靳紹珍，胡 鷹

(太原科技大學(xué)，山西 太原 030024)

0 前言

液壓矯直機(jī)是板材軋制線上十分重要的設(shè)備，傳統(tǒng)液壓矯直機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)功能比較簡(jiǎn)單，受到現(xiàn)場(chǎng)操作人員經(jīng)驗(yàn)的影響，所矯直板材的精度往往達(dá)不到要求。隨著軋制新工藝及新材質(zhì)板材的發(fā)展，傳統(tǒng)的矯直機(jī)不能滿足所有板材的矯直，有必要開發(fā)新一代的液壓強(qiáng)力矯直機(jī)。太原重工與太原科技大學(xué)聯(lián)合為舞陽鋼鐵公司二軋廠研制的四重式全液壓可逆十一輥矯直機(jī)，采用先進(jìn)的工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)功能強(qiáng)、精度高，提高了矯直效率及矯直質(zhì)量。

1 矯直機(jī)設(shè)備組成及主要參數(shù)

舞陽鋼鐵公司的四重式全液壓可逆十一輥矯直機(jī)主要有機(jī)械、液壓和電氣等三部分組成;機(jī)械上主要有矯直機(jī)本體、換輥裝置、主傳動(dòng)裝置三部分組成;液壓、潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由輔助傳動(dòng)液壓系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)、矯直機(jī)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成;電氣控制主要有電氣傳動(dòng)系統(tǒng)、基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)、二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)主要有輥道速度控制、液壓伺服閥控制等。該矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)型式及主要技術(shù)參數(shù)如下:

最大矯直力/kN 30000

矯直鋼板溫度/℃ 200～950

壓下方式 液壓AGC壓下

矯直速度/m·min－10～±40

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以DCS集散控制系統(tǒng)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和惠普服務(wù)器集群為核心，以現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)DCS控制站以及監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接起來，構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。選用兩套冗余的CPU－416－2、冗余的Profibus－DP通訊網(wǎng)絡(luò)、光纖通訊、冗余的工業(yè)以太網(wǎng)、冗余的電源模塊、1臺(tái)工程師站、兩臺(tái)操作員站、IBA數(shù)據(jù)采集以及惠普服務(wù)器集群。

2.1 系統(tǒng)硬件配置

(1)冗余自動(dòng)化控制站(AS416－2)采用了最新冗余技術(shù)，按照熱備份模式的活動(dòng)冗余原理運(yùn)行，兩臺(tái)CPU－416－2以及交換機(jī)之間通過高速光纖專線連接，可以保證數(shù)據(jù)同步傳送。

(2)現(xiàn)場(chǎng)控制站ET－200M分布式I/O通過兩條冗余Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線與主控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，采集數(shù)字量或模擬量信號(hào)，同時(shí)將主控制器的控制信號(hào)送至現(xiàn)場(chǎng)。

(3)控制機(jī)柜的供電有兩路冗余220VAC，可以保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

(4)系統(tǒng)配置一臺(tái)工程師站(ES)、兩臺(tái)操作員站(OS)、IBA數(shù)據(jù)記錄儀和惠普服務(wù)器集群。其中工程師站(ES)對(duì)全液壓矯直機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程操作組態(tài)等操作，一臺(tái)操作員站用做設(shè)定輥縫值，上位起停液壓泵站等操作，一臺(tái)為上位報(bào)警以及監(jiān)視用的操作員站;IBA數(shù)據(jù)記錄儀實(shí)時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù);惠普服務(wù)器集群完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，分析，模型計(jì)算，自學(xué)習(xí)等功能。3臺(tái)工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，一臺(tái)IBA數(shù)據(jù)記錄儀及惠普服務(wù)器通過1臺(tái)HP2824交換機(jī)及5塊西門子網(wǎng)絡(luò)通訊模塊CP1613組成冗余雙環(huán)網(wǎng)，從而達(dá)到相互熱備份，互為冗余的效果。

