棒材線后部收集自動控制系統(tǒng)開發(fā)與應用

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控制系統(tǒng)開發(fā)與應用

楊文佳

（山鋼股份萊蕪分公司 棒材廠，山東 萊蕪271126）

通過改變原控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強網(wǎng)絡(luò)通訊控制能力，采用Step7進行控制程序和Wincc人機界面開發(fā)，對活動筐的升降以及平移進行控制優(yōu)化等，對棒材生產(chǎn)線收集區(qū)域工藝、設(shè)備進行整合，實現(xiàn)了新舊控制系統(tǒng)無擾切換，控制精度高，使用效果良好，有效地解決了設(shè)備的維護和備件采購問題，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)，主要負責自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)進行了較大幅度的改造，原有的矯直機、成疊裝置、固定筐、活動式打捆機等設(shè)備均已拆除，但原設(shè)備的控制程序依舊運行，運行負荷大，故障率高，易造成死機，容易造成卡鋼、別鋼等，捆材計數(shù)錯誤，成材率下降，打捆位置控制不準，造成打捆質(zhì)量下降；無備件進行更換，部分模塊一旦損壞即可造成長時間停機。為確保生產(chǎn)線軋線穩(wěn)定高效的運行，對生產(chǎn)線收集區(qū)域工藝、設(shè)備進行整合，完成對自動化控制硬件、軟件、現(xiàn)場檢測設(shè)備的改造。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

對控制系統(tǒng)的硬件進行設(shè)計，生產(chǎn)線輥道由ACV700交流傳動裝置升級為ACS800系列變頻器，改變原控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強網(wǎng)絡(luò)通訊控制能力，采用Step7編程開發(fā)工具，更換WINCC人機界面，監(jiān)控站與控制站之間采用TCP/IP以太網(wǎng)連接，與遠程I/O之間采用Profibus-DP現(xiàn)場總線控制，對控制系統(tǒng)的軟件進行優(yōu)化設(shè)計，去除冗雜，全面升級控制系統(tǒng)中的程序內(nèi)容及控制功能[1]。

活動筐的升降以及平移動作，均為帶載啟動及停止，因此在較大的負載勢能作用下，在電機剛啟動的瞬間，容易產(chǎn)生電機無法拖動負載運行。由于負載作用力矩大于電機的啟動力矩易造成勢能釋放，使傳動鏈條承受較大沖擊造成斷裂。因此，對成品收集區(qū)的各個設(shè)備控制部分分別采取了不同的優(yōu)化措施，實施活動筐的位置控制、積累位置誤差控制、活動筐的抱閘控制，可有效減少鏈條、減速機等機械沖擊，避免卡剛、撞擊、拉斷打捆機臂等嚴重機械故障，保證電機的正常運行。

新系統(tǒng)設(shè)計為西門子S7-400加遠程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，對控制系統(tǒng)功能進行重新設(shè)計和優(yōu)化，以提高系統(tǒng)自動化控制水平及系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)了生產(chǎn)線后部收集系統(tǒng)的全自動化控制，達到提高生產(chǎn)效率，并減少操作人員和維護人員的工作量的目的。

3 后部收集系統(tǒng)自動化控制實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件配置

RMC 7#站自動化控制系統(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。現(xiàn)場檢測元件采用編碼器和接近開關(guān)配合使用。

改造后，使用西門子S7-400加遠程I/O的系統(tǒng)架構(gòu)來完成成品收集功能，并新加1臺成品收集操作站，操作人員通過操作站來完成相應的成品收集操作。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)拓撲結(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語言，AMPL語言是DOC系統(tǒng)下的一種編程語言。改造后成品收集區(qū)使用Wincc6.0和西門子Step7軟件，進行畫面編輯和程序的編寫，操作畫面數(shù)據(jù)采集準確，程序結(jié)構(gòu)清晰有序，支持中文，為操作人員和維護人員提供了方便。

