岳 忠

（山東鋼鐵 萊鋼自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

萊鋼棒材廠中小型軋線可軋制型鋼、角鋼、槽鋼、螺紋鋼和圓鋼等多種產(chǎn)品，目前主要以生產(chǎn)螺紋鋼和圓鋼為主。收集控制系統(tǒng)共有A、B、C、D、E五種控制方式，分別對(duì)應(yīng)收集不同品種的成品材，本文以其中的D循環(huán)即螺紋鋼的收集為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明收集控制系統(tǒng)的系統(tǒng)配置、控制原理和系統(tǒng)優(yōu)化的具體實(shí)現(xiàn)方法。

1 工藝設(shè)備及動(dòng)作過程

碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)的主要功能是將剪切好的成品材分組收集打捆，然后輸送到成品存儲(chǔ)區(qū)域。

1．1 工藝設(shè)備

中小型碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)工藝設(shè)備包括傳輸鏈、擋塊、固定筐、活動(dòng)筐、輸出輥道和活動(dòng)打捆機(jī)。圖1為碼垛區(qū)域工藝設(shè)備分布圖。

1．2 各設(shè)備分工及動(dòng)作過程

傳輸鏈將成品材從對(duì)齊輥道傳送到擋塊；由擋塊負(fù)責(zé)將成品材分組并控制每捆成品材的數(shù)量；固定筐將分好組的成品材接收和臨時(shí)存放；活動(dòng)筐將分好組的成品材從固定筐運(yùn)送到打捆位和輸出輥道；活動(dòng)打捆機(jī)將活動(dòng)筐運(yùn)送來(lái)的成品材打成捆；輸出輥道將打好的捆輸送到成品存儲(chǔ)區(qū)域。圖2為碼垛區(qū)域各設(shè)備動(dòng)作過程流程圖。

2 系統(tǒng)配置

2．1 系統(tǒng)硬件配置

整套系統(tǒng)共配置1套ABB MP200（RMC7）系列DCS、3套 MP90（活動(dòng)打捆機(jī)）系列DCS和1套MV320系列終端，傳動(dòng)采用ABB AC80系列，MP200和MP90之間采用MasterFieldbus總線通訊，MP200與AC80采用AF100總線通訊?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件采用編碼器和接近開關(guān)配合使用。圖3為系統(tǒng)配置圖。

圖1 碼垛區(qū)域工藝設(shè)備分布圖

2．2 系統(tǒng)軟件配置

中小型碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)采用了ABB AMPL語(yǔ)言。AMPL語(yǔ)言是ABB OCS控制系統(tǒng)專門用于過程控制的、以圖形表示的功能模塊語(yǔ)言，通過數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)完成程序與過程信號(hào)的數(shù)據(jù)交換，具有功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理、編程速度快的優(yōu)點(diǎn)。AMPL語(yǔ)言是由圖形表示的功能模塊語(yǔ)言，每個(gè)功能都被看作是具有輸入、輸出的功能模塊。這些模塊被稱為PC元素，功能PC元素既具有最簡(jiǎn)單的邏輯與AND元素，也有復(fù)雜的PID調(diào)節(jié)器元素。除功能PC元素外，AMPL還具有許多將程序劃分成可以單獨(dú)處理和執(zhí)行的模塊的結(jié)構(gòu)元素。由于這些結(jié)構(gòu)元素所劃分的模塊可以有不同的掃描周期和執(zhí)行優(yōu)先權(quán)，因此在同一程序中既可以管理慢的、也可以管理快的控制工序。

圖2 碼垛區(qū)域各設(shè)備動(dòng)作過程流程圖

圖3 碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)配置圖

3 控制原理及思想

中小型碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)采用了基于位置聯(lián)鎖的控制思想，對(duì)于各設(shè)備各個(gè)位置的準(zhǔn)確性均有嚴(yán)格的要求，只有在設(shè)備位置條件滿足時(shí)才能進(jìn)行下一步動(dòng)作。現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備分工明確，在獨(dú)立完成自己工作任務(wù)的同時(shí)與其他設(shè)備合作，共同完成整個(gè)成品材的收集任務(wù)。

