崔 朋

作為冷連軋機(jī)組，從生產(chǎn)計(jì)劃、上卷、軋制到卸卷整個(gè)過程中均需要通過隨時(shí)對(duì)指定帶材進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，傳送各種信號(hào)和數(shù)據(jù)來(lái)控制設(shè)備動(dòng)作，指導(dǎo)相關(guān)操作，并防止事故的發(fā)生。所以軋機(jī)跟蹤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要功能之一。

1 帶材跟蹤工藝過程描述

（1） 工廠生產(chǎn)管理級(jí) （Level 3） 下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃表給鋼卷錄入管理員，生產(chǎn)計(jì)劃表中包含每一個(gè)待軋鋼卷的全部信息，其中包括鋼卷ID、鋼卷外徑、鋼卷內(nèi)徑、帶寬、帶厚等。根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃表，鋼卷錄入管理員將鋼卷信息存入鋼卷錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，并給每一個(gè)鋼卷安排相應(yīng)序號(hào)。比如一份生產(chǎn)計(jì)劃表中有50卷鋼卷，則可以按升序1～50給這些鋼卷安排序號(hào)，序號(hào)不可重復(fù)。

（2）鋼卷錄入管理員將整理好的待軋鋼卷表存入“上卷待軋鋼卷表”，車間天車將等待鋼卷放到鋼卷鞍座，上卷操作工根據(jù)鋼卷上標(biāo)明的ID，在“上卷待軋鋼卷表”中選擇ID一致的序號(hào)輸入給對(duì)應(yīng)鞍座，入口PLC系統(tǒng)將鋼卷信息存入存儲(chǔ)區(qū)（檢測(cè)到鞍座占位）。操作人員如發(fā)現(xiàn)鋼卷有問題，可以指示將鋼卷吊走，同時(shí)刪除鞍座存儲(chǔ)區(qū)信息，將該鋼卷在“上卷待軋鋼卷表”中標(biāo)記為未軋。

（3）鋼卷小車上卷，在將鋼卷從鞍座運(yùn)出時(shí)將鞍座存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存入鋼卷小車數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。上卷小車?yán)脺y(cè)寬、測(cè)徑傳感器檢測(cè)待機(jī)鋼卷，用測(cè)得的數(shù)據(jù)更新自身數(shù)據(jù)區(qū)，并反饋給“上卷待軋鋼卷表”，并將鋼卷運(yùn)送到開卷機(jī)，同時(shí)鋼卷小車存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)被傳送到開卷機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（見圖1）。

圖1 上卷跟蹤

（4）為保證上卷節(jié)奏，該軋線配置有2套上卷裝置，分別服務(wù)于1#卷取機(jī)和2#卷取機(jī)。每個(gè)鞍座、上卷小車、卷取機(jī)均配置一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，在整個(gè)開卷部分共配置8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

（5） 開卷機(jī)開卷操作，將帶頭送到焊機(jī)對(duì)帶頭、帶尾進(jìn)行焊接，入口區(qū)建張，將開卷機(jī)存儲(chǔ)區(qū)信息傳送到焊機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

（6）入口區(qū)操作，上層或下層建張后帶鋼流向活套。通過1#張力輥4#輥電機(jī)編碼器對(duì)焊縫進(jìn)行跟蹤，當(dāng)焊縫經(jīng)過活套入口焊縫檢測(cè)儀時(shí)對(duì)焊縫位置進(jìn)行糾正，并繼續(xù)跟蹤。

（7）按活套最大充套量將活套內(nèi)的帶鋼分為3個(gè)segment，依次為下層、中層、上層，當(dāng)測(cè)算焊縫流過的長(zhǎng)度到達(dá)相應(yīng)量后將軋制方向上帶卷數(shù)據(jù)傳送到后一存儲(chǔ)區(qū)。

（8）當(dāng)焊縫到達(dá)距活套出口一段距離（如100 m） 時(shí)跟蹤系統(tǒng)向二級(jí)系統(tǒng)（Level 2） 發(fā)送當(dāng)前鋼卷信息，由二級(jí)系統(tǒng)（Level 2）做軋制參數(shù)設(shè)定預(yù)計(jì)算。

（9）當(dāng)焊縫流出焊機(jī)，焊機(jī)出口焊縫檢測(cè)儀對(duì)焊縫位置進(jìn)行糾正，并將焊縫跟蹤轉(zhuǎn)交給2#張力輥1#輥電機(jī)編碼器完成。

（10） 焊縫依次進(jìn)入主軋機(jī)、飛剪，主軋機(jī)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算好的規(guī)程對(duì)帶材軋制、剪切。

