不銹鋼熱退火酸洗機(jī)組拋丸機(jī)電氣控制系統(tǒng)

邵 超，林 剛

（寧波寶新不銹鋼有限公司設(shè)備技術(shù)室，浙江寧波 315800）

0 引言

寶新公司熱退火酸洗機(jī)組3AP 引進(jìn)德國(guó)SUNDWIG 公司機(jī)械設(shè)備，電氣設(shè)備使用ABB AC450 自動(dòng)化控制系統(tǒng)。L1-OCS 是實(shí)時(shí)控制級(jí)別，對(duì)于機(jī)組自動(dòng)操作順序，邏輯，調(diào)節(jié)閉環(huán)控制，傳動(dòng)優(yōu)先控制、輔助系統(tǒng)、報(bào)警以及事件處理都包含在本控制級(jí)別內(nèi)。拋丸段機(jī)械設(shè)備由DISA 公司提供，電氣設(shè)備的硬件和軟件控制由ANDRIZ 提供。AA31 PLC 主要用于拋丸段的控制。拋丸機(jī)安裝在破鱗機(jī)的后面，酸洗段的前面，為了清除帶鋼兩個(gè)表面的氧化鐵皮。這個(gè)拋丸設(shè)備包含有4 臺(tái)拋丸機(jī)，每個(gè)拋丸箱包含有上下拋丸輪共計(jì)4 臺(tái)。2 個(gè)轉(zhuǎn)向輥安置在2#和3#拋丸機(jī)之間。

在不銹鋼生產(chǎn)工藝，拋丸機(jī)是熱退火酸洗線(xiàn)中關(guān)鍵的設(shè)備，目前寶新公司3AP 拋丸段有4 臺(tái)拋丸機(jī)，2 套除塵系統(tǒng)。3AP 拋丸機(jī)的控制方式是2 臺(tái)一組的控制方式，只要有1 臺(tái)拋丸機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)有2 臺(tái)同時(shí)停止工作，這樣機(jī)組就要降速50%～70%生產(chǎn)，給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。

1 工作情況

拋丸機(jī)的主要作用就是清除帶鋼上下表面的氧化鐵皮，主要依靠高能量的丸粒打到帶鋼表面，從而使氧化鐵皮除去。還需要解決3 個(gè)問(wèn)題：①丸粒的循環(huán)使用；②氧化鐵粉的回收；③細(xì)小丸粒的回收。

清除帶鋼上下表面的氧化鐵皮和丸粒的循環(huán)使用由拋丸系統(tǒng)來(lái)完成。丸粒經(jīng)過(guò)加料斗，經(jīng)過(guò)閥門(mén)落到帶鋼表面，空壓機(jī)將丸粒吹到下螺旋輸送機(jī)，下螺旋輸送機(jī)將丸粒送至斗提機(jī)下，斗提機(jī)將丸粒提升到上螺旋輸送機(jī)，上螺旋輸送機(jī)將丸粒輸送到丸粒料倉(cāng)。細(xì)小的丸粒由分離器的螺旋輸送機(jī)分離出去，合格的丸粒經(jīng)過(guò)下料閥門(mén)，落到拋丸輪處，拋丸輪將丸粒高速拋出，打到帶鋼表面，然后又落會(huì)下螺旋輸送機(jī)。氧化鐵粉的回收由主要除塵系統(tǒng)來(lái)完成。細(xì)小丸粒的回收由氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)來(lái)完成。

2 HMI

拋丸機(jī)人機(jī)接口畫(huà)面使用的由ABB 公司開(kāi)發(fā)的PPA 軟件進(jìn)行制作，就畫(huà)面而言分為1#，2#拋丸機(jī)、3#，4#拋丸機(jī)、除塵系統(tǒng)、氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)和公共部分等5 部分。與其他HMI 一樣，對(duì)畫(huà)面的操作實(shí)際上是對(duì)L1 的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，這樣經(jīng)過(guò)邏輯的運(yùn)算，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。操作站與L1 通過(guò)MB300 總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，硬件連接部分主要是RTA 板，MB300 通信網(wǎng)線(xiàn)，CS513 通信板。在HMI 上可以看到相關(guān)設(shè)備的報(bào)警信息，主要在工藝段部分和Andritz 部分的報(bào)警信息。

