序中的各個序列，可以直接作為一個子序列的頭部，也可以隨時被其他的子序列程序調(diào)用或跳轉(zhuǎn)到其他的子序列程序。STEP內(nèi)的程序只有在STEP的觸發(fā)條件滿足時才會執(zhí)行。中小型碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)就是將各設備的每步動作都編為一個子序列程序，在條件滿足時調(diào)用執(zhí)行其中一個子序列程序，相互觸發(fā)調(diào)用，最終實現(xiàn)各設備之間的連鎖，完成收集任務。

4 系統(tǒng)優(yōu)化過程

對于碼垛區(qū)設備在生產(chǎn)中出現(xiàn)的一系列問題，一方面通過對活動筐的動作軌跡進行優(yōu)化，由復雜的梯形改為簡單的矩形；另一方面，取消現(xiàn)場固定筐動作，采用在程序內(nèi)部模擬固定筐動作；另外，活動筐的動作精度采用范圍精度控制，降低了設備負載。

4．1 活動筐動作軌跡由梯形改為矩形

活動筐原設計從接鋼位到上中位時，前進和上升同時動作，整個動作軌跡為一梯形，在投產(chǎn)初期使用比較順利，但隨著產(chǎn)能的提高和設備的老化，設備動作日漸不能滿足生產(chǎn)的需要，設備負載很大，活動筐在接鋼位到上中位時，前進和上升的速度需要匹配而且要恒定不變，否則活動筐會出現(xiàn)晃動過大，觸發(fā)連鎖保護，影響生產(chǎn)。從物理學上來說，活動筐從接鋼位到上中位過程中，受到向上、向前和向下3個方向的力的作用，在運動過程中控制比較復雜，我們通過試驗和論證，決定將活動筐動作軌跡由復雜的梯形改為簡單的矩形，優(yōu)化后的活動筐每步均執(zhí)行一個方向的動作，從接鋼位先到達后上位，再前進到上中位，上升過程中只有兩個方向的力作用，前進時上、下兩方向力抵消，只有前進的力起作用，容易控制，同時降低了設備負載，提高了設備運行的穩(wěn)定性。圖4為活動筐優(yōu)化前后動作軌跡圖。

圖4 活動筐優(yōu)化前后動作軌跡圖

4．2 固定筐動作使用軟件模擬

固定筐原設計在低位和接鋼位之間做上下運動，由編碼器和接近開關來定位，在接鋼位由抱閘抱住，初始時固定筐在接鋼位接鋼，待鋼滿活動筐到達接鋼位后下降到低位，待活動筐將鋼移走后，再上升到接鋼位接鋼。整個工作過程中，活動筐在接鋼位接鋼時，受到的沖擊力比較大，特別是在改軋重型材后，經(jīng)常出現(xiàn)接鋼位信號丟失，影響生產(chǎn)，同時對設備的使用壽命也是很大的挑戰(zhàn)。在將活動筐動作由梯形改為矩形后，活動筐在從接鋼位到前中位時，現(xiàn)場不再需要固定筐下降到低位，只是在程序中模擬固定筐動作即可，而且固定筐接鋼位還可以上提，減小了重型材降到固定筐的距離，減少了沖擊力；取消固定筐現(xiàn)場動作后，固定筐的動作時間也隨著取消，提高了運行效率，同時拆除了固定筐動力和定位設備，降低了設備和備件費用；另外，減少了設備連鎖，提高了設備運行的穩(wěn)定性。

4．3 采用范圍精度控制和軟件跟蹤

活動筐在動作過程中由編碼器和接近開關共同來定位。在實際生產(chǎn)過程中，由于設備負載大，加上設備老化等原因，活動筐晃動幅度較大，經(jīng)常造成接近開關檢測不到信號，無法觸發(fā)下一步動作，影響正常生產(chǎn)。經(jīng)過現(xiàn)場實際考察和查閱相關資料后，我們決定取消接近開關定位，只選用編碼器來控制精度。編碼器數(shù)值為L實，位置設定值為L設，范圍精度設定值為L臨，只要編碼器數(shù)值L實在（L設＋L臨）和（L設－L臨）之間，控制系統(tǒng)都認為符合條件。同時，程序內(nèi)部對各位置設定對應的FLAG位，共設定前下位、后下位、接鋼位、后上位、上中位和打捆位6個FLAG位。當活動筐到達某個位置時，將相關位的FLAG位置為1，其他5個FLAG位為0，對整個動作過程進行軟件跟蹤。在活動筐動作執(zhí)行過程中，首先根據(jù)編碼器來確定當前位置及下一步動作，若編碼器無法定位時，再參考各FLAG位來確定當前位置及下一步動作，以確?；顒涌鹉芊€(wěn)定準確運行。

5 結(jié)束語

根據(jù)不同情況，碼垛區(qū)設備控制優(yōu)化項目對各個設備的控制系統(tǒng)部分應用不同策略，實施多種改進方式，改造后實際使用效果良好，有效地提高了設備的穩(wěn)定性和高效性。經(jīng)過一段時間的測試運行，效果良好，改造后有效提高了成品的收集能力，同時減少了停機率，獲得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。該系統(tǒng)的配置和控制思路比較成熟，對其他類似系統(tǒng)有一定的借鑒價值。

［1］ Arethas Ｓ Ｐ．Energy conservation efforts at Inland Steel Company［G］／／Proceedings of the American Control Conference．New York：［s．n．］，1984：583－585．

［2］ 周英．ABB AMPL語言及其編程特點［J］．航空制造工業(yè)，1998（4）：31－32．