2 跟蹤系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該機(jī)組帶材跟蹤系統(tǒng)可以分為宏跟蹤和微跟蹤（見圖 2）。

微跟蹤是跟蹤系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，在一級(jí)系統(tǒng)（Level 1）入口區(qū)PLC中完成。它跟蹤每一卷帶鋼的焊縫經(jīng)過整個(gè)軋線所有設(shè)備并計(jì)算出焊縫在軋線的具體物理位置，觸發(fā)宏跟蹤的標(biāo)志位。

宏跟蹤優(yōu)先級(jí)高于微跟蹤，也是在一級(jí)系統(tǒng)（Level 1）入口區(qū)PLC中完成。宏跟蹤自受卷位開始，通過標(biāo)志位跟蹤帶材，并將鋼卷數(shù)據(jù)向下傳遞。因?yàn)楹旮櫚水?dāng)前鋼卷的詳細(xì)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備動(dòng)作預(yù)設(shè)定、二級(jí)系統(tǒng)（Level 2）預(yù)計(jì)算等功能。

圖2 軋線跟蹤系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

為實(shí)現(xiàn)宏跟蹤需將軋線分割成若干segments，并為每個(gè)segment在一級(jí)系統(tǒng)PLC中開設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，所有segment都通過標(biāo)志位觸發(fā)。其中，焊機(jī)區(qū)以前的標(biāo)志位均由檢測(cè)元件經(jīng)過邏輯判斷得出，在焊接完成后，入口區(qū)建張并開車操作；焊機(jī)區(qū)以后的標(biāo)志位則是通過微跟蹤計(jì)算觸發(fā)。當(dāng)跟蹤到達(dá)相關(guān)segment時(shí)觸發(fā)相應(yīng)標(biāo)志，并將前面segment存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)讀入當(dāng)前segment存儲(chǔ)區(qū)。每個(gè)segment可用不同顏色在HMI中顯示，以表示帶鋼當(dāng)前位置。

根據(jù)軋線設(shè)備組成，該軋線segment分為：1#卷位 (1#上卷1#受卷臺(tái))、2#卷位 (1#上卷2#受卷臺(tái))、3#卷位 (2#上卷1#受卷臺(tái))、4#卷位 (2#上卷2#受卷臺(tái))、1#上卷小車、2#上卷小車、1#開卷機(jī)、2#開卷機(jī)、焊機(jī)區(qū)、活套入口、活套下層、活套中層、活套上層、軋機(jī)入口、軋機(jī)出口。

3 標(biāo)志位的確認(rèn)

1#卷位標(biāo)志位 1#上卷1#鞍座光電開關(guān)測(cè)得，鋼卷錄入臺(tái)計(jì)算機(jī)下載按鈕，將鋼卷信息存入segment1。

2#卷位標(biāo)志位 1#上卷2#鞍座光電開關(guān)測(cè)得，鋼卷錄入臺(tái)計(jì)算機(jī)下載按鈕，將鋼卷信息存入segment2。

3#卷位標(biāo)志位 2#上卷1#鞍座光電開關(guān)測(cè)得，鋼卷錄入臺(tái)計(jì)算機(jī)下載按鈕，將鋼卷信息存入segment3。

4#卷位標(biāo)志位 2#上卷2#鞍座光電開關(guān)測(cè)得，鋼卷錄入臺(tái)計(jì)算機(jī)下載按鈕，將鋼卷信息存入segment4。

1#上卷小車標(biāo)志位 1#上卷小車占卷接近開關(guān)測(cè)得（1#上卷鞍座檢測(cè)條件、1#上卷小車位置條件滿足），將segment1或segment2鋼卷信息存入segment5。

2#上卷小車標(biāo)志位 2#上卷小車占卷接近開關(guān)測(cè)得（2#上卷鞍座檢測(cè)條件、2#上卷小車位置條件滿足），將segment3或segment4鋼卷信息存入segment6。

1#開卷機(jī)標(biāo)志位 1#上卷小車占卷接近開關(guān)測(cè)失（1#開卷機(jī)輔助設(shè)備到位如漲徑等、1#上卷小車位置條件滿足），將segment5鋼卷信息存入segment7。

2#開卷機(jī)標(biāo)志位 2#上卷小車占卷接近開關(guān)測(cè)失（2#開卷機(jī)輔助設(shè)備到位如漲徑等、2#上卷小車位置條件滿足），將segment6鋼卷信息存入segment8。

