唐山鋼鐵集團(tuán)信息自動(dòng)化部 盛 琪

0 前言

隨著鋼鐵技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在工藝生產(chǎn)中起著越來越重的作用，但是在傳統(tǒng)的重卷線生產(chǎn)中，多數(shù)是采用半自動(dòng)的控制方式，存在如下問題：（1）操作工在生產(chǎn)過程中要手動(dòng)輸入大量數(shù)據(jù)，極易輸入錯(cuò)誤且效率低下；（2）張力設(shè)定值、負(fù)載等工藝值全靠操作工的經(jīng)驗(yàn)值，沒有科學(xué)性連續(xù)性，產(chǎn)品質(zhì)量一直上不去；（3）每個(gè)班都需配備一個(gè)專人負(fù)責(zé)打印標(biāo)簽，耗費(fèi)人力。

高度的自動(dòng)化控制技術(shù)，簡(jiǎn)化了工藝操作流程，以更合理、更科學(xué)的方式控制生產(chǎn)流程和產(chǎn)品質(zhì)量，是未來鋼鐵技術(shù)的發(fā)展方向。重卷過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的投入使用，摒棄了以往生產(chǎn)全靠操作工憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)輸入設(shè)定值的傳統(tǒng)方式，采用科學(xué)合理的自動(dòng)化控制技術(shù)，由計(jì)算機(jī)程序計(jì)算工藝參數(shù)值，全自動(dòng)進(jìn)行張力控制，簡(jiǎn)化了操作工藝流程，降低了操作工人為輸入出錯(cuò)的概率，減少了產(chǎn)品質(zhì)量事故，提高了生產(chǎn)產(chǎn)量。

1 系統(tǒng)方案

采用“B/S”模式，其中服務(wù)端提供接收?qǐng)?bào)文、發(fā)送報(bào)文、解析XML數(shù)據(jù)、物料跟蹤、設(shè)定值計(jì)算、全線張力控制、自動(dòng)剪切分卷、收集測(cè)量值、自動(dòng)打印標(biāo)簽、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等管理功能；客戶端采用將網(wǎng)站鑲嵌在WINCC畫面的模式，將基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化協(xié)同在一起，更加直觀和方便，用于查看并修改原料數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)、測(cè)量值、設(shè)定值等數(shù)據(jù)，顯示線上物料跟蹤、控制上卷、分卷、退卷等操作。當(dāng)操作工在客戶端修改數(shù)據(jù)時(shí)，客戶端向服務(wù)端發(fā)送修改請(qǐng)求，服務(wù)端先記錄下請(qǐng)求信息并存儲(chǔ)到日志中再更新數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中，最后將修改后的結(jié)果返回到客戶端顯示。

2 系統(tǒng)功能

重卷過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要功能有：接收三級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、XML數(shù)據(jù)解析、計(jì)算設(shè)定值、全線物料跟蹤、對(duì)帶鋼進(jìn)行張力控制，自動(dòng)剪切分卷、自動(dòng)打印標(biāo)簽、收集現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值、發(fā)送成品質(zhì)量數(shù)據(jù)等。

2.1 XML數(shù)據(jù)解析

計(jì)劃員在三級(jí)系統(tǒng)下發(fā)計(jì)劃后，生成XML文件傳輸?shù)浇涌?，由本系統(tǒng)的觸發(fā)器觸發(fā)存儲(chǔ)過程對(duì)新數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理，然后將解析后的數(shù)據(jù)存入本地?cái)?shù)據(jù)庫。向三級(jí)系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，本地?cái)?shù)據(jù)庫觸發(fā)器觸發(fā)存儲(chǔ)過程對(duì)數(shù)據(jù)封裝處理，封裝完成后存入三級(jí)系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)表。這樣處理極大的提高了處理效率并且降低了資源開銷。結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 與三級(jí)的通訊流程

2.2 物料跟蹤

物料跟蹤一直是自動(dòng)化控制中最重要的部分之一。本項(xiàng)目采用基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化協(xié)同處理，基礎(chǔ)自動(dòng)化提供焊縫跟蹤數(shù)據(jù)，過程自動(dòng)化顯示卷號(hào)并計(jì)算跟蹤距離的方式來進(jìn)行物料跟蹤。當(dāng)操作工將鋼卷從步進(jìn)梁上到開卷機(jī)后，全程由系統(tǒng)自動(dòng)控制并顯示，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)到焊縫到達(dá)時(shí)將測(cè)量數(shù)值傳給過程自動(dòng)化，由過程自動(dòng)化匹配卷號(hào)并計(jì)算跟蹤，最終再將跟蹤數(shù)據(jù)反饋給基礎(chǔ)自動(dòng)化。

