熱軋加熱爐控制系統(tǒng)優(yōu)化

張明正

（天鐵熱軋板有限公司，河北涉縣056404）

0 引言

天鐵1750熱軋帶鋼廠有兩座空氣、煤氣雙蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐，其中2#加熱爐于2006年投產(chǎn)，該爐的服務(wù)器不僅要負(fù)責(zé)2#加熱爐的溫度控制和爐內(nèi)跟蹤等工作，還負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)1#爐和2#爐的裝鋼、出鋼及外部通訊，即爐群管理，稱為協(xié)調(diào)機(jī)。自投產(chǎn)以來，2#加熱爐在運(yùn)行中出現(xiàn)一些問題。為了更好地適應(yīng)生產(chǎn)的需要，決定對(duì)該爐進(jìn)行整體改造，其中對(duì)協(xié)調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)、內(nèi)外部通訊、操作畫面等進(jìn)行優(yōu)化改造，調(diào)試運(yùn)行后，該系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，從而降低了故障發(fā)生率，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)配置

加熱爐過程控制系統(tǒng)（加熱爐L2級(jí)）采用HP ProLant DL585服務(wù)器及赫斯曼MS20-1600TAHP交換機(jī)。

采用Oracle 9i數(shù)據(jù)庫對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯和數(shù)據(jù)庫管理，采用Visual Stutio.NET 2005編程，主要使用VB.NET對(duì)協(xié)調(diào)機(jī)主程序和人機(jī)交互界面（HMI）進(jìn)行編程，與自動(dòng)控制系統(tǒng)（L1級(jí)）的通訊采用西門子的Simatic Net PC-Software CD 2005，通過其中的OPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC中數(shù)據(jù)塊的讀和寫。

2 協(xié)調(diào)機(jī)存在主要問題和改造措施

2#加熱爐在運(yùn)行幾年中出現(xiàn)了一些問題，雖然對(duì)程序經(jīng)過多次優(yōu)化，但有些問題仍然存在。在此次改造中，重新對(duì)2#加熱爐的過程控制系統(tǒng)（L2級(jí)）進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

2.1 硬件設(shè)備改造

在多座加熱爐共用的情況下，綜合生產(chǎn)計(jì)劃和加熱爐實(shí)際工作狀況，由加熱爐二級(jí)控制系統(tǒng)（簡稱協(xié)調(diào)機(jī)）自動(dòng)決定板坯裝爐的爐號(hào)、爐列，以滿足工藝和產(chǎn)量上對(duì)板坯加熱生產(chǎn)的要求。

協(xié)調(diào)機(jī)服務(wù)器是加熱爐二級(jí)與外部通訊核心，包括與一級(jí)爐內(nèi)跟蹤通訊、軋線二級(jí)裝出鋼通訊、生產(chǎn)計(jì)劃管理接收等主要功能。一旦其出現(xiàn)故障，將直接導(dǎo)致停產(chǎn)，因此該服務(wù)器使用了穩(wěn)定可靠的容錯(cuò)服務(wù)器。但運(yùn)行幾年后，發(fā)現(xiàn)該服務(wù)器其中一片機(jī)架出現(xiàn)故障，已處于單片機(jī)架運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)已沒有備件更換，且該服務(wù)器備件價(jià)格昂貴，可使用現(xiàn)有的HP ProLant DL585服務(wù)器進(jìn)行替代，既提高了服務(wù)器的運(yùn)行穩(wěn)定性，又節(jié)約了備件成本費(fèi)用。

2.2 協(xié)調(diào)機(jī)程序更換

協(xié)調(diào)機(jī)主程序在運(yùn)行一段時(shí)間之后，內(nèi)存占用率比較高，需要利用軋線更換軋輥時(shí)間或向軋線調(diào)度室申請(qǐng)時(shí)間，對(duì)協(xié)調(diào)機(jī)主程序進(jìn)行重新啟動(dòng)，否則會(huì)引起現(xiàn)場操作畫面卡頓、無法正確接收和發(fā)送通訊電文，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。

