供稿|申世武，黃盛聲，廖峰峰，黃小剛 / SHEN Shi-wu, HUANG Sheng-sheng, LIAO Feng-feng,HUANG Xiao-gang

內(nèi)容導(dǎo)讀

通過對(duì)柳鋼熱軋廠2032熱軋生產(chǎn)線的L1/L2控制系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析，提出對(duì)現(xiàn)有控制系統(tǒng)的軟硬件升級(jí)優(yōu)化方案。升級(jí)后硬件使用當(dāng)前最流行的高性能PC服務(wù)器，使以后的其他硬件升級(jí)不再受限制，徹底解決硬件系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的備件問題，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的可靠性。全軋線L1/L2控制軟件全面升級(jí)，一方面能夠大大提高產(chǎn)品尺寸精度及性能合格率；另一方面，改造后2032熱軋生產(chǎn)線的L1/L2控制軟件整體一致性大大提高，而且與1450熱軋線軟硬件架構(gòu)、核心關(guān)鍵控制算法均高度一致，便于熱軋廠工藝、生產(chǎn)及電氣維護(hù)等人員的管理與維護(hù)工作，也有利于今后系統(tǒng)能力進(jìn)一步擴(kuò)展升級(jí)。

柳鋼熱軋廠2032熱軋線L1/L2控制系統(tǒng)及精軋板形控制于2005年10月投產(chǎn)運(yùn)行。目前L1和L2控制系統(tǒng)均存在軟硬件需要更新?lián)Q代的問題，L1控制系統(tǒng)中精軋AGC使用專用控制器，控制功能和備品備件存在很大隱患，L2控制系統(tǒng)中服務(wù)器竟然還是Windows 2003系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件和控制軟件均存在升級(jí)困難，備件處于停產(chǎn)狀態(tài)，給系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行帶來很大隱患。

對(duì)于鋼鐵企業(yè)來講，軟實(shí)力首先體現(xiàn)在低成本、低消耗、高質(zhì)量上，為此，必須打通產(chǎn)品設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)管理和制造過程之間的數(shù)字化通道，改善對(duì)生產(chǎn)過程的管理與控制能力；必須改變制造過程中人工主導(dǎo)、效率低下的運(yùn)作模式，充分發(fā)揮制造資源的效益和作用。2032熱軋板帶生產(chǎn)線控制系統(tǒng)升級(jí)改造對(duì)柳鋼實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)策略、提高競(jìng)爭(zhēng)力具有重要戰(zhàn)略意義。

熱軋2032軋線的主要機(jī)械設(shè)備采用步進(jìn)式加熱爐、液壓AGC控制系統(tǒng)、粗精軋快速換輥、軋線全自動(dòng)過程控制、西門子Simadyn-D傳動(dòng)系統(tǒng)、西門子TDC、S7-400基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)等技術(shù)。

為有效控制帶鋼熱連軋生產(chǎn)線的整個(gè)生產(chǎn)過程，根據(jù)生產(chǎn)工藝的連貫性、分布位置及控制要求，對(duì)控制系統(tǒng)按統(tǒng)一、分區(qū)、分級(jí)的方式進(jìn)行系統(tǒng)配置?？刂葡到y(tǒng)按工藝流程分為坯庫和加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)(含熱卷箱)、精軋區(qū)(含飛剪)、卷取區(qū)(含層流冷卻和運(yùn)輸區(qū))。

為保證帶鋼熱連軋生產(chǎn)線能夠具有先進(jìn)的綜合技術(shù)水平，在整體考慮三電控制系統(tǒng)時(shí)，電氣、儀表、計(jì)算機(jī)三個(gè)部分均應(yīng)選用在工藝控制要求方面行之有效并具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的控制系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備。

本次升級(jí)改造的范圍為從加熱爐入爐開始(L1不含加熱爐本體控制和入出爐輥道，L2包括加熱爐本體數(shù)據(jù)管理和跟蹤)到運(yùn)輸鏈結(jié)束。全線基礎(chǔ)自動(dòng)化核心軟硬件和過程控制系統(tǒng)整體升級(jí)改造，方便生產(chǎn)線后期服務(wù)和維護(hù)。

現(xiàn)狀及改造目標(biāo)

