基于Excel與Wincc的熱軋無縫鋼管工藝參數(shù)自動(dòng)配置系統(tǒng)

趙春曉，牛松森，于定益，禹曉勤，李雨儒（.天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津30080；.中交一航局安裝工程有限公司，天津300457）

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基于Excel與Wincc的熱軋無縫鋼管工藝參數(shù)自動(dòng)配置系統(tǒng)

趙春曉1，牛松森1，于定益2，禹曉勤1，李雨儒1
（1.天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津300180；2.中交一航局安裝工程有限公司，天津300457）

摘要：某無縫鋼管廠MPM軋機(jī)機(jī)組由2輥5連軋機(jī)機(jī)組構(gòu)成，軋管時(shí)芯棒的運(yùn)行是限動(dòng)的，速度是可控的，芯棒由限動(dòng)機(jī)構(gòu)限定以恒定的速度前進(jìn)。軋制過程中諸多關(guān)鍵參數(shù)需要工藝人員計(jì)算得出，采用Wincc作為組態(tài)軟件，Excel作為服務(wù)器，將工藝計(jì)算公式存入Excel，通過Wincc腳本建立工藝系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)隨工具尺寸和產(chǎn)品規(guī)格自動(dòng)變化。

關(guān)鍵詞：無縫鋼管；芯棒限動(dòng)；軋制參數(shù)

MPM熱軋無縫鋼管生產(chǎn)工藝，把由穿孔機(jī)生產(chǎn)出的具備一定內(nèi)徑和壁厚的毛管，由限動(dòng)芯棒系統(tǒng)帶入軋機(jī)，按照芯棒沿軋線運(yùn)行的指定位置開始軋制和結(jié)束軋制，整個(gè)過程中要充分利用芯棒的軋制段，對(duì)于咬入位置、咬入速度、限動(dòng)速度、各架軋機(jī)速度和輥縫大小都有嚴(yán)格的要求。

1　工藝說明

具體工藝過程如下。

1）穿棒段。毛管和芯棒分別由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻至軋機(jī)前臺(tái)，芯棒限動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)芯棒穿入毛管，芯棒以低速穿入毛管尾端，穿入尾端達(dá)到“尾部穿入長(zhǎng)度”后，開始高速前進(jìn)，以節(jié)約穿棒時(shí)間，減少毛管軋前溫度耗損，在此過程中，芯棒將毛管帶至軋機(jī)前，軋前擋板擋住毛管頭端。

2）備軋段。高速前進(jìn)到減速位置時(shí)，芯棒速度下降到“咬入速度”，頭端先以穿棒速度進(jìn)入軋機(jī)，在進(jìn)入到“咬入位置”時(shí)，毛管擋板下降，夾送輥啟動(dòng)并壓下至毛管外表面，芯棒帶動(dòng)毛管進(jìn)入軋機(jī)，直到毛管頭端接觸第1架軋輥。

3）熱軋段。毛管頭端接觸第1架軋輥，夾送輥升起并停止驅(qū)動(dòng)，限動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入“限動(dòng)速度”并保持，直至毛管尾端完全穿過孔型序列，在此過程中，毛管頭端和前部進(jìn)入脫管機(jī)，經(jīng)嚴(yán)格計(jì)算過的“限動(dòng)速度”使得芯棒不會(huì)進(jìn)入脫管機(jī)機(jī)架，同時(shí)保證芯棒利用整個(gè)軋制段的部分參與軋制。

4）回退段：軋制完成后，芯棒停止前進(jìn)，并零速保持“滯留時(shí)間”，此段時(shí)間內(nèi)確保毛管與芯棒脫離，完成脫管，而后芯棒開始反向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)高低速回退，停車定位至芯棒起始點(diǎn)。由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將軋后芯棒翻出軋制前臺(tái)。

以上過程中，對(duì)于芯棒，由限動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)，由起始點(diǎn)開始，經(jīng)低速穿棒—高速穿棒—咬入速度—限動(dòng)速度—零速滯留—高速回退—低速回退—定位—停車，最終返回起始點(diǎn)。限動(dòng)運(yùn)行過程的咬入速度、咬入位置、限動(dòng)速度，以及最高允許運(yùn)行速度，是工藝要求的關(guān)鍵參數(shù)；對(duì)于軋機(jī)，各架軋輥轉(zhuǎn)速及孔型根據(jù)當(dāng)前軋制規(guī)格和軋制工具參數(shù)，經(jīng)工藝計(jì)算得出，在軋制過程中，軋機(jī)各架轉(zhuǎn)速保持不變，與熱軋棒線材生產(chǎn)不同的是熱軋鋼管工藝過程不需要速降補(bǔ)償，因此要求軋輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具備較硬的特性。軋機(jī)的各架轉(zhuǎn)速和輥縫是軋機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)。

