棒材線新型自動(dòng)控制模式的探索與實(shí)現(xiàn)

摘要：文章圍繞棒材生產(chǎn)線自動(dòng)化控制的主題思想，分別介紹了軋線各區(qū)域自動(dòng)化改造的攻關(guān)思路與實(shí)施效果，逐步形成新型全自動(dòng)控制的模式。

關(guān)鍵詞：棒材 自動(dòng)化 爐區(qū)自動(dòng) 軋線控冷 冷床抬尾 稱重自動(dòng)

中圖分類號(hào)： TN911.73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

The exploration and Application of the new type automatic control mode in bar production line

Huang Sheng Yu Xifu Lv Tao

（Liuzhou Iron and Steel Co.Ltd.，Liuzhou Guangxi 545002，China）

Abstract：This article revolves around the theme of automation control bar production line ，introduces the implementation effect and key ideas of the regional automatic transformation of the bar production line， new type automatic control mode gradually formed.

Key words：Bar；Automation；Furnace automation；Cooling control；Cooling bed lift tail；Weighing

柳鋼棒線型材廠目前共有6條棒材生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)φ12～40mm帶肋鋼筋、φ16～40mm光面圓鋼，產(chǎn)能規(guī)模約450萬(wàn)噸。棒材全軋線共有18架軋機(jī)，分為粗軋、中軋、精軋機(jī)組。在中軋機(jī)組及精軋機(jī)組前各設(shè)一臺(tái)啟停式飛剪（1、2#飛剪）對(duì)軋件進(jìn)行切頭、切尾及事故碎斷，精軋后最后一段控冷裝置后設(shè)置成品倍尺飛剪（3#飛剪），用于對(duì)軋件分段剪切。分段成倍尺的棒材經(jīng)過(guò)步進(jìn)齒條式冷床矯直冷卻，齊頭輥道進(jìn)行棒材端部對(duì)齊后，由冷床輸出輥道將成排棒材送至固定冷剪，由固定冷剪進(jìn)行定尺剪切。剪后棒材經(jīng)過(guò)移鋼、檢驗(yàn)、短尺剔除，剩下合格的定尺棒材由自動(dòng)打捆機(jī)打捆。打捆后的成品經(jīng)稱量后，掛牌入庫(kù)。

柳鋼早期的棒材線，部分區(qū)域自動(dòng)化程度較低，且不適應(yīng)新工藝開(kāi)發(fā)的要求，導(dǎo)致該廠在提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、優(yōu)質(zhì)創(chuàng)效的工作中遇到瓶頸。對(duì)此，該廠自動(dòng)化技術(shù)人員經(jīng)過(guò)觀察探索，研討實(shí)施方案，對(duì)全線各區(qū)域做了自動(dòng)化攻關(guān)改造，不僅降低了生產(chǎn)線操作工的工作量，更使棒材成品各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了顯著提高。下面按照棒材工藝流程對(duì)全線自動(dòng)化改造分別介紹。

1軋線自動(dòng)化改造

1.1 爐區(qū)自動(dòng)化

（1）通過(guò)在入爐輥道增加冷金屬檢測(cè)器和定位編碼器，實(shí)現(xiàn)鋼坯入爐自動(dòng)化。鋼坯在入爐輥道就緒后，PLC程序根據(jù)加熱爐出料側(cè)設(shè)備運(yùn)行情況以及步進(jìn)梁位置，判斷滿足進(jìn)鋼條件時(shí)，自動(dòng)將輥道上的鋼坯送入加熱爐。鋼坯入爐后，入爐懸臂輥道根據(jù)定位編碼器反饋的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速及停止，避免手動(dòng)控制時(shí)爐內(nèi)定位不準(zhǔn)，鋼坯撞擊緩沖擋板的現(xiàn)象，同時(shí)減少爐內(nèi)步距的產(chǎn)生。

（2）在加熱爐PLC與主軋線PLC之間建立通訊，從而實(shí)現(xiàn)軋線生產(chǎn)節(jié)奏與加熱爐出鋼節(jié)奏的緊密關(guān)聯(lián)。當(dāng)軋線要鋼信號(hào)發(fā)送至加熱爐PLC，則出爐懸臂輥道開(kāi)始啟動(dòng)，將鋼坯送往軋線。為了避免高密度軋制時(shí)鋼坯追尾，增加了出鋼節(jié)奏控制功能，操作工可根據(jù)需要隨時(shí)修改出鋼延時(shí)。

