寬厚板雙邊剪控制系統優化

呂　霞（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

?

寬厚板雙邊剪控制系統優化

呂霞
（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

摘要：分析了寬厚板雙邊剪控制系統存在的剪切順控不合理、跟蹤不準、網絡故障排除困難、信號不穩等問題，采用優化剪切順控、跟蹤控制，應用基于總線的Profibus-DP技術，檢測元件冗余配置等優化措施，使系統功能更加完善，設備運行更加穩定，提高了雙邊剪自動化控制水平和剪切速率，產品成材率提高5%，模板損壞率降至0，每年可節約電耗108 000 kW·h。關鍵詞：雙邊剪；控制系統；優化改進；跟蹤控制

1　前　言

萊鋼4 300 mm寬厚板生產線雙邊剪主要負責通過剪切鋼板的兩側邊部，使鋼板達到成品寬度的要求［1］。隨著國內寬厚板市場的變化，對生產線設備維護、控制優化的要求逐漸提高。由于設計原因，原有自動化控制系統已經遠遠不能滿足生產的需要，為此，對該雙邊剪控制系統進行優化完善。

2　存在問題

2.1剪切順序控制不合理

雙邊剪自動化控制是通過順序控制系統實現的，雙邊剪順控系統包括刃距調整順控系統、剪前準備順控系統、剪切控制順控系統等［2］。雙邊剪剪切前進行手動激光劃線，鋼板磁力對中，保證切邊尺寸；剪刃刃距調整，保證切邊質量；當主電機開始動作，剪刃進入循環剪切的狀態，各設備根據板坯頭部位置進行動作，直至鋼板剪切完畢。但是有些設備需手動操作或動作時序不合理，導致生產效率降低。

2.2跟蹤不準

生產過程中，鋼板跟蹤不準造成畫面和現場不符，鋼坯實際位置和畫面顯示的鋼板的位置相差很大距離，不僅鋼板無法自動剪切，而且嚴重影響了生產節奏。

2.3網絡故障排除困難

雙邊剪Profibus-DP網絡中，PLC作為主站，眾多的ET200S和現場檢測元件（磁尺和編碼器）作為從站，從站是串聯方式，這樣一個從站出現問題，如元器件損壞或者電源故障，該從站之后的其他從站也會受到影響，整條網絡都有可能癱瘓，而且很難判斷是哪一個從站出了問題，對生產影響很大，帶來不必要的停機［3］。

2.4信號不穩

系統中的模擬量信號誤差非常大，而且經常出現跳變的情況，從而使操作人員不能及時判斷現場的真實情況，存在非常大的隱患。

2.5檢測元件易損壞

雙邊剪部分檢測元器件易損壞，導致故障率高，影響生產節奏。如剪前磁力對中裝置，擋塊在磁塊本體上焊接，由于磁塊本體容易發生晃動，導致提升下降限位接近開關經常被擋塊撞壞；寬度調整裝置磁尺由于極限位損壞導致磁尺損壞，并且不易更換，故障時間長。

3　控制系統優化

3.1優化剪切順序控制

通過仔細研究雙邊剪各個工藝環節直接的前后關系，深入分析自動化控制系統內部的工藝關聯，以動態規劃法的問題分解、減少重復等為指導，對程序進行合理優化，避免過多的工藝等待時間。

1）激光劃線實現自動調整。激光劃線調整為操作工手動按鈕進行寬度調整，現將其加入到剪切準備順控中，進行自動寬度調整，免去操作人員再次操作調整按鈕。2）剪切順控優化。當鋼板尾部離開后部輥道后，立即將輥道控制權交與后一支鋼板，實現正在剪切的鋼板尾部離開接近輥道后，待切鋼板可前進至磁力對中位置進行預對中的功能。

3.2跟蹤控制優化

3.2.1精細調整金屬檢測器的檢測精度和范圍

通過硬件和軟件相結合的方式來對跟蹤進行修正。在軟件方面，根據實際情況，將光電管的修正范圍確定一個合適的數值，并且實際測量光電管距離開始基準點的準確位置，將這些實測數值應用在程序中。硬件方面，在環境惡劣區域通過增加光電管，重新選型等方式來增強信號的可靠度。

3.2.2跟蹤信息凍結功能

跟蹤信息出現錯誤以后，很難重新將實際的鋼板和當前的跟蹤信號匹配起來。為此，開發跟蹤信息凍結功能，當跟蹤信息出錯后，點擊操作臺上的跟蹤信息凍結按鈕，進入跟蹤信息凍結功能，控制操作手柄，現場進行實際鋼板操作，但畫面上的跟蹤信息位置不變，使鋼板實際位置與跟蹤信息位置保持一致，方便操作人員重新對正鋼板。鋼板對正后，再次按下接觸跟蹤信息凍結功能按鈕并恢復自動，就可以正常剪切。

3.3網絡控制系統優化

將網絡改成總線模式，即每一個從站相對是獨立的，一旦其中一個從站出現故障，其他從站將不會受到任何影響；充分利用Repeater的拓展功能，將各遠程站由串聯型結構改為總線型結構［1］，一個從站停電或者故障，其他從站不受影響；并利用DP三通接頭對檢測元件的串聯型結構改為總線型結構，一個檢測元件出現問題不會影響其他檢測元件的通訊，降低了停機率，提高了系統的穩定。

