寬厚板雙邊剪控制系統(tǒng)優(yōu)化

呂　霞（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

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寬厚板雙邊剪控制系統(tǒng)優(yōu)化

呂霞
（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

摘要：分析了寬厚板雙邊剪控制系統(tǒng)存在的剪切順控不合理、跟蹤不準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)故障排除困難、信號不穩(wěn)等問題，采用優(yōu)化剪切順控、跟蹤控制，應(yīng)用基于總線的Profibus-DP技術(shù)，檢測元件冗余配置等優(yōu)化措施，使系統(tǒng)功能更加完善，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，提高了雙邊剪自動化控制水平和剪切速率，產(chǎn)品成材率提高5%，模板損壞率降至0，每年可節(jié)約電耗108 000 kW·h。關(guān)鍵詞：雙邊剪；控制系統(tǒng)；優(yōu)化改進(jìn)；跟蹤控制

1　前　言

萊鋼4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線雙邊剪主要負(fù)責(zé)通過剪切鋼板的兩側(cè)邊部，使鋼板達(dá)到成品寬度的要求［1］。隨著國內(nèi)寬厚板市場的變化，對生產(chǎn)線設(shè)備維護(hù)、控制優(yōu)化的要求逐漸提高。由于設(shè)計(jì)原因，原有自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要，為此，對該雙邊剪控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善。

2　存在問題

2.1剪切順序控制不合理

雙邊剪自動化控制是通過順序控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，雙邊剪順控系統(tǒng)包括刃距調(diào)整順控系統(tǒng)、剪前準(zhǔn)備順控系統(tǒng)、剪切控制順控系統(tǒng)等［2］。雙邊剪剪切前進(jìn)行手動激光劃線，鋼板磁力對中，保證切邊尺寸；剪刃刃距調(diào)整，保證切邊質(zhì)量；當(dāng)主電機(jī)開始動作，剪刃進(jìn)入循環(huán)剪切的狀態(tài)，各設(shè)備根據(jù)板坯頭部位置進(jìn)行動作，直至鋼板剪切完畢。但是有些設(shè)備需手動操作或動作時序不合理，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。

2.2跟蹤不準(zhǔn)

生產(chǎn)過程中，鋼板跟蹤不準(zhǔn)造成畫面和現(xiàn)場不符，鋼坯實(shí)際位置和畫面顯示的鋼板的位置相差很大距離，不僅鋼板無法自動剪切，而且嚴(yán)重影響了生產(chǎn)節(jié)奏。

2.3網(wǎng)絡(luò)故障排除困難

雙邊剪Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中，PLC作為主站，眾多的ET200S和現(xiàn)場檢測元件（磁尺和編碼器）作為從站，從站是串聯(lián)方式，這樣一個從站出現(xiàn)問題，如元器件損壞或者電源故障，該從站之后的其他從站也會受到影響，整條網(wǎng)絡(luò)都有可能癱瘓，而且很難判斷是哪一個從站出了問題，對生產(chǎn)影響很大，帶來不必要的停機(jī)［3］。

2.4信號不穩(wěn)

系統(tǒng)中的模擬量信號誤差非常大，而且經(jīng)常出現(xiàn)跳變的情況，從而使操作人員不能及時判斷現(xiàn)場的真實(shí)情況，存在非常大的隱患。

2.5檢測元件易損壞

雙邊剪部分檢測元器件易損壞，導(dǎo)致故障率高，影響生產(chǎn)節(jié)奏。如剪前磁力對中裝置，擋塊在磁塊本體上焊接，由于磁塊本體容易發(fā)生晃動，導(dǎo)致提升下降限位接近開關(guān)經(jīng)常被擋塊撞壞；寬度調(diào)整裝置磁尺由于極限位損壞導(dǎo)致磁尺損壞，并且不易更換，故障時間長。

3　控制系統(tǒng)優(yōu)化

3.1優(yōu)化剪切順序控制

通過仔細(xì)研究雙邊剪各個工藝環(huán)節(jié)直接的前后關(guān)系，深入分析自動化控制系統(tǒng)內(nèi)部的工藝關(guān)聯(lián)，以動態(tài)規(guī)劃法的問題分解、減少重復(fù)等為指導(dǎo)，對程序進(jìn)行合理優(yōu)化，避免過多的工藝等待時間。

