馬鋼RH噴補臺車噴補控制系統設備升級改造

陶振興 張文源 劉楚

摘 要：為了減少RH爐噴補臺車噴補系統故障率，保證噴補系統設備運行穩定對延長真空槽使用壽命至關重要。本文介紹了對噴補控制系統進行了改造，找到最佳控制方法，有利于減少故障率和維護量，可大大提高真空槽浸漬管使用率，延長真空槽使用壽命，降低生產及維護成本。

關鍵詞：噴補系統控制系統改造；系統連鎖條件；設備故障率；真空槽浸漬管的使用壽命

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.005

1 馬鋼RH爐浸漬管噴補臺車概況

馬鋼第四鋼軋總廠噴補機選用瑞士Aliva型號，其設計時功能主要為：在RH真空排氣系統的浸漬管上進行噴補工作，磨損的地方可能發生在兩個浸漬管的內部和外部；噴補機的維修操作臺設計成可以同時在浸漬管的兩側工作，也就是說，一個噴槍在對一個浸漬管的內部進行噴補時，另一個噴槍同時對另一個浸漬管的外部進行噴補。當噴補完成后，噴補機沿自身軸向旋轉180度，這樣內部噴補好后的浸漬管可以進行外部噴補，同時，外部噴補好后的浸漬管可以進行內部噴補。通過使用“自由編程”控制器，可以全自動地控制噴槍。或使用便攜式控制板手動操作。五個存儲塊可以根據五種不同的噴補情況存儲修補程序，可以通過輸入板隨時輸入修改的程序。當按下“啟動”按扭時，噴補工作就全自動地進行。一旦達到輸入的噴補高度，噴補工作停止，噴槍返回到初始位置。和內部噴補不同，外部噴補可以很清楚地監測，所以可以使用便攜式控制板，在磨損很嚴重的地方手動噴補。通常，操作臺安裝在有軌道的服務小車上，它們直接暴露在灼熱的浸漬管下，完全安裝的防熱擋板可以擋住輻射熱，從浸漬管中落下的材料以及噴補過程中飛濺的耐火材料。

馬鋼第四鋼軋總廠RH爐浸漬管噴補臺車主要包括：運輸車、噴補機、浸漬管脫渣殼器、噴補供料系統、水和氣配管、料箱等。噴補臺車在鋼包運輸線上行使，噴補機、浸漬管脫渣殼器、噴補供料系統等置于運輸車上，每爐生產結束后，運輸臺車將噴補機等運至噴補位實施浸漬管的噴補。當1號處理站進行浸漬管噴補時，在2號處理站進行真空處理。所以，浸漬管噴補臺車的設計型式不會與處理位置的鋼包或鋼包運輸車發生沖突。噴補臺車使用其噴補機，在生產處理間隙對浸漬管內、外壁的耐材進行噴補[1]。當浸漬管外壁積渣較多時，可利用刮渣器對浸漬管外壁的殘渣外殼進行刮除，以利于噴補作業。合理的噴補可以使真空槽浸漬管的使用壽命由原先的50-60爐增加到120爐以上，大大降低生產成本[2]。

2 原噴補系統的控制方式

噴補機噴補控制系統供料小車是由一套單獨的PLC系統控制（是由德國穆勒公司設計進行plc控制），其功能是通過一系列連鎖條件，控制磨砂片的轉動，以達到粉料研磨均勻后送至噴槍。該PLC啟動條件連鎖較多，且發生故障時無法監控，無法快速故障原因，導致查找故障時間較長。為了避免此類情況，現場對此PLC控制系統進行改造，將原先噴補機的穆勒PLC系統改造為西門子S7-300一體的控制系統，通過在手操器上增加啟停輸入按鈕來控制磨砂片的轉動，完全實現了自由控制磨砂片的啟停，徹底擺脫了對原先PLC的詬病，大大解決了生產中遇到的瓶頸。

