無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)研究

譚德坤，蔣智，鄭春娟

（煙臺魯寶鋼管有限責任公司，山東 煙臺265500）

1 引言

無縫鋼管自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)和研究可以有效減少鋼管生產(chǎn)過程中人力資源的投入，降低無縫鋼管的生產(chǎn)成本，提高無縫鋼管的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)在無縫鋼管生產(chǎn)中的有效應(yīng)用促進了我國無縫鋼管行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，加快了無縫鋼管的生產(chǎn)步伐，提升了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的整體效能，使得我國鋼鐵行業(yè)可以在激烈的市場競爭中存活并穩(wěn)定發(fā)展下來。

2 無縫鋼管的生產(chǎn)流程

無縫鋼管的生產(chǎn)工藝主要包括鋸切鋼坯以及管坯加熱、軋制檢測、定型等相關(guān)過程，生產(chǎn)流程比較復雜，生產(chǎn)設(shè)備十分繁雜，控制比較困難。自動化控制系統(tǒng)在無縫鋼管生產(chǎn)工藝過程中的應(yīng)用可以解決人力所無法控制的問題，提高控制效率和控制質(zhì)量，減少人為事故的發(fā)生。在軋制無縫鋼管的過程中，通常以長圓柱批作為原料，將長圓柱坯放入加熱爐中，加熱完成之后送入穿孔機中進行穿孔，從而可以形成鋼管。需要在穿孔之前在鋼坯的后端中心處先打一個小孔，使得穿管機能夠順利地進入鋼坯，保證穿孔的穩(wěn)定性與安全性?？梢詫o縫鋼管根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同分為熱定心和冷定心兩種類型，熱定心需要在加熱以后以及穿孔之前進行，冷定心則主要在鋸切鋼坯之后以及加熱前的過程中進行。熱定心和冷定心兩種方式都能夠保證穿孔的穩(wěn)定性，使得軋制過程更加順利和均勻。

3 無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 控制系統(tǒng)

無縫鋼管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)過程、計算機控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、內(nèi)部以太網(wǎng)相互組成的功能強大自動化控制系統(tǒng)。基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)包括人機接口界面系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)以及控制器等。工程師站基于相關(guān)軟件平臺進行編程調(diào)試，傳動系統(tǒng)采用交流變頻傳動裝置，冷區(qū)基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)一般包括兩套控制器，分布式系統(tǒng)需要采取對應(yīng)型號的軟件系統(tǒng)。各個單機控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)以及點對點的方式與主線系統(tǒng)進行通訊和交流[1]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)配置

無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)配備三級自動化系統(tǒng)，構(gòu)成集中管理、分布運算、分散控制以及資源共享的分布式的自動化控制系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)主要采用公共直流母線的多傳動系統(tǒng)，最為突出的優(yōu)勢在于應(yīng)用了通用技術(shù)，能夠最大限度地滿足響應(yīng)速度的要求以及控制精度的要求，而且模塊化的設(shè)計理念更加便于運行和維護，避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)停機事故，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)穩(wěn)定性?？刂破髋c傳動系統(tǒng)之間采用光纖進行連接，并使用相關(guān)通信協(xié)議進行信息的交換，控制器之間的通信是一種使用光纖介質(zhì)連接的高性能通信，具有低負荷和快速的特點，能夠滿足快速響應(yīng)以及控制精度的需求。所有控制器、工程師站、服務(wù)器、過程數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)都需要連接到自動化控制系統(tǒng)當中，實現(xiàn)基礎(chǔ)通信功能?；A(chǔ)自動化系統(tǒng)中的服務(wù)器包括用戶管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及功能服務(wù)器三種。其中，用戶管理服務(wù)器主要承擔著管理用戶權(quán)限的功能。功能服務(wù)器一般包括兩臺互為冗余的服務(wù)器，承擔對象和信息分配以及管理的功能，數(shù)據(jù)服務(wù)器主要功能在于實時數(shù)據(jù)的收集與分析，并為服務(wù)器提供自動的數(shù)據(jù)更新。在無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)當中，工業(yè)以太網(wǎng)主要用于過程計算機控制系統(tǒng)、單機控制系統(tǒng)與控制器之間的通信。通過交換機連接定徑機工藝控制系統(tǒng)、穿孔機工藝控制系統(tǒng)、連軋工藝參數(shù)設(shè)定及監(jiān)控系統(tǒng)、單機PLC 控制系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)以及連軋自動輥縫控制系統(tǒng)等。

4 無縫鋼管生產(chǎn)線信息化管理平臺的實現(xiàn)

