冷轧单机架轧机自动控制系统优化

2017-12-21林建民

山东冶金 2017年5期

关键词：乳化液单机轧机

林建民

（山东钢铁集团日照有限公司冷轧部，山东日照276800）

冷轧单机架轧机自动控制系统优化

林建民

（山东钢铁集团日照有限公司冷轧部，山东日照276800）

单机架轧机自投产以来故障频发，控制元件运行环境差，程序漏洞多，操作画面不直观是造成问题多发的直接原因。通过加强电气元件保护措施，优化控制程序及操作画面，完善系统连锁保护，增加控制网络诊断功能等方式，单机架轧机设备误时月均下降了65%，有效保障了设备高效平稳运行。

单机架轧机；自动控制；优化；误时

1 前言

某单机架六辊可逆冷轧机年设计产能20万t，产品厚度规格0.2～1.2 mm，最大轧制力18 000 kN，最快轧制速度1 250 m/min。机组配置1台开卷机、两台卷取机、六辊可逆式轧机、乳化液系统、高低压液压系统、稀油润滑和油气润滑系统等，配有X射线测厚仪、激光测速仪、张力测量仪等先进测量设备，主传动采用芬兰ABBACS6000传动控制系统，辅传动采用西门子6se70传动控制系统，在国内首次使用西门子TDC控制系统，通过CFC编程完成轧机压下、速度、张力调节、板型控制、主轧机负荷平衡、带长计算、断带检测和机架保护、轧机外围设备动作等功能，在同类轧机中属于中高档水平［1］。但相比于国外引进的机组，控制系统不够成熟，设备质量和安装精度不高，导致问题频发，故障居高不下，月均有效作业率最低至37%。

2 故障频发原因分析

通过对每个月设备误时细分化解，按照故障类型统计，发生DP故障一次，查找故障困难导致误时较长；HGC发生频次高且误时长，占到总误时的12%；接近开关和传感器类故障发生频次高，损坏率高，总误时时间长，分别占总误时的21%和12%；测厚仪误时占到11%。

1）HGC系统运行环境差，突发故障多。单机架HGC（液压辊缝控制）控制系统安装在轧机牌坊底部，压力传感器、伺服阀等控制元件受到乳化液的冲刷，处于高温潮湿环境中，导致伺服阀和压力传感器的信号接口经常出现短路或者断路问题，造成元件损坏和断带，每次故障处理都很麻烦，单次误时甚至长达8 h，严重制约了生产节奏。

2）DP通讯故障缺乏报警诊断信息，故障处理不便。单机架轧机采用西门子Profibus-DP现场总线，网络链路长，通讯故障多发，但在出现问题后，系统没有检测，轧机会继续轧钢，导致控制参数不能及时更新，带钢厚度波动，甚至断带。现场站点较多，通讯故障不好诊断，尤其是时断时通的状态下更是无从下手，给设备维护带来很大不便。由于存在隐患，操作工无法提速生产，严重制约了生产节奏。

3）程序控制不合理，对设备造成损害，导致停机，甚至断带。单机架轧机现场设备控制简单，大部分是开关电磁阀，控制精度不高，设备的准确定位无法保证，经常出现液压缸内泄或管路漏油导致导板台不到位、自行下落、张力达不到设定值、夹送辊液压马达损坏等问题，打乱了正常生产节奏，也加剧了设备的损坏。

4）轧制主画面不直观，操作不方便。轧制主画面信息量大，数据较多，但直观性差。如穿带、点动、建张、起车等的连锁均需要操作工翻页才能看到，张力差只是显示数据，不直观，其他像轧制力、电机电流等棒状图也没有直观的报警值，对操作工的警示作用不明显，均需要修改和优化。

综上，单机架轧机在控制系统、安全保护、现场设备的使用均存在诸多问题，需要一一优化。

3 整改措施

3.1 HGC控制系统优化

单机架轧机液压辊缝控制系统（HGC）主要由PI控制器、伺服放大器、伺服阀、控制阀、液压缸、压力传感器、Sony位移传感器及液压管路等构成［2-3］，其位置闭环控制见图1。