3.3 系統(tǒng)控制功能

3.3.1 活動筐的位置控制

整個控制系統(tǒng)包括位置控制和電流控制2個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、減速機等機械沖擊。活動筐將固定筐中的成捆鋼材移送至打捆區(qū)，活動筐分兩組：A段和B段。在A段和B段聯(lián)動操作時，要求電氣同步，以便在移動過程中（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)，相應高速軸上誤差在±75°內(nèi)。

當檢測到成捆信號（光電管）且成組信號滿足要求時，發(fā)出動作信號，活動筐上升至高位后，活動筐水平移動，若輥道上無鋼（采用光電管進行檢測），則運行至打捆位置；若有鋼，則在中間等待位等待。當捆材到達打捆位置時，且打捆機就位，打捆周期信號傳送至打捆機，開始打捆。在打捆周期后，活動筐下降，成捆材被放在移送輥道上，筐以高速返回，并和固定筐對齊[2]。活動筐上升至接鋼位，等待下一捆鋼。

3.3.2 活動筐的抱閘控制

活動筐的升降以及平移動作均為帶載啟動及停止，因此在較大的負載勢能作用下，在電機剛啟動的瞬間，易產(chǎn)生電機無法拖動負載運行。由于負載作用力矩大于電機的啟動力矩，容易造成勢能釋放，使傳動鏈條承受較大沖擊而造成斷裂。

當升降電機得電上升運行時，抱閘先不打開，等起動力矩增大超過一定閾值后，抱閘打開，電機動作；電機停止時，在速度降低到一定范圍內(nèi)，抱閘閉合。由于負載作用力矩大于電機的啟動力矩容易造成勢能釋放，使傳動鏈條承受較大沖擊造成斷裂。因此，設(shè)置抱閘來保證電機的正常運行。

3.3.3 積累位置誤差控制

在行程兩端設(shè)置限位開關(guān)，并設(shè)置零位開關(guān)，定時自動對位置進行清零操作，有效避免了由于長時間使用造成位置的累計誤差，積累誤差過大時，易導致卡剛、撞擊、拉斷打捆機臂等嚴重機械故障。

3.3.4 支數(shù)復檢系統(tǒng)應用

采用機器視覺系統(tǒng)對捆材支數(shù)進行復檢。系統(tǒng)主要由高照度可調(diào)整光源、機器視覺模塊、圖像采集卡、視覺處理模塊、工業(yè)控制計算機、控制執(zhí)行機構(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跟蹤是系統(tǒng)的核心，負責實時處理現(xiàn)場的視頻信息，包括運動檢測、背景分離、目標位置測定、目標跟蹤與容錯計數(shù)等功能。通過采集處理棒材的端面圖像，截獲有效部分，并采用目標定位、輪廓提取、模式識別等算法，得到各棒材端部中心位置，從而實現(xiàn)準確計數(shù)。所有算法都在Microsoft Visual C++環(huán)境下實現(xiàn)。在實際計數(shù)與設(shè)置值超出偏差后，系統(tǒng)進行報警提醒崗位人員。

4 結(jié)語

生產(chǎn)線后部收集區(qū)設(shè)備控制系統(tǒng)改造后，實現(xiàn)了新舊控制系統(tǒng)無擾切換，控制精度高，最大限度地降低設(shè)備動作難度和設(shè)備負載，有效地解決了設(shè)備的維護和備件采購問題，全面實現(xiàn)自動化，有效提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和高效性，降低了維護人員和操作人員的勞動強度。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)濟效益277.69萬元。

[1] 楊俊生，喬曉平.工業(yè)控制計算機的抗干擾設(shè)計[C]//工業(yè)自動化應用實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002：446-450.

[2] Robert Smolenski.智能電網(wǎng)中的傳導電磁干擾[M].崔強，呂英華，葉暢，譯.北京：機械工業(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)于長春工業(yè)大學自動化專業(yè)。現(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。