呂　霞（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪271104）

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寬厚板雙邊剪控制系統(tǒng)優(yōu)化

呂霞
（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪271104）

摘要：分析了寬厚板雙邊剪控制系統(tǒng)存在的剪切順控不合理、跟蹤不準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)故障排除困難、信號(hào)不穩(wěn)等問(wèn)題，采用優(yōu)化剪切順控、跟蹤控制，應(yīng)用基于總線的Profibus-DP技術(shù)，檢測(cè)元件冗余配置等優(yōu)化措施，使系統(tǒng)功能更加完善，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，提高了雙邊剪自動(dòng)化控制水平和剪切速率，產(chǎn)品成材率提高5%，模板損壞率降至0，每年可節(jié)約電耗108 000 kW·h。關(guān)鍵詞：雙邊剪；控制系統(tǒng)；優(yōu)化改進(jìn)；跟蹤控制

1　前　言

萊鋼4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線雙邊剪主要負(fù)責(zé)通過(guò)剪切鋼板的兩側(cè)邊部，使鋼板達(dá)到成品寬度的要求［1］。隨著國(guó)內(nèi)寬厚板市場(chǎng)的變化，對(duì)生產(chǎn)線設(shè)備維護(hù)、控制優(yōu)化的要求逐漸提高。由于設(shè)計(jì)原因，原有自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要，為此，對(duì)該雙邊剪控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善。

2　存在問(wèn)題

2.1剪切順序控制不合理

雙邊剪自動(dòng)化控制是通過(guò)順序控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，雙邊剪順控系統(tǒng)包括刃距調(diào)整順控系統(tǒng)、剪前準(zhǔn)備順控系統(tǒng)、剪切控制順控系統(tǒng)等［2］。雙邊剪剪切前進(jìn)行手動(dòng)激光劃線，鋼板磁力對(duì)中，保證切邊尺寸；剪刃刃距調(diào)整，保證切邊質(zhì)量；當(dāng)主電機(jī)開(kāi)始動(dòng)作，剪刃進(jìn)入循環(huán)剪切的狀態(tài)，各設(shè)備根據(jù)板坯頭部位置進(jìn)行動(dòng)作，直至鋼板剪切完畢。但是有些設(shè)備需手動(dòng)操作或動(dòng)作時(shí)序不合理，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。

2.2跟蹤不準(zhǔn)

生產(chǎn)過(guò)程中，鋼板跟蹤不準(zhǔn)造成畫(huà)面和現(xiàn)場(chǎng)不符，鋼坯實(shí)際位置和畫(huà)面顯示的鋼板的位置相差很大距離，不僅鋼板無(wú)法自動(dòng)剪切，而且嚴(yán)重影響了生產(chǎn)節(jié)奏。

2.3網(wǎng)絡(luò)故障排除困難

雙邊剪Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中，PLC作為主站，眾多的ET200S和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件（磁尺和編碼器）作為從站，從站是串聯(lián)方式，這樣一個(gè)從站出現(xiàn)問(wèn)題，如元器件損壞或者電源故障，該從站之后的其他從站也會(huì)受到影響，整條網(wǎng)絡(luò)都有可能癱瘓，而且很難判斷是哪一個(gè)從站出了問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)影響很大，帶來(lái)不必要的停機(jī)［3］。

2.4信號(hào)不穩(wěn)

系統(tǒng)中的模擬量信號(hào)誤差非常大，而且經(jīng)常出現(xiàn)跳變的情況，從而使操作人員不能及時(shí)判斷現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，存在非常大的隱患。

2.5檢測(cè)元件易損壞

雙邊剪部分檢測(cè)元器件易損壞，導(dǎo)致故障率高，影響生產(chǎn)節(jié)奏。如剪前磁力對(duì)中裝置，擋塊在磁塊本體上焊接，由于磁塊本體容易發(fā)生晃動(dòng)，導(dǎo)致提升下降限位接近開(kāi)關(guān)經(jīng)常被擋塊撞壞；寬度調(diào)整裝置磁尺由于極限位損壞導(dǎo)致磁尺損壞，并且不易更換，故障時(shí)間長(zhǎng)。

3　控制系統(tǒng)優(yōu)化

3.1優(yōu)化剪切順序控制

通過(guò)仔細(xì)研究雙邊剪各個(gè)工藝環(huán)節(jié)直接的前后關(guān)系，深入分析自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)部的工藝關(guān)聯(lián)，以動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的問(wèn)題分解、減少重復(fù)等為指導(dǎo)，對(duì)程序進(jìn)行合理優(yōu)化，避免過(guò)多的工藝等待時(shí)間。