2032熱軋線原設(shè)計(jì)的F1、F3精軋機(jī)的軋制方式為純電動(dòng)機(jī)械壓下方式，由于在軋制過程中電動(dòng)機(jī)械壓下精度不高，導(dǎo)致板形差，容易出現(xiàn)浪形，甚至造成廢鋼，產(chǎn)品質(zhì)量異議多且導(dǎo)致整條生產(chǎn)線基本上不能軋制3.0厚度規(guī)格的產(chǎn)品。設(shè)備全部是由英國進(jìn)口的20世紀(jì)60年代的二手設(shè)備，其設(shè)備和控制相對(duì)落后，現(xiàn)在已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前鋼鐵企業(yè)發(fā)展形勢(shì)的需要。該軋線2013年產(chǎn)生質(zhì)量異議產(chǎn)品共3635 t，其中因?yàn)榘逍尾涣嫉馁|(zhì)量異議為3033 t，占所有質(zhì)量異議的83%。板形不良已經(jīng)成為影響熱軋產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提升的最大難點(diǎn)，嚴(yán)重影響了帶鋼的板形質(zhì)量，不利于提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

為了改善質(zhì)量，提高軋線利用率，針對(duì)2032熱軋線設(shè)備特點(diǎn)，決定粗軋?jiān)黾覣WC、精軋配全AGC、增加彎輥等板形控制設(shè)備，同時(shí)對(duì)L1、L2級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，目標(biāo)是有效提高2032生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量，特別是對(duì)浪形、楔形等有質(zhì)的改善。增加多功能儀，用于凸度、寬度、平直度、溫度檢測(cè)等。

硬件采用TDC+PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，一方面使用TDC替代現(xiàn)有老舊的VME345168控制器，減少控制系統(tǒng)本身的硬件故障，減少因此造成事故停機(jī)時(shí)間及損失，同時(shí)控制器計(jì)算通訊性能大大提高；另一方面，改造后2032與現(xiàn)有1450熱軋線控制器及其IO模板完全一致，大大降低了備品備件成本。

控制系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化

控制硬件升級(jí)改造

2032軋線L1、L2級(jí)控制系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化，主要更新部分L1級(jí)控制硬件，更新全部L1核心控制程序，更新L2全部服務(wù)器、軋制模型等軟硬件。2032精軋機(jī)后增加多功能儀，用于凸度、溫度、平直度、表面溫度檢測(cè)，為控制系統(tǒng)進(jìn)行反饋控制提供板形信息，對(duì)精軋出口板形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)反饋信號(hào)用于軋機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)板形進(jìn)行閉環(huán)控制。2032精軋機(jī)F1-F6增加全新彎輥，用于板形調(diào)整。2032精軋F(tuán)1、F3精軋機(jī)軋制方式改造為電動(dòng)機(jī)械壓下+液壓壓下的AGC方式，用于加強(qiáng)厚度控制。

(1) 爐區(qū)

爐區(qū)L1級(jí)6臺(tái)西門子S7-400 PLC軟硬件利舊，用于1#-3#加熱爐本體及前后輥道控制、板坯稱重等功能。修改負(fù)責(zé)裝出鋼的PLC軟件，新增與軋線L2級(jí)及R0 PLC的通訊接口功能。

(2) 粗軋區(qū)

粗軋區(qū)L1級(jí)1臺(tái)西門子S7-300 PLC軟硬件利舊，畫面集成到粗軋區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于控制高壓水除鱗。

粗軋區(qū)L1級(jí)3臺(tái)西門子S7-400、2臺(tái)S7-300PLC軟硬件利舊，畫面集成到粗軋區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于R0粗軋機(jī)液壓站控制及主電機(jī)潤滑站、齒輪稀油、油膜站、R0粗軋機(jī)AGC液壓站控制、R1粗軋機(jī)換輥液壓站及主平衡液壓站、油膜液壓、齒輪稀油、主電機(jī)潤滑站、保溫罩。用于R0粗軋機(jī)輔助控制和R1粗軋機(jī)輔助控制。

粗軋區(qū)L1級(jí)1臺(tái)R0 S7-400 PLC硬件利舊、軟件及畫面升級(jí)，并新增與L2級(jí)模型及其畫面接口，通過以太網(wǎng)與軋線和二級(jí)通訊；完成粗軋R0速度控制、R0前后輥道控制、爐后除鱗控制、R0除鱗控制、立輥控制、R0入出口側(cè)導(dǎo)板控制、R0區(qū)域軋件跟蹤和R0的電動(dòng)壓下等。