噴補機控制系統是由兩套PLC控制完成的，一套是用來控制噴補機內外噴補升降及旋轉動作的主系統PLC，主要由西門子S7-300控制機械及相應變頻器完成。另一套是用來控制噴補機磨砂盤旋轉動作的噴補機PLC，它的功能主要是將通過對噴補料進行研磨，將料與水進行混合，以一定氣壓送到內外噴管。 當手操器發出輸入動作指令后，噴補臺車主PLC電控柜接收到來自手操器的輸入信號，外噴槍和內噴槍開始進行噴補動作，大盤通過轉動使內外噴槍到達合適的位置進行噴補。當噴補主PLC電控柜各條件滿足就緒后，將噴補準備好信號發送給噴補機PLC。噴補機PLC是一個獨立的穆勒PLC控制系統，當接收到噴補主PLC柜的信號后，通過自身的邏輯處理后打開相應的水閥和氣閥，最終啟動磨砂盤電機，將噴補料充分研磨，是粉料輸送到噴槍上，實現噴補臺車噴補的目的。

噴補機PLC系統從主系統PLC得到準備信號后，才可啟動噴補指令，噴補機PLC控制是由德國穆勒公司設計的，由于此程序無法進行實時監控和程序編輯，且兩套系統存在著數據交換，主系統PLC連鎖點較多，當主系統PLC某個限位或者傳感器信號不到時，無法快速得到故障點，只有對監測點進行逐一排查，耗時耗力。對設備穩定運行產生了嚴重影響 。此PLC系統從投入使用至今，出現過20次以上比較大的設備故障，影響生產時間均在6小時以上，嚴重影響了生產的穩定運行。鑒于此情況，決定對此PLC系統進行改造。

3 噴補系統改造后的控制方式

為了減少故障率，改變被動的生產及維護局面，必須實現一種更加有效的方式來控制噴補機磨砂片的啟停，在故障出現時避開復雜的連鎖條件。將此穆勒PLC中的控制集成到現有的主系統PLC中去，原有的穆勒PLC控制柜廢除。用現有的PLC來控制噴補機磨砂盤旋轉等動作，來實現穆勒PLC的所有功能。同時在主PLC的控制回路上增加硬件，重新布線，增加開關、接觸器、輸入輸出點和繼電器，完成程序控制的所有功能。經過對方案的評審和研究，決定大修中按照原思路進行實施，具體實施步驟如下：

（1）軟件的實現。PLC通訊的建立：使用MPI的連接方式，對筆記本與現場主PLC進行連接，其一端通過USB與筆記本電腦相連，另一端通過MPI街口與現場PLC端口相連。

MPI連接為筆記本上位機與現場PLC連接的基本方式之一，連接時主要需考慮通訊方式正確、地址不沖突和傳輸速率一致。西門子PLC是可以通過此方式進行實施監控，對程序的硬件組態、源程序進行監控和編輯。本實驗的目的是為了對源程序進行監控，找出源程序的不足之處。本實驗主要對主PLC柜的S7-300進行監控，由于沒有完整的程序，通過此方式連接后，成功建立了通訊。通過源程序上傳的方式的CPU內部程序上傳至筆記本，對源程序可以進行編輯，從而實現對原有PLC程序的優化和改造。

連接后打開SIMATIC MANAGER軟件，首先要對通訊方式及傳輸速率進行設置，在通訊方式選擇上選擇PC ADAPTER（MPI）方式，傳輸速率方面（Transmission）選擇187.5kps，設備完成后就具備和主PLC連接的基本條件了，打開上傳的PLC程序后，可以根據I/0清單，對I/O點進行漢化，有利于之后的編程工作。

（2）系統硬件組態：在主站點的硬件組態中，其CPU采用了S7-300類型，為CPU 314-2 PtP，使用了較早的V2.0版本，MPI地址為2；從第4通道開始為數字量輸出模塊，占用了8個通道。第5至第8通道分別為數字量輸入模塊和數字量輸出模塊，均為8個通道。通過對輸入和輸出點的統計，主PLC柜的模塊備用點滿足了對噴補PLC集成的需求，可以使用原有模塊進行接線。通過監控可以點去此PLC系統的交叉變量，I/O及其他變量的使用情況進行監控。其中，系統中已使用的變量在表中表現為叉型，未使用的變量為空白類型。