1）激光劃線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。激光劃線調(diào)整為操作工手動(dòng)按鈕進(jìn)行寬度調(diào)整，現(xiàn)將其加入到剪切準(zhǔn)備順控中，進(jìn)行自動(dòng)寬度調(diào)整，免去操作人員再次操作調(diào)整按鈕。2）剪切順控優(yōu)化。當(dāng)鋼板尾部離開(kāi)后部輥道后，立即將輥道控制權(quán)交與后一支鋼板，實(shí)現(xiàn)正在剪切的鋼板尾部離開(kāi)接近輥道后，待切鋼板可前進(jìn)至磁力對(duì)中位置進(jìn)行預(yù)對(duì)中的功能。

3.2跟蹤控制優(yōu)化

3.2.1精細(xì)調(diào)整金屬檢測(cè)器的檢測(cè)精度和范圍

通過(guò)硬件和軟件相結(jié)合的方式來(lái)對(duì)跟蹤進(jìn)行修正。在軟件方面，根據(jù)實(shí)際情況，將光電管的修正范圍確定一個(gè)合適的數(shù)值，并且實(shí)際測(cè)量光電管距離開(kāi)始基準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，將這些實(shí)測(cè)數(shù)值應(yīng)用在程序中。硬件方面，在環(huán)境惡劣區(qū)域通過(guò)增加光電管，重新選型等方式來(lái)增強(qiáng)信號(hào)的可靠度。

3.2.2跟蹤信息凍結(jié)功能

跟蹤信息出現(xiàn)錯(cuò)誤以后，很難重新將實(shí)際的鋼板和當(dāng)前的跟蹤信號(hào)匹配起來(lái)。為此，開(kāi)發(fā)跟蹤信息凍結(jié)功能，當(dāng)跟蹤信息出錯(cuò)后，點(diǎn)擊操作臺(tái)上的跟蹤信息凍結(jié)按鈕，進(jìn)入跟蹤信息凍結(jié)功能，控制操作手柄，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際鋼板操作，但畫(huà)面上的跟蹤信息位置不變，使鋼板實(shí)際位置與跟蹤信息位置保持一致，方便操作人員重新對(duì)正鋼板。鋼板對(duì)正后，再次按下接觸跟蹤信息凍結(jié)功能按鈕并恢復(fù)自動(dòng)，就可以正常剪切。

3.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)優(yōu)化

將網(wǎng)絡(luò)改成總線模式，即每一個(gè)從站相對(duì)是獨(dú)立的，一旦其中一個(gè)從站出現(xiàn)故障，其他從站將不會(huì)受到任何影響；充分利用Repeater的拓展功能，將各遠(yuǎn)程站由串聯(lián)型結(jié)構(gòu)改為總線型結(jié)構(gòu)［1］，一個(gè)從站停電或者故障，其他從站不受影響；并利用DP三通接頭對(duì)檢測(cè)元件的串聯(lián)型結(jié)構(gòu)改為總線型結(jié)構(gòu)，一個(gè)檢測(cè)元件出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響其他檢測(cè)元件的通訊，降低了停機(jī)率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)優(yōu)化后，每一個(gè)從站的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)都很穩(wěn)定，基本實(shí)現(xiàn)通訊線路無(wú)故障，提高了實(shí)際產(chǎn)能效率，通訊效果最優(yōu)化，提高了設(shè)備故障查找速度和設(shè)備事故解除率。

3.4信號(hào)優(yōu)化

系統(tǒng)中的模擬量信號(hào)誤差非常大，而且經(jīng)常出現(xiàn)跳變的情況，操作人員不能及時(shí)判斷現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，存在非常大的隱患。為此，采用一入兩出的隔離柵對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，提高信號(hào)穩(wěn)定性。

雙邊剪現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量輸出信號(hào)模板由于設(shè)備頻繁動(dòng)作而損壞，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。對(duì)數(shù)字量輸出信號(hào)進(jìn)行隔離改造，取消模板信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)閥組的情況，有效避免模板的頻繁損壞。方案實(shí)施后，模板損壞率為0。

3.5關(guān)鍵檢測(cè)元件冗余配置

雙邊剪磁力對(duì)中裝置是用來(lái)調(diào)整鋼板，使其與激光劃線裝置的激光線平行［4］。其上升、下降這兩個(gè)位置分別由兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，由于磁力對(duì)中磁塊安裝不穩(wěn)定，移動(dòng)期間經(jīng)常撞壞接近開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)磁力對(duì)中位置的限位信號(hào)丟失而造成停切的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)節(jié)奏。對(duì)磁力對(duì)中的檢測(cè)方式進(jìn)行改造，每個(gè)磁力對(duì)中各增加1個(gè)光電管對(duì)其位置進(jìn)行檢測(cè)，接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)的信號(hào)與光電管檢測(cè)的信號(hào)相結(jié)合，使信號(hào)更加精確、穩(wěn)定。改造完成后，磁力對(duì)中位置的檢測(cè)精確而且穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)因磁力對(duì)中位置信號(hào)不穩(wěn)定而造成雙邊剪停切的現(xiàn)象，從而降低了雙邊剪的故障率。

