冷軋單機架軋機自動控制系統優化

林建民

（山東鋼鐵集團日照有限公司 冷軋部，山東 日照276800）

冷軋單機架軋機自動控制系統優化

林建民

（山東鋼鐵集團日照有限公司 冷軋部，山東 日照276800）

單機架軋機自投產以來故障頻發，控制元件運行環境差，程序漏洞多，操作畫面不直觀是造成問題多發的直接原因。通過加強電氣元件保護措施，優化控制程序及操作畫面，完善系統連鎖保護，增加控制網絡診斷功能等方式，單機架軋機設備誤時月均下降了65%，有效保障了設備高效平穩運行。

單機架軋機；自動控制；優化；誤時

1 前言

某單機架六輥可逆冷軋機年設計產能20萬t，產品厚度規格0.2～1.2 mm，最大軋制力18 000 kN，最快軋制速度1 250 m/min。機組配置1臺開卷機、兩臺卷取機、六輥可逆式軋機、乳化液系統、高低壓液壓系統、稀油潤滑和油氣潤滑系統等，配有X射線測厚儀、激光測速儀、張力測量儀等先進測量設備，主傳動采用芬蘭ABBACS6000傳動控制系統，輔傳動采用西門子6se70傳動控制系統，在國內首次使用西門子TDC控制系統，通過CFC編程完成軋機壓下、速度、張力調節、板型控制、主軋機負荷平衡、帶長計算、斷帶檢測和機架保護、軋機外圍設備動作等功能，在同類軋機中屬于中高檔水平［1］。但相比于國外引進的機組，控制系統不夠成熟，設備質量和安裝精度不高，導致問題頻發，故障居高不下，月均有效作業率最低至37%。

2 故障頻發原因分析

通過對每個月設備誤時細分化解，按照故障類型統計，發生DP故障一次，查找故障困難導致誤時較長；HGC發生頻次高且誤時長，占到總誤時的12%；接近開關和傳感器類故障發生頻次高，損壞率高，總誤時時間長，分別占總誤時的21%和12%；測厚儀誤時占到11%。

1）HGC系統運行環境差，突發故障多。單機架HGC（液壓輥縫控制）控制系統安裝在軋機牌坊底部，壓力傳感器、伺服閥等控制元件受到乳化液的沖刷，處于高溫潮濕環境中，導致伺服閥和壓力傳感器的信號接口經常出現短路或者斷路問題，造成元件損壞和斷帶，每次故障處理都很麻煩，單次誤時甚至長達8 h，嚴重制約了生產節奏。

2）DP通訊故障缺乏報警診斷信息，故障處理不便。單機架軋機采用西門子Profibus-DP現場總線，網絡鏈路長，通訊故障多發，但在出現問題后，系統沒有檢測，軋機會繼續軋鋼，導致控制參數不能及時更新，帶鋼厚度波動，甚至斷帶。現場站點較多，通訊故障不好診斷，尤其是時斷時通的狀態下更是無從下手，給設備維護帶來很大不便。由于存在隱患，操作工無法提速生產，嚴重制約了生產節奏。

3）程序控制不合理，對設備造成損害，導致停機，甚至斷帶。單機架軋機現場設備控制簡單，大部分是開關電磁閥，控制精度不高，設備的準確定位無法保證，經常出現液壓缸內泄或管路漏油導致導板臺不到位、自行下落、張力達不到設定值、夾送輥液壓馬達損壞等問題，打亂了正常生產節奏，也加劇了設備的損壞。

4）軋制主畫面不直觀，操作不方便。軋制主畫面信息量大，數據較多，但直觀性差。如穿帶、點動、建張、起車等的連鎖均需要操作工翻頁才能看到，張力差只是顯示數據，不直觀，其他像軋制力、電機電流等棒狀圖也沒有直觀的報警值，對操作工的警示作用不明顯，均需要修改和優化。

綜上，單機架軋機在控制系統、安全保護、現場設備的使用均存在諸多問題，需要一一優化。

3 整改措施

3.1 HGC控制系統優化

單機架軋機液壓輥縫控制系統（HGC）主要由PI控制器、伺服放大器、伺服閥、控制閥、液壓缸、壓力傳感器、Sony位移傳感器及液壓管路等構成［2-3］，其位置閉環控制見圖1。

由于上壓式軋機液壓HGC缸長期在乳化液蒸汽環境中運行，經常出現伺服閥和壓力傳感器故障，導致急停斷帶，平均誤時在4 h以上；軋制時操作工擔心出現斷帶而不敢提速，速度一般都低于300 m/min，嚴重影響單機架軋機產能。如果能夠實現HGC動態響應功能的測試，就可以通過查看測試曲線來判斷HGC可能存在的問題，從而縮短故障查找時間，提高故障判斷的準確性。故從兩個方面對HGC系統進行了優化：

圖1 HGC位置控制框圖

1）對元件保護。HGC控制系統壓力傳感器、伺服閥等元件的中間接線箱安裝在軋機牌坊下立柱上，與乳化液收集槽相鄰，軋制時高溫乳化液蒸汽就會滲到接線箱內引起短路，經常燒壞壓力傳感器，因此，將接線箱移到牌坊外面；伺服閥航空插頭受乳化液蒸汽侵蝕出現開焊現象，損壞后多次焊接已經無法使用，需要更換防護等級更高的接頭。