2.1 1#，2#拋丸機(jī)畫(huà)面

1#，2#拋丸機(jī)畫(huà)面有1#，2#拋丸機(jī)所有電機(jī)、電磁閥、丸粒液位的指示。啟動(dòng)1#，2#拋丸機(jī)SB12 Selected 按鈕要選中。此畫(huà)面中可以看到1#，2#拋丸機(jī)的工作時(shí)間和拋丸時(shí)間，時(shí)間的清零可以由設(shè)備維護(hù)人員來(lái)完成。Modle OFF 按鈕是用于選擇整個(gè)的參數(shù)調(diào)節(jié)是由操作人員控制，還是MM 控制，通常來(lái)說(shuō)一般選擇操作人員控制方式，當(dāng)做BA 板時(shí)一般選擇MM 控制，如圖1所示。

圖1 1#，2#拋丸機(jī)畫(huà)面

在設(shè)備沒(méi)有異常情況下，整個(gè)拋丸機(jī)的啟動(dòng)，是在此畫(huà)面中來(lái)完成。SB12 Sslected，SB34 Sslected 按鈕選中后，只要觸發(fā)一下Drive AUTO START 按鈕，除塵系統(tǒng)和拋丸機(jī)就會(huì)按照程序中設(shè)計(jì)的順序控制進(jìn)行啟動(dòng)。Drive RESET 按鈕，Drive ON 按鈕，Drive OFF 按鈕，主要是對(duì)16 臺(tái)拋丸輪的變頻電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)復(fù)位，建傳動(dòng)，卸傳動(dòng)的操作。

2.2 3#，4#拋丸機(jī)畫(huà)面

3#，4#拋丸機(jī)畫(huà)面有3#，4#拋丸機(jī)所有電機(jī)、電磁閥、丸粒液位的指示。啟動(dòng)3#，4#拋丸機(jī)SB34 Sslected 按鈕要選中。在此畫(huà)面中可以看到3#，4#拋丸機(jī)的工作時(shí)間和拋丸時(shí)間，時(shí)間的清零可以由設(shè)備維護(hù)人員來(lái)完成，如圖2 所示。

圖2 3#，4#拋丸機(jī)畫(huà)面

2.3 氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)畫(huà)面

氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)重要用于細(xì)小丸粒的傳輸?shù)匠龎m間。氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)畫(huà)面有氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)所有電磁閥、丸粒液位、壓力的指示以及相關(guān)的循環(huán)時(shí)間，如圖3 所示。

圖3 氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)畫(huà)面

2.4 除塵系統(tǒng)畫(huà)面

除塵系統(tǒng)畫(huà)面有除塵系統(tǒng)有電機(jī)、電磁閥、丸粒液位、相關(guān)溫度、壓差的指示。在設(shè)備沒(méi)有異常的情況下，單獨(dú)起動(dòng)除塵系統(tǒng)只要觸發(fā)Filter1 AUTO ON 和Filter2 AUTO ON 按鈕即可；單獨(dú)停止除塵系統(tǒng)只要觸發(fā)Filter1 AUTO OFF 和Filter2 AUTO OFF 按鈕即可；Filter1 Cleaning in operation 和Cleaning air fan1 fault 反映出1#過(guò)濾系統(tǒng)的工作狀況，F(xiàn)ilter2 Cleaning in operation 和Cleaning air fan2 fault 反映出2#過(guò)濾系統(tǒng)的工作狀況，如圖4 所示。