粗軋區(qū)L1級(jí)1臺(tái)R1 S7-400 PLC硬件利舊、軟件及畫面升級(jí)，并新增與L2級(jí)模型及其畫面接口，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，完成粗軋R1速度控制、R1前后輥道控制、R1除鱗控制、R1入出口側(cè)導(dǎo)板控制、R1區(qū)域軋件跟蹤、R1剔廢裝置控制、電動(dòng)壓下控制等。

粗軋區(qū)L1級(jí)新增1臺(tái)西門子TDC控制器，新增SM500信號(hào)模板，新增控制軟件及畫面，完成粗軋R0液壓HAPC、AGC控制和粗軋液壓AWC/SSC控制。通過以太網(wǎng)與R0 PLC主控制器通訊，通過GDM網(wǎng)與其他TDC控制器通訊。取消原有R0的VME控制器。

(3) 精軋區(qū)

精軋區(qū)L1級(jí)3臺(tái)西門子S7-300 PLC軟硬件利舊，畫面集成到精軋區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于熱卷箱液壓站、精軋機(jī)液壓站低壓換輥、主平衡、齒輪稀油、油膜潤滑控制和精軋機(jī)AGC液壓站控制。

精軋區(qū)L1級(jí)5臺(tái)西門子S7-400 PLC硬件利舊，軟件及畫面升級(jí)，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于熱卷箱本體及區(qū)域輥道控制，飛剪剪切、前后輥道控制及精軋除鱗控制，精軋換輥、輔助控制，層流冷卻控制。

精軋區(qū)L1級(jí)1臺(tái)西門子TDC硬件利舊，軟件及畫面全部升級(jí)，通過以太網(wǎng)與軋線及二級(jí)通訊，通過GDM網(wǎng)與其他TDC控制器通訊。用于精軋主速度控制、液壓活套控制和精軋區(qū)數(shù)據(jù)管理(DMC)控制。

精軋區(qū)L1級(jí)3臺(tái)西門子TDC硬件利舊，增加CPU數(shù)量，增加SM500信號(hào)模板接入液壓AGC信號(hào)及板型儀表信號(hào)，增加ET200M遠(yuǎn)程IO柜接入彎輥信號(hào)，軟件及畫面全部替換，用于精軋F(tuán)1-F6電動(dòng)壓下、液壓壓下HAPC和AGC控制、精軋F(tuán)1-F6彎輥控制。取消原有精軋AGC的VME控制器。通過GDM網(wǎng)與其他精軋速度活套TDC控制器通訊。

精軋區(qū)L1級(jí)1臺(tái)西門子GDM服務(wù)器硬件利舊，通過光纖保證全線各TDC控制器之間的快速通訊，并實(shí)現(xiàn)粗軋與精軋、精軋與卷取區(qū)域間通訊，減輕以太網(wǎng)的通訊負(fù)荷。

(4) 卷取區(qū)

卷取區(qū)L1級(jí)4臺(tái)西門子S7-300 PLC軟硬件利舊，畫面集成到卷取區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于2#卷取機(jī)及運(yùn)輸鏈液壓站控制、2#打捆機(jī)控制、3#卷取機(jī)液壓站控制和3#打捆機(jī)控制。

卷取區(qū)L1級(jí)新增1臺(tái)TDC硬件，新增SM500接入快速信號(hào)，新增ET200M IO站接入慢速信號(hào)(取消卷取操作臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)IO信號(hào))，完成G輥道、2#卷取、卸卷控制軟件(參考現(xiàn)有3#卷取機(jī)軟件)，通過以太網(wǎng)與軋線及二級(jí)、HMI通訊，通過GDM網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與精軋區(qū)域TDC及3#卷取TDC通訊，用于2#卷取機(jī)質(zhì)量控制及需要高速控制的位置、速度、張力、踏步、卸卷等控制。取消2#卷取機(jī)配套的2套西門子S7 400 PLC控制器。

卷取區(qū)L1級(jí)利用原有的1臺(tái)西門子TDC硬件及其軟件，軟件修改增加卸卷功能、新增與L2系統(tǒng)接口。實(shí)現(xiàn)3#卷取機(jī)質(zhì)量控制及需要高速控制的位置、速度、張力、踏步、卸卷等的控制。通過以太網(wǎng)與軋線及二級(jí)、HMI通訊，通過GDM網(wǎng)與其他TDC控制器通訊。取消原有的1臺(tái)3#卷取機(jī)卸卷控制用西門子S7-400 PLC。