限動(dòng)和軋機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

工藝過程所需的關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)當(dāng)前軋制的毛管長(zhǎng)度、毛管壁厚、計(jì)劃軋成品荒管的壁厚、使用的軋輥輥肩尺寸、輥環(huán)尺寸、芯棒外徑、限動(dòng)最大速度百分比等參數(shù)，通過工藝算法計(jì)算得出。

由于產(chǎn)品規(guī)格多樣，需要工藝人員對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并計(jì)算，進(jìn)一步根據(jù)軋制模型，計(jì)算出表1中各項(xiàng)生產(chǎn)使用數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳送給操作員，操作員按照數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整和設(shè)定。在實(shí)際的操作中，由于按訂單生產(chǎn)的特性，更換規(guī)格和軋制工具的頻率較高，每次依靠工藝人員的手工計(jì)算難免出現(xiàn)誤差和不及時(shí)的情況，且操作者在錄入過程中，難免產(chǎn)生人為誤差，造成軋卡、軋廢的情況發(fā)生，消耗了一定的能源和時(shí)間成本。

2　問題的解決

為了解決這一問題，在本工程的MPM軋制自動(dòng)化系統(tǒng)中，將工藝計(jì)算過程通過Excel內(nèi)建公式實(shí)現(xiàn)，將工具尺寸和目標(biāo)荒管的尺寸通過Wincc系統(tǒng)錄入，并設(shè)置相應(yīng)的修改權(quán)限，Excel 和Wincc之間通過VB腳本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。通過在Wincc畫面中設(shè)置微調(diào)功能，允許具有權(quán)限的操作員對(duì)Excel計(jì)算得到的軋制速度和輥縫進(jìn)行小范圍的修正。最后將修正后的結(jié)果傳遞給PLC并執(zhí)行輸出，大大縮短了參數(shù)計(jì)算和調(diào)整時(shí)間。另一方面，Excel軟件的易用性和普及性，給軋鋼工藝技術(shù)人員修改軋制模型參數(shù)帶來了極大的方便。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置如圖1所示。

Excel服務(wù)器采用工控機(jī)，同時(shí)作為Wincc服務(wù)器，以西門子S7-400系列PLC作為控制單元。通過Wincc實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從PLC到Excel的連接互通。操作員站允許有權(quán)限的操作員登陸到參數(shù)設(shè)置的相關(guān)頁面，設(shè)定工具尺寸等參數(shù)，并從Excel服務(wù)器獲取到參數(shù)更新。

系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)獲取流程如圖2所示。

圖1　系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置圖Fig.1 Network configuration diagram of the system

圖2　系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)獲取流程Fig.2　Process of data acquisition system

Wincc和S7-400系列PLC采用以太網(wǎng)通訊，在PLC側(cè)采用以太網(wǎng)通訊模塊，Wincc服務(wù)器和PLC間設(shè)置100 Mbit/s以太網(wǎng)，在PLC端網(wǎng)絡(luò)診斷，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)在Wincc畫面上提供報(bào)警信息。Wincc和Excel之間的通訊通過Wincc單邊編寫VBS腳本，由畫面按鈕觸發(fā)腳本動(dòng)作，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。以下是部分VBS腳本程序摘抄：

Option Explicit

Function action

Dim x2

x2= HMIRuntime.Tags（"Read_Para"）.read

If x2=1 Then

Dim fnamF

Dim

f1，f2，f3，f4，f5，f6，f7，f8，f9，f10，f11，f12，f13，f14，F(xiàn)15，f16，f17，f18，f19，f20，f21，f22，f23，f24，f25，f26

fnamF="e：MPM180.xls"

Dim ObjExcelApp

Set objExcelApp = CreateObject（"Excel.Application"）

objExcelApp.Workbooks.Open fnamF，，，，"12321"