雙邊剪寬度調(diào)整裝置是由雙邊剪入口和出口兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)移動(dòng)側(cè)剪體滑動(dòng)來(lái)調(diào)整移動(dòng)側(cè)剪體與固定側(cè)剪體之間的距離的，其設(shè)定值是鋼板寬度，實(shí)際值是由磁尺進(jìn)行檢測(cè)，損壞不易更換。通過(guò)增加激光測(cè)距儀來(lái)替代磁尺，同時(shí)在控制系統(tǒng)中增加磁尺和激光測(cè)距儀的軟限位，防止硬件限位出現(xiàn)故障時(shí)設(shè)備動(dòng)作超限造成磁尺損壞，在硬件上實(shí)現(xiàn)了雙設(shè)備冗余，以防止測(cè)量信號(hào)出錯(cuò)而引發(fā)的自動(dòng)控制系統(tǒng)錯(cuò)誤動(dòng)作，提高自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的可靠性，從而提高剪切系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。磁尺和激光測(cè)距儀的選擇是從人機(jī)界面上進(jìn)行的。

3.6開(kāi)發(fā)液壓站“一鍵式”節(jié)能控制系統(tǒng)

寬厚板生產(chǎn)中，“待溫、待料、待電”期間，往往因工藝需要不能停主泵。經(jīng)過(guò)觀察，僅使用1臺(tái)主泵即可滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的壓力要求，但是經(jīng)常是工作中的主泵全部在運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致多余的油泵在空轉(zhuǎn)，造成電能浪費(fèi)。在雙邊剪液壓系統(tǒng)的操作畫(huà)面上制作一個(gè)按鈕“Save Mode”，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)一下即可實(shí)現(xiàn)“一鍵式”節(jié)能功能，只保留1臺(tái)泵來(lái)滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，而其他泵停止運(yùn)行。“待溫、待料、待電”結(jié)束后，右鍵點(diǎn)擊該按鈕，液壓系統(tǒng)恢復(fù)正常生產(chǎn)模式。

雙邊剪液壓站有5臺(tái)主泵，對(duì)所有主泵進(jìn)行編號(hào)及優(yōu)先級(jí)劃分，1#～5#優(yōu)先級(jí)依次降低。當(dāng)啟用一用多備功能時(shí)，保留所啟動(dòng)主泵中優(yōu)先級(jí)最高主泵，將其他主泵的運(yùn)行命令切除。當(dāng)未啟用和取消一用多備功能時(shí)，所有主泵按照原運(yùn)行命令運(yùn)行。

4　結(jié)語(yǔ)

萊鋼寬厚板雙邊剪控制系統(tǒng)優(yōu)化后，使相關(guān)設(shè)備的自動(dòng)連鎖控制更加緊密，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和設(shè)備智能化的水平有了較大提高，雙邊剪整體的控制能力和水平進(jìn)一步增強(qiáng)，每班次剪切量由100支提高到110支，產(chǎn)品成材率提高5%，模板損壞率降至0，開(kāi)發(fā)的液壓站“一鍵式”節(jié)能控制模式，每年可節(jié)約108 000 kW·h電耗。

參考文獻(xiàn)：

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［3］吉年豐，楊慶豐，王洪濤.浦鋼羅涇寬厚板廠雙邊剪自動(dòng)控制系統(tǒng)［J］.冶金自動(dòng)化，2008（S2）：665-667．

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Optimization of Double Side Trim Shear Control System

Lü Xia
（The Automation Department of Laiwu Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China）

Abstrraacctt:: This paper analyzes the double side trim shear control system problem such as defects in shear sequence control, inaccurate tracking，network fault difficult to processing，and unstable signal. We adopt optimized shear sequence control, tracking control, applications based on bus Profibus-DP technology, detecting element redundant configuration optimization measures, such as make the system more complete, the equipment running more stable and improve the bilateral shear automation control level and cut rate. Product yield was increased by 5%, template damage rate was dropped to zero, and 108 000 kW·h power consumption can be saved a year.

Key worrddss:: double side trim shear; control system; optimization; tracking contro

經(jīng)濟(jì)與管理

信息化建設(shè)

作者簡(jiǎn)介：呂霞，女，1982年生，2007年畢業(yè)于青島理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)為萊鋼自動(dòng)化部工程師，從事冶金自動(dòng)化控制工作。

收稿日期：2015-06-08

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4620（2015）06-0063-02