(5)服務(wù)器采用HPDL380G5服務(wù)器、windows2003 server企業(yè)版、HP MSA 500G2(6X140G硬盤)、KVM組成雙機(jī)集群、ORCALE 10G雙處理版組成，功能強(qiáng)大。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用客戶機(jī)服務(wù)器C/S模式，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)硬備份、數(shù)據(jù)庫服務(wù)的集群熱備等功能。完成矯直機(jī)的各種數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)、備份。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

舞陽鋼鐵公司的全液壓矯直機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于Profibus總線的過程控制系統(tǒng)PCS7，結(jié)合以太網(wǎng)和冗余Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和就地控制級(jí)三層結(jié)構(gòu)。底層采用現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus－DP，現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站分散放在現(xiàn)場(chǎng)。控制層采用光纖工業(yè)以太網(wǎng)(最高通訊速率為1000M/s)，將所有控制器、工程師站、操作員站IBA數(shù)據(jù)記錄儀及服務(wù)器集群連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和共享，方便操作運(yùn)行;上層采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)接口，使得中厚板廠工廠調(diào)度等相關(guān)人員了解整個(gè)鋼板生產(chǎn)流程運(yùn)行狀況。

3 工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)的服務(wù)器模型部分用VB軟件編程，主要通過全線二級(jí)系統(tǒng)與回火爐操作臺(tái)的PC機(jī)相連，采集板材厚度、寬度、材料編號(hào)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在過程計(jì)算機(jī)工程師站中設(shè)置數(shù)據(jù)庫，針對(duì)不同材質(zhì)、溫度、板型、板寬和板厚，建立工藝模型，計(jì)算出矯正壓力、矯正次數(shù)及所需壓下量的理論數(shù)據(jù)，再經(jīng)過試驗(yàn)，計(jì)算出矯直機(jī)線性彈跳、非線性機(jī)架變形、總結(jié)出所需壓下量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，兩者結(jié)合生成矯直機(jī)壓下量工藝數(shù)據(jù)。

工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart of process data acquisition and analysis management system

工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)流程圖如圖2～4所示。

圖2 工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)0層整體數(shù)據(jù)流程圖Fig.2 Data flow chart in the entire 0 level of process data acquisition and analysis management system

圖3 工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)1層整體數(shù)據(jù)流程圖Fig.3 Data flow chart in the entire first level of of process data acquisition and analysis management system

圖4 工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)2層整體數(shù)據(jù)流程圖Fig.4 Data flow chart in the entire second level of of process data acquisition and analysis management system

工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)整體總體功能模塊圖如圖5所示。

圖5 工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)整體總體功能模塊圖Fig.5 Overall function modules of process data acquisition and analysis management system

該軟件包含四個(gè)模塊:數(shù)據(jù)錄入模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、系統(tǒng)維護(hù)模塊及幫助模塊。其中數(shù)據(jù)輸入模塊包括opc客戶端、板材信息錄入、板材模型信息錄入、矯直機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)矯正。opc客戶端把觸發(fā)、編號(hào)、批號(hào)、后輥逢、前輥逢、后邊輥、彎輥、壓力、電機(jī)電流、矯直速度、轉(zhuǎn)速、輥徑、前輥逢、小腔壓力、寫入觸發(fā)這些變量的值錄入。板材信息錄入是對(duì)批號(hào)、編號(hào)、鋼種、鋼板厚度、鋼板寬度、鋼板長(zhǎng)度、鋼板溫度的信息進(jìn)行查詢、添加、修改、刪除。板材模型信息錄入實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼種、彈性模量、屈服強(qiáng)度、硬化系數(shù)的信息進(jìn)行添加、刪除、修改、查詢的操作。矯直機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修正:實(shí)現(xiàn)對(duì)道次的查詢，對(duì)道次、批號(hào)、編號(hào)的修改的操作。

工藝數(shù)據(jù)采集分析管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用Oracle10g數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫名稱為KDZG，見表1～4。表中Int為整型數(shù)據(jù);Varchar為字符數(shù)據(jù); float為浮點(diǎn)數(shù)據(jù);dodetime為日期。