WinCC從Excel讀數(shù)據(jù)的VB腳本如下：

Set f1=HMIRuntime.Tags（"RPM_F1_1"）

f1.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，1）.VAlue

f1.write

Set f2=HMIRuntime.Tags（"RPM_F2_1"）

f2.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，2）.VAlue

f2.write

Set f3=HMIRuntime.Tags（"RPM_F3_1"）

f3.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，3）.VAlue

f3.write

Set f4=HMIRuntime.Tags（"RPM_F4_1"）

f4.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，4）.VAlue

f4.write

Set f5=HMIRuntime.Tags（"RPM_F5_1"）

f5.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，5）.VAlue

f5.write

Set f6=HMIRuntime.Tags（"RPM_T1_1"）

f6.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（11，3）.VAlue

f6.write

Set f7=HMIRuntime.Tags（"RPM_T2_1"）

f7.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（11，4）.VAlue

f7.write

Set f8=HMIRuntime.Tags（"RPM_T3_1"）

f8.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（11，5）.VAlue

f8.write

Set f9=HMIRuntime.Tags（"GAP_F1_1"）

f9.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，1）.VAlue

f9.write

Set f10=HMIRuntime.Tags（"GAP_F2_1"）

f10.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，2）.VAlue

f10.write

Set f11=HMIRuntime.Tags（"GAP_F3_1"）

f11.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，3）.VAlue

f11.write

Set f12=HMIRuntime.Tags（"GAP_F4_1"）

f12.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，4）.VAlue

f12.write

Set f13=HMIRuntime.Tags（"GAP_F5_1"）

f13.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，5）.VAlue

f13.write

Set f14=HMIRuntime.Tags（"KJJ_1"）

f14.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（11，2）.VAlue

f14.write

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（99，1）. VAlue =Now

objExcelApp.ActiveWorkbook.Save

objExcelApp.Workbooks.ClosE

objExcelApp.QuiT

Set ObjEXceLapp = Nothing

End If

End Function

Wincc向Excel寫數(shù)據(jù)的VB腳本如下：

Option Explicit

Function action

Dim x1

x1= HMIRuntime.Tags（"Write_Tool"）.read

If x1=1 Then

Dim fname

Dim f1

fname="e：MPM180.xls"

Dim ObjExcelApp

Set objExcelApp = CreateObject（"Excel.Application"）

objExcelApp.Workbooks.Open fname，，，，"12321"

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，1）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_1"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，2）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_2"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，3）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_3"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，4）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_4"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，5）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_5"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，6）.VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_6"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，7）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_7"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，8）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_8"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，9）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_9"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，10）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_10"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，11）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_11"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，12）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_12"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，13）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_13"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，14）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_14"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，15）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_15"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，16）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_16"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（100，1）. VAlue =Now

Set f1=HMIRuntime.Tags（"nowtime"）

f1.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（100，1）.VAlue

f1.write

objExcelApp.ActiveWorkbook.Save

objExcelApp.Workbooks.ClosE

objExcelApp.QuiT

Set ObjEXceLapp = Nothing

End If

End Function

3　結(jié)論

本方法已應(yīng)用于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，在熱連軋無縫鋼管生產(chǎn)作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了軋制參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算和傳輸，更好地將熱軋無縫鋼管工藝數(shù)學(xué)模型與自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)相結(jié)合，提高了生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度。

參考文獻(xiàn)

［1］努爾艾力.阿不都卡迪爾. WINCC于Excel報(bào)表的連接在燒結(jié)控制系統(tǒng)中如何應(yīng)用［J］.河南科技，2013（16）：20-26.

［2］程曦，王延昌，李志國(guó)，等.基于OPC的WinCC與Excel通信實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)表的設(shè)計(jì)［J］.化工管理，2014（5）：88.

修改稿日期：2015-12-10

Automatic Configuration System of Hot Rolling Seamless Steel Tube Process Parameters Based on Excel and Wincc

ZHAO Chunxiao1，NIU Songsen1，YU Dingyi2，YU Xiaoqin1，LI Yuru1
（1. Tianjin Research Institute of Electric Science，Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China；2. Installation Engineering Co.，Ltd.，of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd.，Tianjin 300457，China）

Abstract：A seamless steel pipe plant MPM mill consists of two roller and five-stand tandem mill，tube rolling with mandrel operation is limit，the speed is controllable，mandrel is limited by actuator to limit move at a constant speed. Rolling process in many of the key parameters need to process calculation，Used Wincc as the configuration software，Excel as the server，process calculation formulas deposited in Excel，through Wincc script built process system and connection of the automatic control system，implemented automatically change of key production parameters with the tool size and product specifications.

Key words：seamless steel pipe；retained mandrel；rolling schedule

中圖分類號(hào)：TP11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：趙春曉（1984-），女，碩士，工程師，Email：zhaochunxiao11@163.com

收稿日期：2015-09-15