2.3 設(shè)定值計(jì)算與發(fā)送

設(shè)定值計(jì)算是當(dāng)鋼卷到入口步進(jìn)梁上后，根據(jù)其PDI原始數(shù)據(jù)，如鋼種、寬度、厚度等，自動(dòng)計(jì)算生產(chǎn)過程中所需的設(shè)定值，并根據(jù)物料跟蹤到各區(qū)域時(shí)，自動(dòng)將該區(qū)域設(shè)備所需的設(shè)定值發(fā)送給基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)。這里主要分開卷機(jī)、拉矯機(jī)、檢查站、卷取機(jī)四個(gè)區(qū)域發(fā)送。當(dāng)鋼卷上開卷機(jī)后，自動(dòng)將開卷機(jī)區(qū)域所需的設(shè)定值發(fā)送給基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，當(dāng)焊縫到達(dá)拉矯機(jī)前，自動(dòng)發(fā)送拉矯機(jī)區(qū)域的設(shè)定值，檢查站、卷取機(jī)區(qū)域以此類推。發(fā)送機(jī)制采用TCP/IP協(xié)議的SOCKET通信技術(shù)，發(fā)送端主動(dòng)向接收端請(qǐng)求連接打開通道，將要發(fā)送的內(nèi)容封裝成包發(fā)送到接收端的IP地址和端口上。

2.4 張力控制

張力控制是重卷線生產(chǎn)的最核心環(huán)節(jié)，決定著重卷線產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，也是自動(dòng)化水平高度的體現(xiàn)。在傳統(tǒng)的重卷線系統(tǒng)中，張力控制全靠操作工憑借經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)控制，高度依賴操作工的工藝水平和經(jīng)驗(yàn)，沒有科學(xué)性和連續(xù)性，容易發(fā)生質(zhì)量事故。本系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)備性能參數(shù)與科學(xué)的工藝?yán)碚?、自?dòng)化技術(shù)相結(jié)合，建立了一套獨(dú)有的張力控制模型。如卷取機(jī)張力參數(shù)計(jì)算公式如下：

（1）因子A=(Tmax-T)/(Tmax-Tmin)

注：Tmax：分組最大厚度；Tmin：分組最小厚度；T：帶鋼實(shí)際厚度。

（2）卷曲張力RT=(Rmax-A×(Rmax-Rmin))×T×W

注：Rmax：分組最大張力；Rmin：分組最小張力；W：帶鋼實(shí)際寬度拉矯機(jī)是重卷線生產(chǎn)和修復(fù)問題卷的重要設(shè)備，其張力控制也是最難的,我們根據(jù)拉矯機(jī)設(shè)備性能參數(shù)和其前后段的張力控制建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來計(jì)算張力。其中的一個(gè)公式如下：

張力系數(shù)Y=(X4+1)×T2×1.6+T1

注：T1：開卷機(jī)張力；T2：卷取機(jī)張力；X：拉矯機(jī)某性能參數(shù)。

2.5 自動(dòng)剪切分卷技術(shù)

自動(dòng)剪切時(shí)，剪切模式分為按焊縫剪切和按重量剪切兩種模式。如果按焊縫剪切，當(dāng)跟蹤到下一焊縫到飛剪前時(shí)，會(huì)自動(dòng)減速，在焊縫前剪切。如果按重量剪切，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)分卷規(guī)則、分卷最大最小重量和該卷實(shí)際剩余長(zhǎng)度以及按拉矯機(jī)延伸率得出的預(yù)計(jì)延伸長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，得到下一次剪切長(zhǎng)度。當(dāng)帶鋼到達(dá)該長(zhǎng)度后，自動(dòng)減速剪切分卷。計(jì)算公式如下：

（1）分卷最小長(zhǎng)度Lmin=Wmin×(1+E/100)/W×L

（2）分卷最大長(zhǎng)度Lmax=Wmax×(1+E/100)/W×L

（3）總長(zhǎng)度Lt=Lr×(1+E/100)

（4）將總長(zhǎng)度L在(Lmin, Lmax)區(qū)間范圍內(nèi)循環(huán)平分取余，計(jì)算出下一次剪切長(zhǎng)度。注：Wmin:分卷最小重量；Wmax:分卷最大重量；E:延伸率；W:實(shí)際重量；L:實(shí)際長(zhǎng)度。

3 應(yīng)用效果

系統(tǒng)上線后，取消了很多手動(dòng)輸入、分卷、分配卷號(hào)等傳統(tǒng)流程，減少了人為失誤造成生產(chǎn)事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了全流程跟蹤自動(dòng)控制；解決了以往生產(chǎn)控制全由操作工憑經(jīng)驗(yàn)操作的問題，由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算控制，使得張力分配更加合理科學(xué)，因張力問題造成的生產(chǎn)事故和質(zhì)量事故明顯下降，大幅提高了產(chǎn)量和質(zhì)量。