棒材線后部收集自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

楊文佳

（山鋼股份萊蕪分公司 棒材廠，山東 萊蕪271126）

棒材線后部收集自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

楊文佳

（山鋼股份萊蕪分公司 棒材廠，山東 萊蕪271126）

通過(guò)改變?cè)刂葡到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通訊控制能力，采用Step7進(jìn)行控制程序和Wincc人機(jī)界面開(kāi)發(fā)，對(duì)活動(dòng)筐的升降以及平移進(jìn)行控制優(yōu)化等，對(duì)棒材生產(chǎn)線收集區(qū)域工藝、設(shè)備進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了新舊控制系統(tǒng)無(wú)擾切換，控制精度高，使用效果良好，有效地解決了設(shè)備的維護(hù)和備件采購(gòu)問(wèn)題，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和高效性。

棒材生產(chǎn)線；收集；自動(dòng)控制系統(tǒng)

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司棒材廠棒材生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)于1995年由ABB公司安裝，其中RMC7#站控制系統(tǒng)為MP200控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)自CCL線擺剪以后的后部收集系統(tǒng)的控制。由于生產(chǎn)線工藝已經(jīng)進(jìn)行了較大幅度的改造，原有的矯直機(jī)、成疊裝置、固定筐、活動(dòng)式打捆機(jī)等設(shè)備均已拆除，但原設(shè)備的控制程序依舊運(yùn)行，運(yùn)行負(fù)荷大，故障率高，易造成死機(jī)，容易造成卡鋼、別鋼等，捆材計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，成材率下降，打捆位置控制不準(zhǔn)，造成打捆質(zhì)量下降；無(wú)備件進(jìn)行更換，部分模塊一旦損壞即可造成長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)。為確保生產(chǎn)線軋線穩(wěn)定高效的運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)線收集區(qū)域工藝、設(shè)備進(jìn)行整合，完成對(duì)自動(dòng)化控制硬件、軟件、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備的改造。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，生產(chǎn)線輥道由ACV700交流傳動(dòng)裝置升級(jí)為ACS800系列變頻器，改變?cè)刂葡到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通訊控制能力，采用Step7編程開(kāi)發(fā)工具，更換WINCC人機(jī)界面，監(jiān)控站與控制站之間采用TCP/IP以太網(wǎng)連接，與遠(yuǎn)程I/O之間采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制，對(duì)控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，去除冗雜，全面升級(jí)控制系統(tǒng)中的程序內(nèi)容及控制功能[1]。

活動(dòng)筐的升降以及平移動(dòng)作，均為帶載啟動(dòng)及停止，因此在較大的負(fù)載勢(shì)能作用下，在電機(jī)剛啟動(dòng)的瞬間，容易產(chǎn)生電機(jī)無(wú)法拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。由于負(fù)載作用力矩大于電機(jī)的啟動(dòng)力矩易造成勢(shì)能釋放，使傳動(dòng)鏈條承受較大沖擊造成斷裂。因此，對(duì)成品收集區(qū)的各個(gè)設(shè)備控制部分分別采取了不同的優(yōu)化措施，實(shí)施活動(dòng)筐的位置控制、積累位置誤差控制、活動(dòng)筐的抱閘控制，可有效減少鏈條、減速機(jī)等機(jī)械沖擊，避免卡剛、撞擊、拉斷打捆機(jī)臂等嚴(yán)重機(jī)械故障，保證電機(jī)的正常運(yùn)行。

新系統(tǒng)設(shè)計(jì)為西門(mén)子S7-400加遠(yuǎn)程I/O的系統(tǒng)架構(gòu)，并根據(jù)收集區(qū)域整合后的新工藝及設(shè)備改造情況，對(duì)控制系統(tǒng)功能進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以提高系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平及系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線后部收集系統(tǒng)的全自動(dòng)化控制，達(dá)到提高生產(chǎn)效率，并減少操作人員和維護(hù)人員的工作量的目的。

3 后部收集系統(tǒng)自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件配置

RMC 7#站自動(dòng)化控制系統(tǒng)共配置1套ABB MP200系列 DCS，3套 MP90系列 DCS和 1套MV320系列終端，傳動(dòng)采用ABB AC80系列，MP200和MP90之間采用Master Field bus總線通訊，MP200與AC80采用AF100總線通訊?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件采用編碼器和接近開(kāi)關(guān)配合使用。

改造后，使用西門(mén)子S7-400加遠(yuǎn)程I/O的系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)完成成品收集功能，并新加1臺(tái)成品收集操作站，操作人員通過(guò)操作站來(lái)完成相應(yīng)的成品收集操作。根據(jù)收集區(qū)域整合后的新工藝及設(shè)備改造情況，重新完成配置控制系統(tǒng)硬件配置，如圖1所示。

圖1 新控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.2 系統(tǒng)軟件

生產(chǎn)線成品收集區(qū)域收集控制系統(tǒng)現(xiàn)采用ABB AMPL語(yǔ)言，AMPL語(yǔ)言是DOC系統(tǒng)下的一種編程語(yǔ)言。改造后成品收集區(qū)使用Wincc6.0和西門(mén)子Step7軟件，進(jìn)行畫(huà)面編輯和程序的編寫(xiě)，操作畫(huà)面數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，程序結(jié)構(gòu)清晰有序，支持中文，為操作人員和維護(hù)人員提供了方便。