3 電氣部件

總的裝機(jī)功率2420 kW，主電壓3×380 V/50 Hz，控制電壓220 V/50 Hz，傳感器、閥門(mén)DC 24 V，16 臺(tái)變頻電機(jī)110 kW用于拋丸輪驅(qū)動(dòng)，4 臺(tái)齒輪電機(jī)15 kW、1500 r/min 用于斗式提升器，4 臺(tái)齒輪電機(jī)7.5 kW 1、500 r/min 用于上螺旋傳送器，4臺(tái)齒輪電機(jī)7.5 kW、1500 r/min 用于下螺旋傳送器，4 臺(tái)齒輪電機(jī)0.9 kW、1500 r/min 用于分離器內(nèi)的螺旋傳送器，4 臺(tái)隔音鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)2.2 kW，4 臺(tái)空壓機(jī)電機(jī)90 kW，2 臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)90 kW，2 臺(tái)過(guò)濾器螺旋輸送機(jī)電機(jī)2.2 kW，2 臺(tái)過(guò)濾器旋轉(zhuǎn)氣鎖電機(jī)0.37 kW，2 臺(tái)管道螺旋輸送機(jī)電機(jī)2.2 kW，1 臺(tái)除塵系統(tǒng)斗提機(jī)電機(jī)4 kW，2 臺(tái)排泄料倉(cāng)旋轉(zhuǎn)氣鎖電機(jī)0.37 kW，2 臺(tái)支撐料倉(cāng)電機(jī)0.16 kW，1 臺(tái)清洗過(guò)濾料倉(cāng)電機(jī)0.12 kW，4 臺(tái)翻板閥門(mén)電機(jī)0.6 kW，2 臺(tái)過(guò)濾器風(fēng)機(jī)電機(jī)5.5 kW，2 臺(tái)清潔小車(chē)機(jī)0.18 kW，4 臺(tái)過(guò)濾器蝶閥電機(jī)0.18 kW。

圖4 除塵系統(tǒng)畫(huà)面

4 軟件部分

4.1 軟件概述

拋丸機(jī)的PLC 程序使用的是ABB 公司開(kāi)發(fā)的AC450 控制器軟件進(jìn)行編制，其主要組成有APB，F(xiàn)CB 和ONB 等3 部分；程序組成主要有DB data 和PC 元素。拋丸機(jī)程序在AA31 CPU，主要分布在PC5X 中。

4.2 軟件結(jié)構(gòu)

PC1-Dataset Communication IN

PC2-HPC communication IN

PC10-Plant Level

PC50-Shot Blaster General

PC51-Shot Blaster 1

PC52-Shot Blaster 2

PC53-Shot Blaster 3

PC54-Shot Blaster 4

PC55-Collector Plant Filter 1

PC56-Collector Plant Filter 2

PC57-Dust Collector Plant

PC58-Pneumatic Conveyor 1，2

PC59-Pneumatic Conveyor 3，4

PC91-Dataset Communication OUT

PC92-HPC communication OUT

共15 個(gè)PC。

5 拋丸機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化

存在的問(wèn)題：①除塵系統(tǒng)的控制與拋丸機(jī)不獨(dú)立；②每臺(tái)拋丸機(jī)的控制不獨(dú)立；③拋丸機(jī)拋丸角度自動(dòng)切換程序存在缺陷。

5.1 實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的獨(dú)立

除塵系統(tǒng)主要是收集拋丸機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的粉塵、細(xì)小的丸粒和破鱗機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的粉塵。原控制方式是如果16 臺(tái)拋丸輪電源停掉或者維修門(mén)打開(kāi)都會(huì)使除塵系統(tǒng)停止工作，這樣在檢修過(guò)程中生產(chǎn)方更換破鱗輥和設(shè)備方更換葉片都很不方便。通過(guò)對(duì)控制回路硬件的改造，取消除塵系統(tǒng)和拋丸機(jī)的電氣的聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的獨(dú)立性，2 套除塵系統(tǒng)只要自身的條件滿(mǎn)足就可以正常運(yùn)行不受拋丸系統(tǒng)的干擾。