表1 用戶登錄Table 1 User enter

表2 基本數(shù)據(jù)Table 2 Basic bata

表3 工藝數(shù)據(jù)Table 3 Process data

6 KC_jlxgr varchar 20 0是7 KC_wendu float 8 0 是 溫度8 KC_zhuangtai varchar 20 0 是 狀態(tài)9 KC_C1_6_10 float 8 0 是10 KC_C2_6_10 float 8 0 是11 KC_C1_10_16 float 8 0 是12 KC_C2_10_16 float 8 0 是13 KC_C1_16_24 float 8 0 是14 KC_C2_16_24 float 8 0 是15 KC_C1_24_30 float 8 0 是16 KC_C2_24_30 float 8 0 是17 KC_C1_30_40 float 8 0 是18 KC_C2_30_40 float 8 0 是19 KC_C1_40 float 8 0 是20 KC_C2_40 float 8 0是

表4 采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)Table 4 Real-time data acquisition

4 系統(tǒng)主要功能

(1)板材信息查詢功能(圖6)。根據(jù)輸入的批號(hào)、鋼種信息，查詢對(duì)應(yīng)鋼板的批號(hào)、編號(hào)、寬度、厚度、溫度、長(zhǎng)度、鋼種及時(shí)間，并將查詢的數(shù)據(jù)以Excel形式導(dǎo)出。

圖6 板材信息查詢Fig.6 Information query for steel plate

(2)工藝參數(shù)查詢功能(圖7)。根據(jù)輸入鋼板批號(hào)、編號(hào)、鋼種、厚度及寬度的信息查詢出鋼板的批號(hào)、編號(hào)、鋼種、寬度、厚度、前輥逢及后輥逢的相關(guān)信息。并將查詢的數(shù)據(jù)以Excel形式導(dǎo)出的功能。

圖7 工藝參數(shù)查詢Fig.7 Query of process parameters

(3)板材數(shù)據(jù)模型計(jì)算功能(圖8)。根據(jù)鋼種、鋼板的厚度、寬度查詢相應(yīng)的鋼板信息，通過模型計(jì)算，顯示出相應(yīng)鋼板的前輥逢、后輥逢、彎輥、總矯直力、1#電機(jī)扭矩、2#電機(jī)扭矩及矯直速度等信息。通過發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕將數(shù)據(jù)發(fā)送給wincc。

5 板材矯直過程

圖8 板材數(shù)據(jù)模型計(jì)算Fig.8 Data model calculation of steel plate

板材從熱處理設(shè)備中出來，經(jīng)過傳輸輥道，送至矯直輥道前停止。在板材停止后，上道工序L2系統(tǒng)將板材基本數(shù)據(jù)給矯直機(jī)的2級(jí)，辨別并確認(rèn)待矯直的鋼板識(shí)別號(hào)，并且通知板材正在處于等待狀態(tài)，經(jīng)過矯直機(jī)L2級(jí)計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果(工藝設(shè)定值)傳遞到矯直L1級(jí)。工藝設(shè)定值有:矯直輥縫位置(入口與出口輥縫、傳動(dòng)側(cè)與非傳動(dòng)側(cè)的傾斜);HGC動(dòng)作序列;咬入、甩尾和矯直速度，彎輥量。工藝設(shè)定值在HMI上顯示，操作人員可以以實(shí)際情況對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。矯直機(jī)在確認(rèn)后執(zhí)行，鋼板開始咬入、矯直、甩尾，所有這些動(dòng)作都按工藝設(shè)定速度進(jìn)行。矯直機(jī)后面的檢測(cè)元件探測(cè)到鋼板尾部時(shí)，鋼板停下。根據(jù)矯后板型狀況，選擇結(jié)束矯直或往復(fù)矯直。

6 結(jié)論

該矯直機(jī)投入使用以來，運(yùn)行良好，控制系統(tǒng)功能強(qiáng)、控制精度高、網(wǎng)絡(luò)速度快，而且安全、可靠和穩(wěn)定性好，許多先進(jìn)的控制理論和控制方式在該控制系統(tǒng)中得到很好的實(shí)踐和證明。

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