(5) 運(yùn)輸區(qū)

運(yùn)輸區(qū)L1級(jí)1臺(tái)西門子S7-400 PLC軟硬件利舊，新增跟蹤功能，畫面集成到卷取區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于1-7#運(yùn)輸鏈控制。

運(yùn)輸區(qū)L1級(jí)1臺(tái)西門子S7-300 PLC軟硬件利舊，新增跟蹤功能，畫面集成到卷取區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于8-9#運(yùn)輸鏈控制。

控制軟件升級(jí)改造

熱軋過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(L2)主要任務(wù)是對(duì)熱連軋全線的各生產(chǎn)工序進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤、數(shù)據(jù)采集和工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)定。生產(chǎn)計(jì)劃部門根據(jù)熱軋工藝要求、交貨進(jìn)度和板坯來料情況編制出每天的生產(chǎn)計(jì)劃，由L3級(jí)下達(dá)到L2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。L2計(jì)算機(jī)將嚴(yán)格地按照生產(chǎn)計(jì)劃，控制板坯從入爐輥道開始，依次經(jīng)過加熱、粗軋、精軋、層流冷卻、卷取、運(yùn)輸鏈等工藝過程。

外部通訊使用傳輸表機(jī)制，即在數(shù)據(jù)庫之間通過數(shù)據(jù)庫鏈接完成通訊任務(wù)。包括三級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)、加熱爐二級(jí)系統(tǒng)之間的傳輸數(shù)據(jù)等，均采用此種通訊方式。改造后系統(tǒng)的接口程序采用現(xiàn)有通訊方式開發(fā)，不需要修改外部數(shù)據(jù)源的通訊模塊。

新系統(tǒng)預(yù)留和柳鋼熱軋MES通訊，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)審查階段確定二級(jí)和MES系統(tǒng)通訊的方式和接口。L1/L2通信采用TCP/IP協(xié)議，由于L1/L2之間數(shù)據(jù)交換量大，且實(shí)時(shí)性要求高，所以需要高速的通信控制程序來保證。PCDP中間件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了針對(duì)過程控制系統(tǒng)特點(diǎn)而開發(fā)的TCP/IP通信協(xié)議軟件包，通過簡單的配置和API接口即可實(shí)現(xiàn)L1/L2之間的快速、可靠的通信任務(wù)。L1/L2通信主要包括軋線L2與L1控制器、測(cè)厚儀和測(cè)寬儀、多功能儀、表面檢測(cè)儀等各方的信息交換，收集和處理L1發(fā)來的實(shí)際測(cè)量值和跟蹤信息，設(shè)定計(jì)算完后向L1發(fā)送設(shè)定值數(shù)據(jù)。

結(jié)束語

控制系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，以資源的高效利用為核心，以減量化、再利用、資源化為準(zhǔn)則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征。統(tǒng)一L1/L2兩線控制系統(tǒng)程序編程風(fēng)格，提高可讀性，從而提高可維護(hù)性和運(yùn)行穩(wěn)定。提高軋線全過程控制精度，實(shí)現(xiàn)全線產(chǎn)品信息系統(tǒng)更快更穩(wěn)定的傳輸及查詢，有利于跟蹤板形和成品質(zhì)量。簡化操作，降低操作工作業(yè)強(qiáng)度及失誤率，減少廢鋼。提高兩線L1/L2系統(tǒng)服務(wù)器、控制器、關(guān)鍵檢測(cè)元器件的通用性，降低備件價(jià)格及庫存量。

當(dāng)今鋼廠之間的競(jìng)爭(zhēng)將更多的是產(chǎn)品質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)，是品牌的競(jìng)爭(zhēng)，因此產(chǎn)品質(zhì)量的好壞顯著地影響產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。通過對(duì)熱軋控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，可極大的提升熱軋的控制水平，確保熱軋產(chǎn)品質(zhì)量得到質(zhì)的飛躍，從而提升熱軋產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過本次熱軋生產(chǎn)線整體升級(jí)改造項(xiàng)目實(shí)施不僅起到了減員增效的目的，而且提高了2032熱軋線自動(dòng)化控制水平，提升了軋線熱軋產(chǎn)品質(zhì)量，拓寬了產(chǎn)品供應(yīng)范圍，進(jìn)一步提升了柳鋼2032熱軋生產(chǎn)線在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

攝影 杜毅銘