更換協(xié)調(diào)機(jī)主程序，將主程序劃分為軋制計(jì)劃處理、二級(jí)數(shù)學(xué)模型、二級(jí)通訊、一級(jí)信號(hào)4個(gè)子程序，出現(xiàn)問題可單獨(dú)重新啟動(dòng)。對(duì)2#加熱爐的數(shù)據(jù)庫重新創(chuàng)建數(shù)據(jù)表。調(diào)試運(yùn)行時(shí)服務(wù)器內(nèi)存的占用率明顯降低，數(shù)據(jù)庫中表和數(shù)據(jù)的訪問速度有所提高，程序卡頓的現(xiàn)象得到明顯改善。

改造期間將協(xié)調(diào)機(jī)與L3板坯庫管理系統(tǒng)（簡稱SYC）、L3軋制計(jì)劃管理系統(tǒng)（簡稱PCC）、軋線過程控制系統(tǒng)（簡稱軋線L2級(jí)）、粗軋自動(dòng)控制系統(tǒng)（粗軋L1級(jí)）、與1#加熱爐的L2和L1之間通訊程序重新進(jìn)行編程和在線調(diào)試，確保數(shù)據(jù)傳遞正常，服務(wù)器運(yùn)行穩(wěn)定。各級(jí)控制系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三級(jí)控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.3 軋制計(jì)劃處理

L3生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)（簡稱PCC）會(huì)同時(shí)給軋線L2級(jí)和加熱爐協(xié)調(diào)機(jī)發(fā)軋制計(jì)劃電文（電文號(hào)為G01R）和軋制計(jì)劃明細(xì)電文（電文號(hào)為G02R），有時(shí)出現(xiàn)加熱爐協(xié)調(diào)機(jī)接收不完整的情況。例如：下發(fā)一個(gè)軋制計(jì)劃，其含有20塊板坯的數(shù)據(jù)，但實(shí)際接收17塊板坯的數(shù)據(jù)，即使重新向PCC申請(qǐng)，也時(shí)常無法申請(qǐng)到，嚴(yán)重影響裝鋼節(jié)奏。

通過分析，發(fā)現(xiàn)軋線接收軋制計(jì)劃非常完整且及時(shí)，經(jīng)過多次編程調(diào)試，加熱爐的軋制計(jì)劃傳輸由原來的電文傳輸改為數(shù)據(jù)庫傳輸。將2#加熱爐的數(shù)據(jù)庫和軋線數(shù)據(jù)庫之間建立數(shù)據(jù)連接，當(dāng)有新的軋制計(jì)劃發(fā)下時(shí)，2#加熱爐數(shù)據(jù)庫只接收PCC下發(fā)的新計(jì)劃通知G01R，之后2#加熱爐數(shù)據(jù)庫去軋線數(shù)據(jù)庫讀取新軋制計(jì)劃的詳細(xì)數(shù)據(jù)。經(jīng)過多次測試，二號(hào)加熱爐接收軋制計(jì)劃準(zhǔn)確無誤。在生產(chǎn)節(jié)奏較快時(shí)，完整的、及時(shí)的接收軋制計(jì)劃非常重要，可以保證正常的裝鋼、出鋼節(jié)奏。

2.4 物料跟蹤

在近幾年的生產(chǎn)過程中，爐內(nèi)的板坯位置跟蹤，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)跟蹤板坯的數(shù)量和實(shí)際不一致，手動(dòng)修正無效，影響爐內(nèi)板坯的溫度模型計(jì)算、在爐時(shí)間的統(tǒng)計(jì)等。

精確的物料跟蹤對(duì)加熱爐二級(jí)控制系統(tǒng)的溫度模型計(jì)算非常重要。改造后，加熱爐二級(jí)從一級(jí)PLC獲取裝料和出料動(dòng)作時(shí)刻的信號(hào)，結(jié)合由軋線L2或PCC得到的鋼坯信息（包括規(guī)格、鋼號(hào)、爐號(hào)、成分、入爐溫度和軋制品種等），可自行實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)的物料跟蹤，并在全爐鋼溫計(jì)算的基礎(chǔ)上建立爐內(nèi)鋼坯和出爐鋼坯更完整的檔案系統(tǒng)。例如，出爐鋼坯包括加熱歷史和溫度信息，爐內(nèi)鋼坯包括了位置、溫度和預(yù)計(jì)在爐時(shí)間等動(dòng)態(tài)信息。