2）動態響應測試功能的實現。為了適時測試液壓缸動作時伺服閥和磁尺的相應情況，位置控制模式下，在參考輥縫上疊加一個波形為方波或正弦波的附加輥縫值，用方波來檢測液壓缸的響應速度，用正弦波來檢測磁尺和伺服閥的動態性能，可有效檢測到伺服閥和磁尺的運行狀況。

3.2 DP網絡診斷功能開發

3.2.1 TCS系統和傳動系統DP網絡診斷功能開發

單機架現場TCS系統和傳動系統采用DP網絡將各個從站連接到TDC，共37個從站。使用CFC語言編程，利用DPDIAG塊讀取主站狀態、診斷數據傳輸丟失、從站丟站的功能，可對網絡中各個從站進行監控，如果從站有通信故障，就會從主站讀出相應從站狀態，發出丟站報警，系統故障停車，并在HMI畫面上該站顯示紅色。

3.2.2 乳化液介質系統DP網絡診斷功能開發

單機架乳化液介質系統采用西門子S7-300系列PLC控制，有5個子站，其中包括稀油潤滑智能從站，各站分散在地下油庫，出現通信故障后不便查找，利用Step7編程軟件中SFC51功能塊，通過讀取主站CPU的系統狀態信息，來判斷從站是否存在數據通信超時和丟站的問題，將結果存入DB82中，同時作為故障停車的條件連入系統，程序如下所示：

CALL"RDSYSST"

REQ∶=TRUE

SZL_ID∶=W#16#692//讀取從站診斷信息

INDEX∶=W#16#1

RET_VAL∶=MW0

BUSY∶=M2.0

SZL_HEADER∶=#length

DR∶=P#DB82.DBX70.0 BYTE 8//結果輸出到DB82

P#DB82.DBX70.0 byte18中為每個DP從站(16×8=128)保留一位，地址為Address 1的DP從站的狀態保存在第三個字節的Bit 1位中，地址為Address 3的DP從站的狀態保存在第3個字節的Bit 3位中，依次類推，如果從站對應的位被置位，則表明那個DP從站沒有通信上或丟站。

3.3 控制元件改造

3.3.1 程序優化

1）導板臺位置無法保持的優化。對于導板臺在軋制中下落丟信號的問題，采用置復位命令使導板臺抬起時抬起命令保持，電磁閥一直得電，落下時落下命令保持，電磁閥一直得電，從而避免了在軋制時信號丟失出現停車的現象。

2）主電機潤滑系統保護連鎖。主電機稀油潤滑沒有檢測，一旦出現缺油，就會造成減速箱燒毀的嚴重后果，新加油流檢測開關，將信號作為故障停車的條件引入系統，一旦發現油流信號丟失，系統就產生報警信號，并全線故障停車。

3.3.2 液壓馬達控制的改造

單機架入口液壓馬達在穿帶和甩尾時落下，隨著導向輥的速度旋轉，起到引導帶頭的作用。但原設計中使用的是電磁開關閥驅動，控制精度不高，馬達速度不能調節，穿帶和甩尾的速度分別是15 m/min和40 m/min，馬達在驅動時一直按照最大速度運行，和帶鋼產生相對摩擦，造成馬達燒毀。為了減少設備損壞，將馬達控制改為比例閥控制，在穿帶和甩尾時分別以不同的速度和帶鋼速度匹配，延長使用壽命。

3.4 HMI畫面優化

通過新加分頁功能，優化畫面布局，在盡量顯示信息的情況下減少畫面點，使主畫面簡潔明了，操作人員主要關心的厚度、軋制力、輥縫、彎輥力等顯示明顯，對起車、建張等影響工藝過程的條件進行優化，在不切換畫面的情況下通過下拉菜單的方式顯示出來，并新加連鎖判斷的畫面，方便操作人員對各個條件的判斷。

4 優化后的效果

自2016年下半年開始優化，通過不斷總結找出影響軋機作業率的關鍵因素，不斷對控制程序進行優化。對現場元件加強保護并定期維護，電氣設備誤時逐漸減少，到2017年1月，機組作業率達到83%，2017年上半年電氣自動化誤時顯著減少，同期下降了65%。

［1］ 張楊，楊小勇.1450 mm六輥可逆冷軋機自動控制系統的研究與應用［J］.裝備制造技術，2010（6）：88-89.

［2］ 孫杰，張殿華，曾玉清，等.單機架可逆冷軋機自動控制系統［J］.冶金自動化，2008，32（1）：45-48.

［3］ 丁修堃.軋制過程自動化［M］.北京：冶金工業出版社，2009.

Optimization of the Automatic Control System for the Single Stand Cold Rolling Mill

LIN Jianmin
（The Cold Rolling Department of Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.，Ltd.，Rizhao 276800，China）

TG334.9

B

1004-4620（2017）05-0056-02

2017-9-20

林建民，男，1982年生，2006年畢業于東北大學自動化專業。現為山東鋼鐵集團日照有限公司工程師，從事電氣自動化技術工作。

single stand mill;automatic control;optimization;fault time