5.2 實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的獨(dú)立控制

5.2.1 硬件改造

主要是對(duì)2 組拋丸機(jī)的停止回路進(jìn)行改造。

（1）對(duì)于1#拋丸機(jī)參與停止回路的有1#拋丸機(jī)1#拋丸輪組件蓋子限位GS5112，1#拋丸機(jī)2#拋丸輪組件蓋子限位GS5122，1#拋丸機(jī)3#拋丸輪組件蓋子限位GS5132，1#拋丸機(jī)4#拋丸輪組件蓋子限位GS5142，1#拋丸機(jī)1#檢修門(mén)限位GS5115和GS5115.1，1#拋丸機(jī)2#檢修門(mén)限位GS5135 和GS5135.1。

（2）對(duì)于2#拋丸機(jī)參與停止回路的有2#拋丸機(jī)1#拋丸輪組件蓋子限位GS5212，2#拋丸機(jī)2#拋丸輪組件蓋子限位GS5222，2#拋丸機(jī)3#拋丸輪組件蓋子限位GS5232，2#拋丸機(jī)4#拋丸輪組件蓋子限位GS5242，1#拋丸機(jī)1#檢修門(mén)限位GS5215和GS5215.1，1#拋丸機(jī)2#檢修門(mén)限位GS5235 和GS5235.1。

3#，4#拋丸機(jī)同理。

原控制為1#，2#拋丸機(jī)停止回路在一起形成一條回路，3#，4#拋丸機(jī)停止回路在一起形成一條回路。通過(guò)對(duì)圖紙資料消化，硬件改造，將1#～4#拋丸機(jī)的停止回路，各自組成回路，這樣就不會(huì)互相干擾。

5.2.2 軟件優(yōu)化

（1）主要是梳理對(duì)拋丸機(jī)運(yùn)行的相關(guān)聯(lián)鎖條件，由于原來(lái)是分組控制，也就是說(shuō)1#拋丸機(jī)會(huì)對(duì)2#拋丸機(jī)產(chǎn)生影響，同時(shí)2#拋丸機(jī)也會(huì)對(duì)1#拋丸機(jī)產(chǎn)生影響。3#，4#拋丸機(jī)同理。

1#拋丸機(jī)運(yùn)行的自身聯(lián)鎖條件。丸粒循環(huán)系統(tǒng)：1#拋丸機(jī)旋轉(zhuǎn)柱塞風(fēng)機(jī)電機(jī)215M5100 故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)下螺旋輸送機(jī)電機(jī)215M5103 故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)斗提機(jī)電機(jī)215M5104 故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)上螺旋輸送機(jī)電機(jī)215M5105 故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)分離器的螺旋輸送機(jī)電機(jī)215M5106 故障或停止運(yùn)行；拋丸系統(tǒng)：1#拋丸機(jī)1#拋丸輪電機(jī)215M5112 故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)2#拋丸輪電機(jī)215M5122故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)3#拋丸輪電機(jī)215M5132 故障或停止運(yùn)行，1#拋丸機(jī)4#拋丸輪電機(jī)215M5142 故障或停止運(yùn)行。檢測(cè)系統(tǒng)：LS5115，LS5135報(bào)警超過(guò)30min，SB1_Maint－Door1Clsd 打開(kāi)，SB1_MaintDoor2Clsd 打開(kāi)，SB011_CoverClosed打開(kāi)，SB012_CoverClosed 打開(kāi)，SB013_CoverClosed打開(kāi)，SB014_CoverClosed打開(kāi)，M5103_RM_Alm 報(bào)警，M5104_RM_Alm 報(bào)警，M5105_RM_Alm 報(bào)警。2#～4#拋丸機(jī)同理通過(guò)對(duì)程序的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的聯(lián)鎖條件只對(duì)本拋丸機(jī)起作用，不會(huì)影響其他拋丸機(jī)。