1）激光劃線實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整。激光劃線調(diào)整為操作工手動按鈕進(jìn)行寬度調(diào)整，現(xiàn)將其加入到剪切準(zhǔn)備順控中，進(jìn)行自動寬度調(diào)整，免去操作人員再次操作調(diào)整按鈕。2）剪切順控優(yōu)化。當(dāng)鋼板尾部離開后部輥道后，立即將輥道控制權(quán)交與后一支鋼板，實(shí)現(xiàn)正在剪切的鋼板尾部離開接近輥道后，待切鋼板可前進(jìn)至磁力對中位置進(jìn)行預(yù)對中的功能。

3.2跟蹤控制優(yōu)化

3.2.1精細(xì)調(diào)整金屬檢測器的檢測精度和范圍

通過硬件和軟件相結(jié)合的方式來對跟蹤進(jìn)行修正。在軟件方面，根據(jù)實(shí)際情況，將光電管的修正范圍確定一個合適的數(shù)值，并且實(shí)際測量光電管距離開始基準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，將這些實(shí)測數(shù)值應(yīng)用在程序中。硬件方面，在環(huán)境惡劣區(qū)域通過增加光電管，重新選型等方式來增強(qiáng)信號的可靠度。

3.2.2跟蹤信息凍結(jié)功能

跟蹤信息出現(xiàn)錯誤以后，很難重新將實(shí)際的鋼板和當(dāng)前的跟蹤信號匹配起來。為此，開發(fā)跟蹤信息凍結(jié)功能，當(dāng)跟蹤信息出錯后，點(diǎn)擊操作臺上的跟蹤信息凍結(jié)按鈕，進(jìn)入跟蹤信息凍結(jié)功能，控制操作手柄，現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際鋼板操作，但畫面上的跟蹤信息位置不變，使鋼板實(shí)際位置與跟蹤信息位置保持一致，方便操作人員重新對正鋼板。鋼板對正后，再次按下接觸跟蹤信息凍結(jié)功能按鈕并恢復(fù)自動，就可以正常剪切。

3.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)優(yōu)化

將網(wǎng)絡(luò)改成總線模式，即每一個從站相對是獨(dú)立的，一旦其中一個從站出現(xiàn)故障，其他從站將不會受到任何影響；充分利用Repeater的拓展功能，將各遠(yuǎn)程站由串聯(lián)型結(jié)構(gòu)改為總線型結(jié)構(gòu)［1］，一個從站停電或者故障，其他從站不受影響；并利用DP三通接頭對檢測元件的串聯(lián)型結(jié)構(gòu)改為總線型結(jié)構(gòu)，一個檢測元件出現(xiàn)問題不會影響其他檢測元件的通訊，降低了停機(jī)率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)優(yōu)化后，每一個從站的網(wǎng)絡(luò)信號都很穩(wěn)定，基本實(shí)現(xiàn)通訊線路無故障，提高了實(shí)際產(chǎn)能效率，通訊效果最優(yōu)化，提高了設(shè)備故障查找速度和設(shè)備事故解除率。

3.4信號優(yōu)化

系統(tǒng)中的模擬量信號誤差非常大，而且經(jīng)常出現(xiàn)跳變的情況，操作人員不能及時判斷現(xiàn)場的真實(shí)情況，存在非常大的隱患。為此，采用一入兩出的隔離柵對信號進(jìn)行濾波，提高信號穩(wěn)定性。

雙邊剪現(xiàn)場數(shù)字量輸出信號模板由于設(shè)備頻繁動作而損壞，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。對數(shù)字量輸出信號進(jìn)行隔離改造，取消模板信號直接驅(qū)動現(xiàn)場閥組的情況，有效避免模板的頻繁損壞。方案實(shí)施后，模板損壞率為0。

3.5關(guān)鍵檢測元件冗余配置

雙邊剪磁力對中裝置是用來調(diào)整鋼板，使其與激光劃線裝置的激光線平行［4］。其上升、下降這兩個位置分別由兩個接近開關(guān)檢測，由于磁力對中磁塊安裝不穩(wěn)定，移動期間經(jīng)常撞壞接近開關(guān)，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)磁力對中位置的限位信號丟失而造成停切的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)節(jié)奏。對磁力對中的檢測方式進(jìn)行改造，每個磁力對中各增加1個光電管對其位置進(jìn)行檢測，接近開關(guān)檢測的信號與光電管檢測的信號相結(jié)合，使信號更加精確、穩(wěn)定。改造完成后，磁力對中位置的檢測精確而且穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)因磁力對中位置信號不穩(wěn)定而造成雙邊剪停切的現(xiàn)象，從而降低了雙邊剪的故障率。