無縫鋼管生產(chǎn)線信息化管理平臺通常使用計算機語言Java技術(shù)實現(xiàn)，搭建基礎(chǔ)框架之后，合理選擇數(shù)據(jù)持久化工具?；A(chǔ)的實體類需要面向?qū)ο蟮乃枷胫笇нM行構(gòu)建，并將整個業(yè)務(wù)的邏輯按照框架技術(shù)進行劃分，劃分為接口層、控制層以及數(shù)據(jù)實現(xiàn)層三個層次，瀏覽器與控制層之間相互交互并用于數(shù)據(jù)的接收以及分析，數(shù)據(jù)得到簡單處理之后直接發(fā)送至接口層進行業(yè)務(wù)邏輯的實際操作，返回的數(shù)據(jù)傳遞給控制層再發(fā)送給瀏覽器。這樣能夠有效降低程序內(nèi)部的耦合度，提高代碼的應(yīng)用效率和重用性。在這種控制系統(tǒng)具體實現(xiàn)的過程中，設(shè)計開發(fā)人員普遍會遇到用戶權(quán)限控制的問題，大型企業(yè)信息化管理平臺通常需要應(yīng)用相關(guān)技術(shù)作為身份驗證以及情緒控制的基礎(chǔ)。在內(nèi)部用戶進行系統(tǒng)登錄時，會將相關(guān)用戶信息直接存放到服務(wù)器端，此信息在整個用戶會話過程中一直生效，這樣在系統(tǒng)的前端頁面便可以將當前數(shù)據(jù)的屬性與特定屬性進行比較，進行權(quán)限的對比，從而可以向用戶有選擇性地開放相關(guān)功能，實現(xiàn)平臺控制的目的和效果[2]。

5 上位機軟件的功能

整個無縫鋼管生產(chǎn)線自動化設(shè)備由一條現(xiàn)場總線相連，所有連接該總線的設(shè)備都需要具有與總線相兼容的通信接口，這樣便能夠?qū)⑾嚓P(guān)通信接口分散到整個生產(chǎn)車間，從而可以達到對現(xiàn)場設(shè)備的精準控制和實時控制。借助工控機的過程監(jiān)視軟件可以實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的組態(tài)監(jiān)控以及整個系統(tǒng)的監(jiān)視。首先，上位機軟件主要實現(xiàn)對生產(chǎn)線的監(jiān)控功能，在組態(tài)成功之后，工控機能夠獲得無縫鋼管生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)試運行的各項運行參數(shù)，并借助這些參數(shù)和從系統(tǒng)中獲得的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的模擬界面。通過對可視化的模擬界面進行分析和研究，可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中可能存在的問題，便于管理人員監(jiān)控和調(diào)整。由于無縫鋼管生產(chǎn)線所需要的監(jiān)控設(shè)備比較多，為了能夠更好地體現(xiàn)各個生產(chǎn)區(qū)域的生產(chǎn)細節(jié)，需要多個實施界面同時運行。例如，為了監(jiān)視穿孔輥的位置以及相關(guān)的設(shè)置參數(shù)，可以制作一個專門的操作界面，用戶可以借助這個專門的界面觀察到無縫鋼管生產(chǎn)線穿孔的全過程，并及時發(fā)現(xiàn)穿孔過程可能存在的問題。一旦出現(xiàn)生產(chǎn)事故，用戶也可以借助界面上出現(xiàn)的提示完成急停操作，避免造成重大損失，保證無縫鋼管生產(chǎn)行業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。其次，一般情況下，無縫鋼管生產(chǎn)線都能夠正常平穩(wěn)運行，上位機軟件對于偶爾出現(xiàn)的故障具有記錄功能和報警顯示的功能，這樣有利于工作人員及時發(fā)現(xiàn)問題，有針對性地進行解決。所有的上位機的報警都會被記錄下來，用戶可以及時查詢相關(guān)的報警信息，并發(fā)現(xiàn)某個階段某個設(shè)備存在的故障信息。在生產(chǎn)過程中，上位機可以把各設(shè)備發(fā)送來的歷史數(shù)據(jù)以及操作員對系統(tǒng)操作的歷史數(shù)據(jù)存儲到本地硬盤當中，并根據(jù)子用戶的要求自動生成生產(chǎn)報表，體現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)，便于后續(xù)生產(chǎn)流程的調(diào)整以及問題的查找，保證生產(chǎn)的可靠性。例如，軋輥的準確位置對于生產(chǎn)出合格的無縫鋼管非常重要，借助歷史數(shù)據(jù)，操作員可以調(diào)整軋輥位置控制算法，找出最優(yōu)位置，確保生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)的無縫鋼管。

6 結(jié)語

綜上所述，無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用能夠極大地提升無縫鋼管行業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效率，減少人力資源的使用，實現(xiàn)精準控制和全程控制的功能。無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用需要結(jié)合鋼鐵行業(yè)的實際情況，在原有自動化系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)之上，引入全覆蓋的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)流程的精準控制，保證生產(chǎn)的可靠性和安全性，減少安全事故的發(fā)生，促進鋼鐵行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。