焊機(jī)區(qū)標(biāo)志位 焊機(jī)焊接完成信號(hào)（帶鋼上層通過光電開關(guān)測(cè)得或帶鋼下層通過光電開關(guān)測(cè)得），將segment7或segment8鋼卷信息存入segment9。

活套入口標(biāo)志位 入口區(qū)計(jì)長(zhǎng)程序測(cè)量的長(zhǎng)度大于等于焊機(jī)到1#焊縫檢測(cè)儀距離（帶頭位置通過1#焊縫檢測(cè)儀信號(hào)校準(zhǔn)），將segment9鋼卷信息存入segment10。

活套下層標(biāo)志位 入口區(qū)計(jì)長(zhǎng)程序測(cè)量的長(zhǎng)度大于等于焊機(jī)到活套1#轉(zhuǎn)向輥距離，將segment10鋼卷信息存入segment11。

活套中層標(biāo)志位 入口區(qū)計(jì)長(zhǎng)程序測(cè)量的長(zhǎng)度大于等于焊機(jī)到活套2#轉(zhuǎn)向輥距離（1#轉(zhuǎn)向輥到2#轉(zhuǎn)向輥距離取決于活套車的位置），將segment11鋼卷信息存入segment12。

活套上層標(biāo)志位 入口區(qū)計(jì)長(zhǎng)程序測(cè)量的長(zhǎng)度大于等于焊機(jī)到活套3#轉(zhuǎn)向輥距離（1#轉(zhuǎn)向輥到3#轉(zhuǎn)向輥距離取決于活套車的位置，最終帶頭位置通過2#焊縫檢測(cè)儀信號(hào)校準(zhǔn)），將segment12鋼卷信息存入segment13。

軋機(jī)入口標(biāo)志位 出口區(qū)計(jì)長(zhǎng)程序測(cè)量的長(zhǎng)度大于等于2#焊縫檢測(cè)儀到S1軋輥距離（最終帶頭位置通過3#焊縫檢測(cè)儀信號(hào)校準(zhǔn)），將segment12鋼卷信息存入segment13。

軋機(jī)出口標(biāo)志位 S5軋輥測(cè)得，將segment13鋼卷信息存入segment14。

4 跟蹤系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

跟蹤系統(tǒng)控制在自動(dòng)化一級(jí)系統(tǒng)（Level 1）PLC中實(shí)現(xiàn)，與冷軋入口區(qū)設(shè)備共用一套S7-400控制系統(tǒng)。采用ET200M，完成對(duì)軋線上檢測(cè)元件的信號(hào)采集、閥組動(dòng)作等功能，ET200M通過接口模塊與S7-400實(shí)現(xiàn)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)通訊。軋線輔電機(jī)選用交流變頻電機(jī)，采用整流回饋+逆變器控制方式，按區(qū)域功能劃分，傳動(dòng)系統(tǒng)通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連到相應(yīng)區(qū)域控制系統(tǒng)。

兩臺(tái)開卷機(jī)之間布置一臺(tái)鋼卷錄入臺(tái)，鋼卷錄入臺(tái)上放置一臺(tái)鋼卷錄入計(jì)算機(jī)，用作鋼卷錄入及上卷管理，鋼卷錄入計(jì)算機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)與入口區(qū)PLC、二級(jí)系統(tǒng)（Level 2） 通訊（見圖3）。

圖3 跟蹤控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

5 鋼卷報(bào)文

鋼卷錄入HMI通過報(bào)文將新卷數(shù)據(jù)發(fā)送給鋼卷跟蹤系統(tǒng)建立DB數(shù)據(jù)塊（見表1）。

6 結(jié)語(yǔ)

冷連軋帶材跟蹤系統(tǒng)貫穿工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。其中三級(jí)系統(tǒng)將生產(chǎn)計(jì)劃表傳送給二級(jí)系統(tǒng)，由二級(jí)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃表進(jìn)行管理，并下發(fā)給一級(jí)系統(tǒng)。一級(jí)系統(tǒng)對(duì)鋼卷信息進(jìn)行宏跟蹤，當(dāng)入口區(qū)建張充套后微跟蹤開始；反之，一級(jí)系統(tǒng)將軋制信息（如軋完、不軋等）發(fā)送給二級(jí)系統(tǒng)，由二級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行管理并傳遞給三級(jí)系統(tǒng)。采用這種帶材跟蹤方式，生產(chǎn)計(jì)劃表的管理比較靈活（在二級(jí)中實(shí)現(xiàn)），跟蹤段落清晰并可在HMI中動(dòng)態(tài)顯示。