WinCC在酸洗机组中的应用

2012-07-30李健

一重技术 2012年5期

李健

随着冷轧带钢技术的发展以及越来越多的冷轧生产线投产，带钢的酸洗技术也日渐进步。热轧带钢终轧温度高达850℃左右，在其表面必然生成氧化铁皮，这些氧化铁皮必须在冷轧前去除干净，所以，一般的冷轧厂都配有酸洗机组[1]。本文以国内某钢厂的半连续推拉式酸洗机组的调试过程为依据，讨论以监控软件WinCC为基础的人机界面系统在整个酸洗系统中的作用[2]。

1 推拉式酸洗机组

该机组应用的项目是一条年产量60万吨的生产线，采用盐酸紊流浅槽酸洗工艺，在常温状态下，将厚为2.0～4.0 mm、宽为700～1250 mm的热轧低碳钢、超低碳钢等带钢表面的氧化铁皮清除干净，经酸洗后的钢板表面平滑、银亮。该推拉式酸洗机组单卷工作，带钢通过工艺段是断续的，其设备简单，生产及操作灵活，投资相对较少。

该机组工作时，先由上料小车将钢卷送到准备机组受料辊的中央，带头沿引料板进入四辊直头矫直机，经矫直后按要求长度切头，之后将带头退回到靠近矫直机侧受料辊下，上卷小车将钢卷送往开卷机，启动开卷机和压辊使带头沿引料板经转向辊进入七辊矫直机的引料辊时停住，机组正常运行时，开卷机与七辊矫直机之间建立张力，保证开卷时带钢张力恒定

启动对中装置对中后穿带，矫直机后设有光电管，当带头到达此处时，转向辊上的编码器清零，开始跟踪带头。在酸洗中带钢要沿槽底运行，带钢在酸液中的沉浸深度在120 mm左右，槽底设有排酸口、侧边设有进酸口，以产生紊流，缩短酸洗时间。酸槽与喷淋水槽间有一定的捕水空间，喷淋区设五级喷淋，前四级为循环冷喷淋，最后一级为非循环热水喷淋。带钢出热水清洗槽后，进入烘干机，烘干机温度自动控制，烘干机前设有光电管，用来控制带速，烘干机前还设有带边空气吹扫装置，带头过烘干机后，整个机组由出口操作台控制，带头经坑前夹送辊进入活套，再经对中装置和活套出口拉辊进入圆盘剪，过后而顺序进入三辊张力辊，带头最后经出口导板进入卷取机钳口。机组正常运行时，三辊张力辊与卷取机之间建立张力，同时三辊张力辊与坑后夹送辊之间也应建立适当张力，控制机组出口段的张力稳定。

卷取机钳口咬紧带头并在卷筒上卷取2～3圈后，三辊张力辊的中间辊压下，压辊和导板打开，全线提速到酸洗速度。

当酸洗过程中因故停机或穿带时因卷取机钳口咬钢不进而停机时，活套要微速充套，以减弱带钢上的停车黑斑。当带尾通过圆盘剪前的光电管时，圆盘剪前的对中装置打开，当带尾通过三辊张力辊前的光电管时，卷取机降速，二辊张力辊和卷取机的压辊压下，带尾被跟踪定位在卸卷位置。此时卷筒收缩，卷取机压辊抬起，卸卷小车和推板一起动作使钢卷脱离卷取机。

该生产线所需工业辅助设施主要有：（1）压缩空气，一是用于工艺段的带钢表面吹扫，阻止酸液随带钢出酸洗槽或漂洗水随带钢出漂洗槽，以防止液体停留带钢表面时间过长，造成工艺参数浮动过大或产生锈蚀，二是用作控制气，用来控制挤干辊抬起/压下，压缩空气的工作压力为0.6 MPa，流量为3 m3/min；（2）水蒸气，用于加热酸液、漂洗水以及烘干带钢，工作压力为0.5 MPa，流量为6 l/h。

该生产线的工艺流程如下：

原料—鞍座—地辊—三辊直头机—切头—上料小车—开卷机—开卷刀—对中侧导辊—夹送辊—七辊矫直机—切头剪—切角剪—酸洗槽—清洗槽—烘干—坑前夹送辊—活套坑—坑后夹送辊—圆盘剪—张力辊—检查台—静电涂油机（预留）—出口夹送转向辊—张力卷取机（带EPC）—卸料小车—出口钢卷鞍座—半自动打捆装置

2 系统配置

本机组基础自动化控制系统由SIMATICS7-400 PLC、ET200M远程I/O站及HMI系统构成。由S7-400PLC及若干远程I/O ET200M站完成全部逻辑控制及顺序控制功能。PLC与计算机之间通过工业以太网进行通讯，通讯速率100 M，由于入口操作台与PLC距离较远，采用光纤进行传输。PLC与直流传动装置及ET200远程工作站之间通过Profibus-DP进行通讯，通讯速率12 M。