開(kāi)發(fā)了鋼坯熱裝熱送統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路為：以鑄坯入/出轉(zhuǎn)爐庫(kù)時(shí)刻、鑄坯入/出各軋材庫(kù)及金材庫(kù)時(shí)刻、鑄坯入/出軋材爐時(shí)刻為節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)各鑄坯流轉(zhuǎn)流程的溫降時(shí)間，并根據(jù)溫降模型來(lái)統(tǒng)計(jì)溫降，依據(jù)鑄坯溫降與煤氣消耗的關(guān)系模型計(jì)算設(shè)計(jì)各節(jié)點(diǎn)煤氣損失的定額，確定鑄坯流轉(zhuǎn)流程不明中原因?qū)傩?，分清煤氣損失責(zé)任并采取相關(guān)措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯加熱的能耗及生產(chǎn)成本的控制。

1.2飛剪控制優(yōu)化

鑒于在生產(chǎn)中，軋線飛剪偶有不剪切及存在剪切長(zhǎng)度波動(dòng)大的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)程序監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)觀察，對(duì)影響飛剪性能的可能原因進(jìn)行分析排查，并采取措施消除影響。

（1）在熱金屬檢測(cè)器的檢測(cè)口加入壓縮空氣管吹掃，將鋼頭的水霧吹走，減少水霧對(duì)信號(hào)的干擾，調(diào)整熱金屬檢測(cè)器的靈敏度在一個(gè)合適的范圍，并通過(guò)PDA信號(hào)追蹤系統(tǒng)核對(duì)每次熱檢的響應(yīng)時(shí)間偏差值是否在10ms以內(nèi)。

（2）保證安裝碼盤(pán)的同心度不超過(guò)0.15mm，并對(duì)碼盤(pán)線路及電氣元件全部按照電磁兼容技術(shù)的要求施工，設(shè)法減少電磁干擾。

（3）采用速度自動(dòng)追蹤控制系統(tǒng)。使飛剪前后軋件以恒定速度的方式運(yùn)行，保證軋件的位移量能夠穩(wěn)定。

經(jīng)過(guò)改造，飛剪控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，剪切的控制精度也大幅提高，由原來(lái)的最大偏差值170mm，降到目前的15mm以下，對(duì)于降低切損提高成材率效果明顯。

圖1 參數(shù)設(shè)定菜單程序

2.3軋線控冷自動(dòng)化

棒材軋線控冷設(shè)備對(duì)于控制成品性能參數(shù)有重要意義，早期該區(qū)域完全由人工操作，通過(guò)扳手對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各段穿水冷卻器管路閥門進(jìn)行操作，不僅存在動(dòng)作精度低、速度慢的缺點(diǎn)，更存在安全隱患，飛鋼時(shí)容易發(fā)生傷人事故。通過(guò)對(duì)控冷區(qū)域管路增加有效的檢測(cè)儀表和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，由程序控制各段調(diào)節(jié)閥開(kāi)口度，大大提高了操作安全性和準(zhǔn)確性。此外，增加了控冷自動(dòng)化功能，可以按照軋件溫度、穿水流量、壓力為控制目標(biāo)對(duì)各調(diào)節(jié)閥開(kāi)口度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)精確控制。

2.4 3#飛剪前熱檢移位改造

隨著棒材新工藝對(duì)控冷要求的不斷提高，軋件冷卻后溫度最低僅有300℃左右，已經(jīng)低于現(xiàn)場(chǎng)熱金屬檢測(cè)器400～1100℃的識(shí)別范圍。為了保證棒材3#飛剪剪切穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，根據(jù)軋件經(jīng)過(guò)水冷后的溫度回升曲線，在不影響3#飛剪性能與冷床上鋼過(guò)程的前提下，將3#飛剪前熱檢后移8米，并對(duì)程序相關(guān)部分進(jìn)行修改，熱檢檢測(cè)精度得以保證，為后續(xù)新品種開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了有利條件。

圖2 熱檢移位示意圖

2.5 冷床自動(dòng)抬尾功能

由于原料缺陷、軋制工藝等原因，每支鋼尾部存在100～300毫米長(zhǎng)的廢品，按照目前的設(shè)備條件與控制系統(tǒng)，無(wú)法將這一部分廢品分離出來(lái)，因此，在冷剪機(jī)剪切定尺的過(guò)程中，為了剔除廢品就要把混有尾部的成品共同剪切掉100～300毫米，而正常情況下，只需要剪切50毫米?？梢?jiàn)，為了剔除少量的廢品，犧牲掉了部分合格品，增加了切損，導(dǎo)致成材率降低。

為實(shí)現(xiàn)冷床自動(dòng)抬尾，經(jīng)過(guò)分析論證，采取以下措施。

（1）借助3#飛剪后的熱金屬檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋件信號(hào)的檢測(cè)與尾部判斷。

（2）通過(guò)對(duì)動(dòng)齒長(zhǎng)軸減速位接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)檢測(cè)，判斷冷床動(dòng)齒的動(dòng)作次數(shù)，完成對(duì)冷床上成品尾部的跟蹤。