（2）拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速和丸粒流量控制實(shí)現(xiàn)獨(dú)立。原拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速和丸粒流量的控制是4 臺(tái)拋丸機(jī)組合控制，如圖5 所示。通過(guò)對(duì)AA31 控制程序增加數(shù)據(jù)庫(kù)AOC，AIC，DOC，編寫(xiě)控制邏輯和對(duì)PPA 操作站畫(huà)面進(jìn)行重新組態(tài)，有2 種單獨(dú)控制模式如圖6 和圖7 所示。圖6 所示控制模式是每臺(tái)拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇是不連續(xù)的和組合控制模式類(lèi)似，但是實(shí)現(xiàn)了每臺(tái)拋丸機(jī)的轉(zhuǎn)速單獨(dú)控制。丸粒流量的設(shè)備實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的單獨(dú)控制。其中SB United Control 按鈕可以實(shí)現(xiàn)組合控制和單獨(dú)控制的切換；圖7所示控制模式是每臺(tái)拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇是連續(xù)，可以任意選擇每臺(tái)拋丸機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)每天拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)性設(shè)定。丸粒流量的設(shè)備實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的單獨(dú)控制。其中SB United Control按鈕可以實(shí)現(xiàn)組合控制和單獨(dú)控制的切換。

圖5 4 臺(tái)拋丸機(jī)組合控制

圖6 單獨(dú)控制模式1

圖7 單獨(dú)控制模式2

5.3 優(yōu)化拋丸機(jī)拋丸角度自動(dòng)切換程序

（1）對(duì)拋丸段帶鋼寬度信息接收進(jìn)行優(yōu)化。原拋丸段帶鋼寬度信息接收通過(guò)一個(gè)寄存器，觸發(fā)信號(hào)和接受的帶鋼寬度信息可能不同步，現(xiàn)在將寬度信息直接送至拋丸機(jī)控制系統(tǒng)，使帶鋼寬度信息具有實(shí)效性和準(zhǔn)確性。

（2）對(duì)寬模式拋丸命令進(jìn)行優(yōu)化。原寬模式拋丸命令寄存器的觸發(fā)信號(hào)時(shí)一個(gè)trigger 信號(hào)，脈沖寬度很窄，存在丟失的可能性?，F(xiàn)優(yōu)化成單穩(wěn)信號(hào)mono，脈沖寬度設(shè)為1s，保證觸發(fā)信號(hào)確實(shí)接受到。

這樣在窄拋丸模式切換寬拋丸模式時(shí)，就不再會(huì)出錯(cuò)，減少出現(xiàn)氧殘的情況。消除了偶爾不能進(jìn)行拋丸角度自動(dòng)切換的問(wèn)題。

5.4 實(shí)施效果

（1）實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的獨(dú)立，在多次檢修和試車(chē)過(guò)程中已經(jīng)證明，除塵系統(tǒng)是獨(dú)立的，不受拋丸機(jī)狀態(tài)的影響。

（2）實(shí)現(xiàn)每臺(tái)拋丸機(jī)的獨(dú)立控制，在試車(chē)過(guò)程中，證明4 臺(tái)拋丸機(jī)可以自由組合，實(shí)現(xiàn)14 種組合工作模式。任意一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，其他還有3 臺(tái)可以工作；任意2 臺(tái)出現(xiàn)故障，還有2 臺(tái)可以工作；任意3 臺(tái)出現(xiàn)故障，還有一臺(tái)工作。這樣可以提高生產(chǎn)效率，減少降速損失，減少氧殘的保留卷。通過(guò)對(duì)拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速和丸粒流量的分開(kāi)控制，對(duì)于改善產(chǎn)品表面粗糙度、優(yōu)化產(chǎn)品的質(zhì)量大有裨益。

（3）拋丸機(jī)拋丸角度偶爾不能自動(dòng)切換，可能每周出現(xiàn)一次，優(yōu)化程序后，就再?zèng)]有出現(xiàn)拋丸角度自動(dòng)切換的問(wèn)題，減少氧殘的保留卷。

以上方案已在3AP 機(jī)組實(shí)施，使用情況良好。

6 結(jié)束語(yǔ)

拋丸機(jī)就相當(dāng)于整條機(jī)組的消化系統(tǒng)，一旦拋丸機(jī)出現(xiàn)了故障，機(jī)組的工藝段的速度就只有5 m/min，這樣會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還需要對(duì)拋丸機(jī)進(jìn)行更加深入的研究，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。