雙邊剪寬度調(diào)整裝置是由雙邊剪入口和出口兩個電機(jī)帶動移動側(cè)剪體滑動來調(diào)整移動側(cè)剪體與固定側(cè)剪體之間的距離的，其設(shè)定值是鋼板寬度，實(shí)際值是由磁尺進(jìn)行檢測，損壞不易更換。通過增加激光測距儀來替代磁尺，同時在控制系統(tǒng)中增加磁尺和激光測距儀的軟限位，防止硬件限位出現(xiàn)故障時設(shè)備動作超限造成磁尺損壞，在硬件上實(shí)現(xiàn)了雙設(shè)備冗余，以防止測量信號出錯而引發(fā)的自動控制系統(tǒng)錯誤動作，提高自動控制系統(tǒng)工作的可靠性，從而提高剪切系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。磁尺和激光測距儀的選擇是從人機(jī)界面上進(jìn)行的。

3.6開發(fā)液壓站“一鍵式”節(jié)能控制系統(tǒng)

寬厚板生產(chǎn)中，“待溫、待料、待電”期間，往往因工藝需要不能停主泵。經(jīng)過觀察，僅使用1臺主泵即可滿足現(xiàn)場使用的壓力要求，但是經(jīng)常是工作中的主泵全部在運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致多余的油泵在空轉(zhuǎn)，造成電能浪費(fèi)。在雙邊剪液壓系統(tǒng)的操作畫面上制作一個按鈕“Save Mode”，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)一下即可實(shí)現(xiàn)“一鍵式”節(jié)能功能，只保留1臺泵來滿足現(xiàn)場需求，而其他泵停止運(yùn)行?！按郎?、待料、待電”結(jié)束后，右鍵點(diǎn)擊該按鈕，液壓系統(tǒng)恢復(fù)正常生產(chǎn)模式。

雙邊剪液壓站有5臺主泵，對所有主泵進(jìn)行編號及優(yōu)先級劃分，1#～5#優(yōu)先級依次降低。當(dāng)啟用一用多備功能時，保留所啟動主泵中優(yōu)先級最高主泵，將其他主泵的運(yùn)行命令切除。當(dāng)未啟用和取消一用多備功能時，所有主泵按照原運(yùn)行命令運(yùn)行。

4　結(jié)語

萊鋼寬厚板雙邊剪控制系統(tǒng)優(yōu)化后，使相關(guān)設(shè)備的自動連鎖控制更加緊密，生產(chǎn)過程自動化和設(shè)備智能化的水平有了較大提高，雙邊剪整體的控制能力和水平進(jìn)一步增強(qiáng)，每班次剪切量由100支提高到110支，產(chǎn)品成材率提高5%，模板損壞率降至0，開發(fā)的液壓站“一鍵式”節(jié)能控制模式，每年可節(jié)約108 000 kW·h電耗。

參考文獻(xiàn)：

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［3］吉年豐，楊慶豐，王洪濤.浦鋼羅涇寬厚板廠雙邊剪自動控制系統(tǒng)［J］.冶金自動化，2008（S2）：665-667．

［4］宋章明.滾切式雙邊剪剪切問題分析及改進(jìn)措施［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2013（7）：73-76．

Optimization of Double Side Trim Shear Control System

Lü Xia
（The Automation Department of Laiwu Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China）

Abstrraacctt:: This paper analyzes the double side trim shear control system problem such as defects in shear sequence control, inaccurate tracking，network fault difficult to processing，and unstable signal. We adopt optimized shear sequence control, tracking control, applications based on bus Profibus-DP technology, detecting element redundant configuration optimization measures, such as make the system more complete, the equipment running more stable and improve the bilateral shear automation control level and cut rate. Product yield was increased by 5%, template damage rate was dropped to zero, and 108 000 kW·h power consumption can be saved a year.

Key worrddss:: double side trim shear; control system; optimization; tracking contro

經(jīng)濟(jì)與管理

信息化建設(shè)

作者簡介：呂霞，女，1982年生，2007年畢業(yè)于青島理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。現(xiàn)為萊鋼自動化部工程師，從事冶金自動化控制工作。

收稿日期：2015-06-08

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4620（2015）06-0063-02