（3）硬件及布線。對穆勒PLC進行廢除，對原PLC的功能徹底吃透的情況下對硬件進行重新布線。首先了解到原先PLC的基本功能是得到主PLC準備好的指令后磨盤轉動，同時對磨盤進行自動加油，以達到潤滑的目的，這過程中的水閥及氣閥的開閉也要通過配合磨盤動作延時來實現。其次，來通過硬件連接來使各項控制成為可能，輸入點需要在手操器上新增，原先手操器上是通過噴補啟動按鈕后主PLC傳到穆勒PLC的一個指令來完成，沒有內外磨盤旋轉這一按鈕，新增輸入按鈕后是內外噴更加簡易直觀，便于使用和維護，新的輸入點定義為I1.1，相應的內外噴補可以在手操器上切換選擇；同樣，輸入點增加之后，相應的輸出點就要新增，此系統PLC輸出點Q13.3（外噴磨盤轉）和Q13.4（內噴磨盤轉），和自動加油輸出點Q12.2（外噴自動加油）和Q12.3（內噴自動加油）。最后完成模塊接線后，對相應的輸入輸出模塊增加繼電器，完成硬件方面的工作。

在設計噴補機控制系統之前，為了更好地實現系統的控制功能，設計人員必須根據系統信號處理任務的需求，估算控制系統所需I/O點的個數，所以PLC的I/O地址分配在一個控制系統的設計中是非常關鍵的。

本系統是將原穆勒PLC中的控制系統集成到現有的西門子S7-300PLC中，根據噴補機的程序控制的所有功能要求，編制新系統所需要的I/O點，為了更好的實現噴補機的控制功能，將原穆勒PLC中的控制系統集成到現有的西門子S7-300PLC中，根據整個集控系統的要求，新編噴補機程序所要處理的數字量輸入點數為13個，所需要處理的處理的數字量輸出點數為8個。如圖所示：新程序充分利用了現有的西門子S7-300PLC中的I/O點，新增了外噴/內噴磨盤電機熱保護的開關量輸入點，防止磨盤電機過電流運行，保護了磨盤電機；新增了控制外噴磨盤油泵啟動、內噴磨盤油泵啟動和外噴磨盤電機啟動、內噴磨盤電機啟動的開關量輸出點。

完成I/O點的分配后，在相應的輸入輸出模塊點增加繼電器，完成PLC硬件與外部設備方面的接線，接線原理圖如圖1所示。

如圖1中，各個模塊的輸入量端子所對應的傳感器或是控制按鈕接收到故障信號或是控制請求信號以后，通過內部故障程序和控制程序處理后，由PLC輸出端子輸出控制信號，通過控制相應的繼電器來控制對應的負載。在PLC的控制回路接線調試后，在噴補臺車控制柜內集成噴補機的主回路和控制電路。圖2為現場原件布線實物圖。

（4）程序功能的實現：前期工作完成后，就要對輸入輸出點進行打點驗證，以保證系統的準確性；這里還是使用該軟件中的Monitor Variables功能，對輸入輸出點進行驗證。各程序的優化對比：對控制程序進行重新優化編寫，首先達到原先程序的所有功能，并在此基礎上進行優化，使其使用更加人性化、簡單化、模塊化。

4 結論

此方案使用了主PLC來完成對噴補機磨砂盤的控制，雖然改造耗時較長，但一勞永逸，從根本上改變了對穆勒PLC的依賴。通過自身邏輯編程，不僅實現了以往系統的所有功能，而且減少了多個時間繼電器的使用，達到了降本目的。同時從自身維護方面更加方便，若磨砂盤發生故障，只需對PLC模塊上的信號進行檢測即可，大大減少了生產和維護成本，徹底改變了以往噴補機故障較多的局面。

參考文獻：

[1]John Damiano，Steve Giordanengo.耐火材料[J].2007，41（增刊）：

225-227.

[2]嚴運兵，歐陽克誠.RH真空室插入管噴補車結構與性能分析[J].重型機械，2003（01）：36-42.