網絡控制系統優化后，每一個從站的網絡信號都很穩定，基本實現通訊線路無故障，提高了實際產能效率，通訊效果最優化，提高了設備故障查找速度和設備事故解除率。

3.4信號優化

系統中的模擬量信號誤差非常大，而且經常出現跳變的情況，操作人員不能及時判斷現場的真實情況，存在非常大的隱患。為此，采用一入兩出的隔離柵對信號進行濾波，提高信號穩定性。

雙邊剪現場數字量輸出信號模板由于設備頻繁動作而損壞，導致設備停機。對數字量輸出信號進行隔離改造，取消模板信號直接驅動現場閥組的情況，有效避免模板的頻繁損壞。方案實施后，模板損壞率為0。

3.5關鍵檢測元件冗余配置

雙邊剪磁力對中裝置是用來調整鋼板，使其與激光劃線裝置的激光線平行［4］。其上升、下降這兩個位置分別由兩個接近開關檢測，由于磁力對中磁塊安裝不穩定，移動期間經常撞壞接近開關，導致頻繁出現磁力對中位置的限位信號丟失而造成停切的現象，嚴重影響了生產節奏。對磁力對中的檢測方式進行改造，每個磁力對中各增加1個光電管對其位置進行檢測，接近開關檢測的信號與光電管檢測的信號相結合，使信號更加精確、穩定。改造完成后，磁力對中位置的檢測精確而且穩定，沒有出現因磁力對中位置信號不穩定而造成雙邊剪停切的現象，從而降低了雙邊剪的故障率。

雙邊剪寬度調整裝置是由雙邊剪入口和出口兩個電機帶動移動側剪體滑動來調整移動側剪體與固定側剪體之間的距離的，其設定值是鋼板寬度，實際值是由磁尺進行檢測，損壞不易更換。通過增加激光測距儀來替代磁尺，同時在控制系統中增加磁尺和激光測距儀的軟限位，防止硬件限位出現故障時設備動作超限造成磁尺損壞，在硬件上實現了雙設備冗余，以防止測量信號出錯而引發的自動控制系統錯誤動作，提高自動控制系統工作的可靠性，從而提高剪切系統的安全穩定性。磁尺和激光測距儀的選擇是從人機界面上進行的。

3.6開發液壓站“一鍵式”節能控制系統

寬厚板生產中，“待溫、待料、待電”期間，往往因工藝需要不能停主泵。經過觀察，僅使用1臺主泵即可滿足現場使用的壓力要求，但是經常是工作中的主泵全部在運轉，導致多余的油泵在空轉，造成電能浪費。在雙邊剪液壓系統的操作畫面上制作一個按鈕“Save Mode”，用鼠標左鍵點一下即可實現“一鍵式”節能功能，只保留1臺泵來滿足現場需求，而其他泵停止運行。“待溫、待料、待電”結束后，右鍵點擊該按鈕，液壓系統恢復正常生產模式。

雙邊剪液壓站有5臺主泵，對所有主泵進行編號及優先級劃分，1#～5#優先級依次降低。當啟用一用多備功能時，保留所啟動主泵中優先級最高主泵，將其他主泵的運行命令切除。當未啟用和取消一用多備功能時，所有主泵按照原運行命令運行。

4　結語

萊鋼寬厚板雙邊剪控制系統優化后，使相關設備的自動連鎖控制更加緊密，生產過程自動化和設備智能化的水平有了較大提高，雙邊剪整體的控制能力和水平進一步增強，每班次剪切量由100支提高到110支，產品成材率提高5%，模板損壞率降至0，開發的液壓站“一鍵式”節能控制模式，每年可節約108 000 kW·h電耗。

參考文獻：

［1］陽憲惠.現場總線技術及應用［M］.北京：清華大學出版社，1999．

［2］張向葵.影響厚板剪切質量因素及改進方法初探［J］.寶鋼技術，2006（4）：23-26．

［3］吉年豐，楊慶豐，王洪濤.浦鋼羅涇寬厚板廠雙邊剪自動控制系統［J］.冶金自動化，2008（S2）：665-667．

［4］宋章明.滾切式雙邊剪剪切問題分析及改進措施［J］.機械設計與制造工程，2013（7）：73-76．

Optimization of Double Side Trim Shear Control System

Lü Xia
（The Automation Department of Laiwu Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China）

Abstrraacctt:: This paper analyzes the double side trim shear control system problem such as defects in shear sequence control, inaccurate tracking，network fault difficult to processing，and unstable signal. We adopt optimized shear sequence control, tracking control, applications based on bus Profibus-DP technology, detecting element redundant configuration optimization measures, such as make the system more complete, the equipment running more stable and improve the bilateral shear automation control level and cut rate. Product yield was increased by 5%, template damage rate was dropped to zero, and 108 000 kW·h power consumption can be saved a year.

Key worrddss:: double side trim shear; control system; optimization; tracking contro

經濟與管理

信息化建設

作者簡介：呂霞，女，1982年生，2007年畢業于青島理工大學計算機科學與技術專業。現為萊鋼自動化部工程師，從事冶金自動化控制工作。

收稿日期：2015-06-08

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4620（2015）06-0063-02