控制系統(tǒng)的具體動(dòng)作步驟都是通過軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該控制系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)是通過ABB AMPL語(yǔ)言的STEP程序來(lái)完成的。STEP是ABB AMPL語(yǔ)言中PC元素的一種，用于分割序列程序中的各個(gè)序列，可以直接作為一個(gè)子序列的頭部，也可以隨時(shí)被其他的子序列程序調(diào)用或跳轉(zhuǎn)到其他的子序列程序。STEP內(nèi)的程序只有在STEP的觸發(fā)條件滿足時(shí)才會(huì)執(zhí)行。中小型碼垛區(qū)域收集控制系統(tǒng)就是將各設(shè)備的每步動(dòng)作都編為一個(gè)子序列程序，在條件滿足時(shí)調(diào)用執(zhí)行其中一個(gè)子序列程序，相互觸發(fā)調(diào)用，最終實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的連鎖，完成收集任務(wù)。

4 系統(tǒng)優(yōu)化過程

對(duì)于碼垛區(qū)設(shè)備在生產(chǎn)中出現(xiàn)的一系列問題，一方面通過對(duì)活動(dòng)筐的動(dòng)作軌跡進(jìn)行優(yōu)化，由復(fù)雜的梯形改為簡(jiǎn)單的矩形；另一方面，取消現(xiàn)場(chǎng)固定筐動(dòng)作，采用在程序內(nèi)部模擬固定筐動(dòng)作；另外，活動(dòng)筐的動(dòng)作精度采用范圍精度控制，降低了設(shè)備負(fù)載。

4．1 活動(dòng)筐動(dòng)作軌跡由梯形改為矩形

活動(dòng)筐原設(shè)計(jì)從接鋼位到上中位時(shí)，前進(jìn)和上升同時(shí)動(dòng)作，整個(gè)動(dòng)作軌跡為一梯形，在投產(chǎn)初期使用比較順利，但隨著產(chǎn)能的提高和設(shè)備的老化，設(shè)備動(dòng)作日漸不能滿足生產(chǎn)的需要，設(shè)備負(fù)載很大，活動(dòng)筐在接鋼位到上中位時(shí)，前進(jìn)和上升的速度需要匹配而且要恒定不變，否則活動(dòng)筐會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)過大，觸發(fā)連鎖保護(hù)，影響生產(chǎn)。從物理學(xué)上來(lái)說(shuō)，活動(dòng)筐從接鋼位到上中位過程中，受到向上、向前和向下3個(gè)方向的力的作用，在運(yùn)動(dòng)過程中控制比較復(fù)雜，我們通過試驗(yàn)和論證，決定將活動(dòng)筐動(dòng)作軌跡由復(fù)雜的梯形改為簡(jiǎn)單的矩形，優(yōu)化后的活動(dòng)筐每步均執(zhí)行一個(gè)方向的動(dòng)作，從接鋼位先到達(dá)后上位，再前進(jìn)到上中位，上升過程中只有兩個(gè)方向的力作用，前進(jìn)時(shí)上、下兩方向力抵消，只有前進(jìn)的力起作用，容易控制，同時(shí)降低了設(shè)備負(fù)載，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。圖4為活動(dòng)筐優(yōu)化前后動(dòng)作軌跡圖。