由于上压式轧机液压HGC缸长期在乳化液蒸汽环境中运行，经常出现伺服阀和压力传感器故障，导致急停断带，平均误时在4 h以上；轧制时操作工担心出现断带而不敢提速，速度一般都低于300 m/min，严重影响单机架轧机产能。如果能够实现HGC动态响应功能的测试，就可以通过查看测试曲线来判断HGC可能存在的问题，从而缩短故障查找时间，提高故障判断的准确性。故从两个方面对HGC系统进行了优化：

图1 HGC位置控制框图

1）对元件保护。HGC控制系统压力传感器、伺服阀等元件的中间接线箱安装在轧机牌坊下立柱上，与乳化液收集槽相邻，轧制时高温乳化液蒸汽就会渗到接线箱内引起短路，经常烧坏压力传感器，因此，将接线箱移到牌坊外面；伺服阀航空插头受乳化液蒸汽侵蚀出现开焊现象，损坏后多次焊接已经无法使用，需要更换防护等级更高的接头。

2）动态响应测试功能的实现。为了适时测试液压缸动作时伺服阀和磁尺的相应情况，位置控制模式下，在参考辊缝上叠加一个波形为方波或正弦波的附加辊缝值，用方波来检测液压缸的响应速度，用正弦波来检测磁尺和伺服阀的动态性能，可有效检测到伺服阀和磁尺的运行状况。

3.2 DP网络诊断功能开发

3.2.1 TCS系统和传动系统DP网络诊断功能开发

单机架现场TCS系统和传动系统采用DP网络将各个从站连接到TDC，共37个从站。使用CFC语言编程，利用DPDIAG块读取主站状态、诊断数据传输丢失、从站丢站的功能，可对网络中各个从站进行监控，如果从站有通信故障，就会从主站读出相应从站状态，发出丢站报警，系统故障停车，并在HMI画面上该站显示红色。

3.2.2 乳化液介质系统DP网络诊断功能开发

单机架乳化液介质系统采用西门子S7-300系列PLC控制，有5个子站，其中包括稀油润滑智能从站，各站分散在地下油库，出现通信故障后不便查找，利用Step7编程软件中SFC51功能块，通过读取主站CPU的系统状态信息，来判断从站是否存在数据通信超时和丢站的问题，将结果存入DB82中，同时作为故障停车的条件连入系统，程序如下所示：

CALL"RDSYSST"

REQ∶=TRUE

SZL_ID∶=W#16#692//读取从站诊断信息

INDEX∶=W#16#1

RET_VAL∶=MW0

BUSY∶=M2.0

SZL_HEADER∶=#length

DR∶=P#DB82.DBX70.0 BYTE 8//结果输出到DB82

P#DB82.DBX70.0 byte18中为每个DP从站(16×8=128)保留一位，地址为Address 1的DP从站的状态保存在第三个字节的Bit 1位中，地址为Address 3的DP从站的状态保存在第3个字节的Bit 3位中，依次类推，如果从站对应的位被置位，则表明那个DP从站没有通信上或丢站。

3.3 控制元件改造

3.3.1 程序优化

1）导板台位置无法保持的优化。对于导板台在轧制中下落丢信号的问题，采用置复位命令使导板台抬起时抬起命令保持，电磁阀一直得电，落下时落下命令保持，电磁阀一直得电，从而避免了在轧制时信号丢失出现停车的现象。

2）主电机润滑系统保护连锁。主电机稀油润滑没有检测，一旦出现缺油，就会造成减速箱烧毁的严重后果，新加油流检测开关，将信号作为故障停车的条件引入系统，一旦发现油流信号丢失，系统就产生报警信号，并全线故障停车。

3.3.2 液压马达控制的改造

单机架入口液压马达在穿带和甩尾时落下，随着导向辊的速度旋转，起到引导带头的作用。但原设计中使用的是电磁开关阀驱动，控制精度不高，马达速度不能调节，穿带和甩尾的速度分别是15 m/min和40 m/min，马达在驱动时一直按照最大速度运行，和带钢产生相对摩擦，造成马达烧毁。为了减少设备损坏，将马达控制改为比例阀控制，在穿带和甩尾时分别以不同的速度和带钢速度匹配，延长使用寿命。