（3）在對(duì)齊輥道齊頭擋板處安裝自動(dòng)抬尾裝置，將尾部單獨(dú)支起，依靠對(duì)齊輥道的推進(jìn)作用，使廢品部分伸出并且長(zhǎng)于合格品對(duì)齊端面，最終在冷剪機(jī)處切除。

經(jīng)過(guò)在生產(chǎn)運(yùn)用中不斷優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)與控制程序，裝置動(dòng)作準(zhǔn)確率達(dá)95%以上，改造完成后，各線工藝切損量顯著降低，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 自動(dòng)抬尾控制流程圖

1.6 3#操作臺(tái)WINCC畫(huà)面監(jiān)控功能

前期，棒材線3#操作臺(tái)未設(shè)計(jì)有電腦，冷床區(qū)域設(shè)備完全由3#臺(tái)操作工手動(dòng)控制。為了配合相關(guān)自動(dòng)化改造，在操作室內(nèi)增設(shè)一臺(tái)WINCC監(jiān)控電腦，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷床自動(dòng)抬尾參數(shù)調(diào)整、冷剪剪切支數(shù)控制、以及輥道電機(jī)速度給定等功能。

其中，冷剪剪切支數(shù)控制功能可以自動(dòng)計(jì)算冷床下鋼支數(shù)，當(dāng)支數(shù)達(dá)到操作工設(shè)定的數(shù)值后，畫(huà)面彈出提示框，以提醒操作工及時(shí)控制冷床平移鏈移送鋼支到冷床輸出輥道。這一功能的實(shí)現(xiàn)，徹底改變了原有的人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷支數(shù)的模式，給冷剪機(jī)剪切支數(shù)的準(zhǔn)確控制創(chuàng)造條件，對(duì)于避免設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行、延長(zhǎng)冷剪刀片使用壽命有重要意義。

1.7 成品自動(dòng)稱重功能

棒材成品稱重過(guò)程由4#操作臺(tái)操作工手動(dòng)控制，由于稱重臺(tái)架離操作室較遠(yuǎn)，輸送成品至稱重臺(tái)架的時(shí)候容易因?yàn)橐暰€不清造成定位不準(zhǔn)，引起稱重?cái)?shù)據(jù)有誤甚至撞歪臺(tái)架，同時(shí)由于4#操作臺(tái)操作工兼顧的設(shè)備較多，容易出現(xiàn)操作失誤影響生產(chǎn)節(jié)奏。

為了提高稱重?cái)?shù)據(jù)精度，減少操作工工作量，對(duì)稱重自動(dòng)化進(jìn)行攻關(guān)。在成品收集輥道3段和成品收集升降鏈各安裝一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，用以觸發(fā)自動(dòng)稱重過(guò)程和棒材成品在秤臺(tái)的準(zhǔn)確定位。同時(shí)在WINCC監(jiān)控電腦增加稱重自動(dòng)畫(huà)面，將自動(dòng)稱重的過(guò)程直觀反映，方便值班人員排查故障，并且具有參數(shù)設(shè)定功能，以適應(yīng)不同規(guī)格、捆徑對(duì)秤臺(tái)定位的參數(shù)要求。實(shí)現(xiàn)棒材稱重自動(dòng)化后，不僅降低了操作工工作強(qiáng)度，還有效提高了精整區(qū)工序節(jié)奏，班產(chǎn)量有所提高。

圖4 自動(dòng)稱重流程圖

1.8 成品重量偏差報(bào)警功能

結(jié)合自動(dòng)稱重功能，在確保成品稱重?cái)?shù)據(jù)精度的基礎(chǔ)上，通過(guò)將稱重?cái)?shù)據(jù)引入PLC，并在WINCC監(jiān)控畫(huà)面增加成品重量下限值設(shè)定框，實(shí)現(xiàn)了成品重量偏差報(bào)警功能。

根據(jù)不同的成品規(guī)格，對(duì)成品重量下限值進(jìn)行修改設(shè)定，當(dāng)成品稱重?cái)?shù)據(jù)值小于下限值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提示相關(guān)崗位工及時(shí)采取有效措施。

該功能的實(shí)現(xiàn)，有效提高了對(duì)成品重量負(fù)偏差的把控精度，在保證成品質(zhì)量的前提下為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。

2結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)棒材生產(chǎn)線一系列自動(dòng)化改造，生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)得到優(yōu)化完善，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性大大提高，自動(dòng)化控制體現(xiàn)出的邏輯性使現(xiàn)場(chǎng)值班維護(hù)人員更容易快速排查故障。不僅如此，經(jīng)過(guò)改造，操作工的操作量顯著減少，工作壓力得以緩解，更有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化操作。更重要的是，得益于自動(dòng)化技術(shù)的精確性，工藝指標(biāo)挖潛提升工作有了技術(shù)保障，對(duì)于本廠開(kāi)展優(yōu)質(zhì)增效、精細(xì)化管理工作產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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