3.3 系統(tǒng)控制功能

3.3.1 活動(dòng)筐的位置控制

整個(gè)控制系統(tǒng)包括位置控制和電流控制2個(gè)PID控制環(huán)節(jié)，其中位置控制為外環(huán)，電流控制為內(nèi)環(huán)。配有用于速度和位置控制的編碼器、終端限位開(kāi)關(guān)等傳感單元。位置給定控制采用柔性控制，為原弧R角給定，可有效減少鏈條、減速機(jī)等機(jī)械沖擊?；顒?dòng)筐將固定筐中的成捆鋼材移送至打捆區(qū)，活動(dòng)筐分兩組：A段和B段。在A段和B段聯(lián)動(dòng)操作時(shí)，要求電氣同步，以便在移動(dòng)過(guò)程中（包括加速和減速），將低速軸上的最大誤差限制在±1.5°內(nèi)，相應(yīng)的高速軸上的誤差限制在±150°內(nèi)；在停止位置低速軸上最大誤差在±0.75°內(nèi)，相應(yīng)高速軸上誤差在±75°內(nèi)。

當(dāng)檢測(cè)到成捆信號(hào)（光電管）且成組信號(hào)滿足要求時(shí)，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，活動(dòng)筐上升至高位后，活動(dòng)筐水平移動(dòng)，若輥道上無(wú)鋼（采用光電管進(jìn)行檢測(cè)），則運(yùn)行至打捆位置；若有鋼，則在中間等待位等待。當(dāng)捆材到達(dá)打捆位置時(shí)，且打捆機(jī)就位，打捆周期信號(hào)傳送至打捆機(jī)，開(kāi)始打捆。在打捆周期后，活動(dòng)筐下降，成捆材被放在移送輥道上，筐以高速返回，并和固定筐對(duì)齊[2]?；顒?dòng)筐上升至接鋼位，等待下一捆鋼。

3.3.2 活動(dòng)筐的抱閘控制

活動(dòng)筐的升降以及平移動(dòng)作均為帶載啟動(dòng)及停止，因此在較大的負(fù)載勢(shì)能作用下，在電機(jī)剛啟動(dòng)的瞬間，易產(chǎn)生電機(jī)無(wú)法拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。由于負(fù)載作用力矩大于電機(jī)的啟動(dòng)力矩，容易造成勢(shì)能釋放，使傳動(dòng)鏈條承受較大沖擊而造成斷裂。

當(dāng)升降電機(jī)得電上升運(yùn)行時(shí)，抱閘先不打開(kāi)，等起動(dòng)力矩增大超過(guò)一定閾值后，抱閘打開(kāi)，電機(jī)動(dòng)作；電機(jī)停止時(shí)，在速度降低到一定范圍內(nèi)，抱閘閉合。由于負(fù)載作用力矩大于電機(jī)的啟動(dòng)力矩容易造成勢(shì)能釋放，使傳動(dòng)鏈條承受較大沖擊造成斷裂。因此，設(shè)置抱閘來(lái)保證電機(jī)的正常運(yùn)行。

3.3.3 積累位置誤差控制

在行程兩端設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，并設(shè)置零位開(kāi)關(guān)，定時(shí)自動(dòng)對(duì)位置進(jìn)行清零操作，有效避免了由于長(zhǎng)時(shí)間使用造成位置的累計(jì)誤差，積累誤差過(guò)大時(shí)，易導(dǎo)致卡剛、撞擊、拉斷打捆機(jī)臂等嚴(yán)重機(jī)械故障。

3.3.4 支數(shù)復(fù)檢系統(tǒng)應(yīng)用

采用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)捆材支數(shù)進(jìn)行復(fù)檢。系統(tǒng)主要由高照度可調(diào)整光源、機(jī)器視覺(jué)模塊、圖像采集卡、視覺(jué)處理模塊、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及圖像處理算法控制軟件模塊組成。

視頻圖像處理與目標(biāo)跟蹤是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息，包括運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、背景分離、目標(biāo)位置測(cè)定、目標(biāo)跟蹤與容錯(cuò)計(jì)數(shù)等功能。通過(guò)采集處理棒材的端面圖像，截獲有效部分，并采用目標(biāo)定位、輪廓提取、模式識(shí)別等算法，得到各棒材端部中心位置，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。所有算法都在Microsoft Visual C++環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際計(jì)數(shù)與設(shè)置值超出偏差后，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提醒崗位人員。

4 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)線后部收集區(qū)設(shè)備控制系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)了新舊控制系統(tǒng)無(wú)擾切換，控制精度高，最大限度地降低設(shè)備動(dòng)作難度和設(shè)備負(fù)載，有效地解決了設(shè)備的維護(hù)和備件采購(gòu)問(wèn)題，全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，有效提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和高效性，降低了維護(hù)人員和操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。軋線產(chǎn)能得以釋放，產(chǎn)能由原先的135 t/h增加到150 t/h，去除投資成本，直接經(jīng)濟(jì)效益277.69萬(wàn)元。

[1] 楊俊生，喬曉平.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的抗干擾設(shè)計(jì)[C]//工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002：446-450.

[2] Robert Smolenski.智能電網(wǎng)中的傳導(dǎo)電磁干擾[M].崔強(qiáng)，呂英華，葉暢，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

Development and Application of Automatic Control System in Collection of Bar Line

YANG Wenjia
（The Bar Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271126,China）

By changing the network structure of the original control system,enhancing the network communication control ability,using step 7 control program and WINCCman-machine interface development,themovement of themovement control optimization and other aspects,the bar production line collection area process and equipment were integrated.The switching of new and old control ideas without disturbance was achieved,it has higher control accuracy and better use effect.The equipmentmaintenance and spare parts purchase problems were effectively solved.The stability and efficiency of the equipment were improved.

bar production line;collection;automatic control system

TP273

B

1004-4620（2017）04-0058-02

2017-03-13

楊文佳，女，1984年生，2006年畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司棒材廠工程師，從事能源管理、技術(shù)管理工作。