按生产线的工艺要求，将生产线传动设备分为调速和非调速两种控制方式，调速设备均采用交流异步机变频控制系统。交流异步机控制系统采用整流/回馈单元+公共直流母线+逆变器传动单元的配置形式，传动装置均采用SIEMENS Sl20系列产品。非调速交流电机均由马达中心控制（MCC柜），直接启动。

全线设置三台监控计算机，分别安放在工程师站，入口操作台以及出口操作台（见图1）。

PLC控制器采用STEP7 V5.4，HMl监控系统采用WinCC V6.0版本，WinCC采用标准Microsoft SQL Server数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，便于观察生产流程的动态画面，更好地指挥调度生产。三台计算机均采用Windows XP操作系统，HMI上的监控数据通过工业以太网与PLC进行通汛，完成对现场设备的操作。人机接口通过以太网相互联接，图形以图形标准接口为基础，每个服务器覆盖一个专门的机组区段或者具有一个针对性的功能，并且负责管理过程通讯、数据存储以及与客户的通讯。

3 WinCC主要功能

作为全集成自动化系统的重要组成部分，WinCC起着重要的作用。WinCC能确保与SIMATIC系列PLC的方便连接和高效通讯，通过二者的紧密集合，缩短了项目开发周期。WinCC还具有对SIMATIC PLC进行系统诊断的功能，为硬件维护提供了方便。此外，WinCC还提供了一系列编辑器和接口，用来单独组态有关应用程序的功能，对于整个推拉式酸洗系统，负责原始PDI数据输入，过程状态监控，报警信号记录，历史数据曲线分析以及相应的操作等（见图2），是操作员与整个生产线交流的平台，也是与PLC基础自动化连接的枢纽。

在整个生产线中，三台计算机采用独立的服务器体系结构，其中，工程师站服务器的功能较其他两者更加完善，用于轧制过程中各设备状态和电气、工艺参数的显示，故障报警，存储打印，自动化系统运行过程监控，软件再开发等。

三台计算机主要包括以下功能：

图1 酸洗监控计算机布置图

图2 酸洗HMI主画面

（1）原料数据显示包括钢卷号，钢种，钢卷长度，钢卷厚度，钢卷宽度，酸液温度，废水流量，压缩空气压力等，系统通过原料数据的输入以及显示，计算生产过程所需的工艺参数，以达到过程自动控制。

（2）材料跟踪通过材料跟踪的一系列程序，根据生产线上各个区段的检测仪表状态变化，不断更新各个区段跟踪状态的内容。随着钢板在生产线上的移动，计算机根据各区段指示内容来判断钢板的实际位置，对生产进行自动控制，该自动控制系统主要针对机组的入口段/出口段钢卷跟踪，带头、带尾跟踪，并通过带钢的跟踪情况，激活新的设定值并产生新的工艺控制动作。

（3）设定值输入和实际值显示包括穿带速度，甩尾速度，工艺段运行速度，卷筒速度，卷取卷径，开卷张力，卷曲张力，电机电流，电机转矩，酸洗工艺参数等，并绘制成趋势图，形象地展示了生产过程数据，为生产事故的判断提供依据。

（4）机组运行条件状态只有当液压系统，酸循环系统，纠偏系统以及一些必要的运行条件正常后，机组才允许运行。主要包括人口段/出口段建张条件，入口段/出口段运行条件，工艺段运行条件等。

（5）介质系统运行情况显示主要为液压站以及润滑站状态显示及自动控制，具体包括液压站工作泵启动/停止，循环泵启动/停止，介质液位高低显示，油温加热自动/手动等。

（6）系统故障诊断显示，报警记录等报警可以通知操作员在生产过程中发生的故障和错误信息，用于及早警告临界状态，避免停机和缩短停机时间。主要包括传动控制器报警显示，MCC报警显示，液压站报警显示，润滑状态报警显示，操作状态报警显示等，系统将记录最近发生的100个报警信号。

（7）用户权限管理即口令保护功能，确保安全操作，与工艺相关的每个重要操作都必须由操作员确认，并且操作员的输入需经校验之后才被系统接收使用，重启WinCC以及操作系统都需要由专门工程师站负责人员进行管理，以避免引发生产事故。

（8）辅助设备的运行管理包括生产线辅助循环泵及辅助设备的监控和启动/停止，主要有循环酸泵，循环水泵，风机及润滑站的启动/停止，导板升降，压辊抬起，往复带的投入/投出，套量增减，上卷/卸卷小车的位置管理等 (见图3)。