圖4 活動(dòng)筐優(yōu)化前后動(dòng)作軌跡圖

4．2 固定筐動(dòng)作使用軟件模擬

固定筐原設(shè)計(jì)在低位和接鋼位之間做上下運(yùn)動(dòng)，由編碼器和接近開關(guān)來(lái)定位，在接鋼位由抱閘抱住，初始時(shí)固定筐在接鋼位接鋼，待鋼滿活動(dòng)筐到達(dá)接鋼位后下降到低位，待活動(dòng)筐將鋼移走后，再上升到接鋼位接鋼。整個(gè)工作過程中，活動(dòng)筐在接鋼位接鋼時(shí)，受到的沖擊力比較大，特別是在改軋重型材后，經(jīng)常出現(xiàn)接鋼位信號(hào)丟失，影響生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)設(shè)備的使用壽命也是很大的挑戰(zhàn)。在將活動(dòng)筐動(dòng)作由梯形改為矩形后，活動(dòng)筐在從接鋼位到前中位時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)不再需要固定筐下降到低位，只是在程序中模擬固定筐動(dòng)作即可，而且固定筐接鋼位還可以上提，減小了重型材降到固定筐的距離，減少了沖擊力；取消固定筐現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作后，固定筐的動(dòng)作時(shí)間也隨著取消，提高了運(yùn)行效率，同時(shí)拆除了固定筐動(dòng)力和定位設(shè)備，降低了設(shè)備和備件費(fèi)用；另外，減少了設(shè)備連鎖，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4．3 采用范圍精度控制和軟件跟蹤

活動(dòng)筐在動(dòng)作過程中由編碼器和接近開關(guān)共同來(lái)定位。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于設(shè)備負(fù)載大，加上設(shè)備老化等原因，活動(dòng)筐晃動(dòng)幅度較大，經(jīng)常造成接近開關(guān)檢測(cè)不到信號(hào)，無(wú)法觸發(fā)下一步動(dòng)作，影響正常生產(chǎn)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察和查閱相關(guān)資料后，我們決定取消接近開關(guān)定位，只選用編碼器來(lái)控制精度。編碼器數(shù)值為L(zhǎng)實(shí)，位置設(shè)定值為L(zhǎng)設(shè)，范圍精度設(shè)定值為L(zhǎng)臨，只要編碼器數(shù)值L實(shí)在（L設(shè)＋L臨）和（L設(shè)－L臨）之間，控制系統(tǒng)都認(rèn)為符合條件。同時(shí)，程序內(nèi)部對(duì)各位置設(shè)定對(duì)應(yīng)的FLAG位，共設(shè)定前下位、后下位、接鋼位、后上位、上中位和打捆位6個(gè)FLAG位。當(dāng)活動(dòng)筐到達(dá)某個(gè)位置時(shí)，將相關(guān)位的FLAG位置為1，其他5個(gè)FLAG位為0，對(duì)整個(gè)動(dòng)作過程進(jìn)行軟件跟蹤。在活動(dòng)筐動(dòng)作執(zhí)行過程中，首先根據(jù)編碼器來(lái)確定當(dāng)前位置及下一步動(dòng)作，若編碼器無(wú)法定位時(shí)，再參考各FLAG位來(lái)確定當(dāng)前位置及下一步動(dòng)作，以確?；顒?dòng)筐能穩(wěn)定準(zhǔn)確運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)不同情況，碼垛區(qū)設(shè)備控制優(yōu)化項(xiàng)目對(duì)各個(gè)設(shè)備的控制系統(tǒng)部分應(yīng)用不同策略，實(shí)施多種改進(jìn)方式，改造后實(shí)際使用效果良好，有效地提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和高效性。經(jīng)過一段時(shí)間的測(cè)試運(yùn)行，效果良好，改造后有效提高了成品的收集能力，同時(shí)減少了停機(jī)率，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該系統(tǒng)的配置和控制思路比較成熟，對(duì)其他類似系統(tǒng)有一定的借鑒價(jià)值。

［1］ Arethas Ｓ Ｐ．Energy conservation efforts at Inland Steel Company［G］／／Proceedings of the American Control Conference．New York：［s．n．］，1984：583－585．

［2］ 周英．ABB AMPL語(yǔ)言及其編程特點(diǎn)［J］．航空制造工業(yè)，1998（4）：31－32．