爐內(nèi)物料跟蹤的主要依據(jù)是步進(jìn)操作信號(hào)和步距等，由于步進(jìn)機(jī)構(gòu)的誤差，在工藝上所采取的γ射線或激光等定位措施，就是針對(duì)此誤差的修正。爐內(nèi)鋼坯位置跟蹤的修正，是指接收這類信息所進(jìn)行的相應(yīng)修正，目的是提高爐內(nèi)鋼坯跟蹤的精度。

精確的物料跟蹤對(duì)裝鋼、出鋼電文正確發(fā)送非常重要，沒有正確的跟蹤，軋線二級(jí)就無法正常進(jìn)行裝鋼計(jì)算、出鋼計(jì)算，對(duì)軋線模型計(jì)算產(chǎn)生一定的影響；軋線一級(jí)也無法正常進(jìn)鋼；三級(jí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)也無法正常對(duì)板坯進(jìn)行吊銷操作和重新安排生產(chǎn)計(jì)劃等操作。

2.5 操作畫面

裝鋼操作畫面中“已入爐”區(qū)域的板坯記錄，需要依靠操作人員手動(dòng)刪除的方法維護(hù)，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)非生產(chǎn)數(shù)據(jù)的字符，使工作效率偏低；出鋼畫面存在已出爐板坯的數(shù)據(jù)無法修正清除等問題。

此次改造重新對(duì)裝鋼、出鋼人機(jī)交互界面（HMI）進(jìn)行編程和調(diào)試，對(duì)2#加熱爐數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表重新創(chuàng)建和規(guī)劃。新的操作界面操作效率更高，不再存在上述問題，并增加了相應(yīng)的操作日志，出現(xiàn)操作故障、系統(tǒng)故障時(shí)有利于維護(hù)人員查找問題原因，及時(shí)解決處理。新建數(shù)據(jù)表規(guī)劃合理，有利于今后的維護(hù)和管理。2#加熱爐數(shù)據(jù)表見圖2。

圖2 2#加熱爐數(shù)據(jù)表

3 熱爐控制系統(tǒng)其他改造和優(yōu)化

加熱爐儀表控制自動(dòng)化系統(tǒng)在改造前基本沒有運(yùn)行，改造后加熱爐儀控自動(dòng)化系統(tǒng)將調(diào)試運(yùn)行，而且根據(jù)生產(chǎn)需要增加了一些儀表，這些儀表數(shù)據(jù)也將通過相應(yīng)的配置和編程傳送給加熱爐二級(jí)，參與加熱爐模型計(jì)算。例如：在加熱爐裝爐輥道處增加一個(gè)LAND高溫計(jì)，分別在出鋼畫面和加熱操作畫面顯示入爐板坯溫度，能夠統(tǒng)計(jì)當(dāng)天和當(dāng)月的熱裝比。

此外，還增加了一些硬件和軟件配置。例如：改變出料激光檢測器的測量方式；增加計(jì)算機(jī)位置，與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)互為備用；增加軋線反饋拋鋼溫度曲線畫面；增加1#爐、2#爐相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表，能夠查詢班產(chǎn)量、日產(chǎn)量等，統(tǒng)計(jì)出各班的煤氣用量和當(dāng)天的煤氣總量等，為今后加熱爐數(shù)據(jù)分析提供直觀和有效的圖表。

4 結(jié)語

經(jīng)過幾個(gè)月的現(xiàn)場編程和調(diào)試，2#加熱爐過程控制系統(tǒng)已投入生產(chǎn)。此次改造中，對(duì)爐體及附屬工藝設(shè)備、加熱爐砌筑、水冷系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)等也進(jìn)行了改造。加熱爐二級(jí)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與現(xiàn)場設(shè)備緊密相關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)過持續(xù)檢驗(yàn)和優(yōu)化二級(jí)控制系統(tǒng)，使其更加穩(wěn)定，熱軋生產(chǎn)更加順利，實(shí)現(xiàn)了此次改造目標(biāo)。