邯钢热基镀锌自动控制系统的优化与创新

杨占山

摘 要 文章介绍了邯钢热基镀锌自动控制系统主要技术特点，从中分析了系统存在的问题，从而提出了优化方案。

关键词 热基镀锌；自动控制系统；优化；创新

中图分类号：TG155.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0187-02

1 项目概况

邯钢冷轧厂连续热镀锌线是邯钢主要效益来源之一，年设计产能30万吨，生产热镀锌卷板。自2003年投产以来，一直时断时续的生产，没有发挥其真正产能。自2009年开始，满负荷生产，设备运行报漏设计缺陷和安装缺陷，严重影响生产节奏，负责该项目的相关人员，结合邯钢实际、因地制宜在保证功能不缺失、精度不降低的前提下，以科学发展观为指导对控制系统的许多方面进行了优化和升级，不仅节约了大量的投资而且是功能更完备，性能更优越。其中有些优化具有推广意义，有一定的技术含量，也是相关人员集体智慧的凝结。

2 详细科学技术内容

1）开发了焊机接地预检测功能。由于本机组所使用的焊机工作原理是采用很大的电流（约为1.3万安培）来实现两卷带钢的焊接，这样，在每次焊接高强板完成之后，由于焊接热量很大，焊轮上都会沾有大量的钢渣，为保证下次焊接的质量，操作人员都需要用工具来清理焊轮，由于钢渣处理不当，就会导致焊轮接地，而其焊接时要求焊机焊轮不能接地，并且其只有在焊接时才启动接地检测功能，这样，如果焊轮接地势必因为接地无法焊接，即使及时处理问题也因为焊接时间不够，导致工艺段降速甚至停车，为此我们增加了焊机在线检测接地的控制思想，从而使焊机在不焊接时也能进行接地检测，当进行在线接地检测时，如果有接地现象，接地指示灯亮，且触摸屏显示接地报警，提醒操作人员焊机接地，不能完成焊接程序，请操作人员及时清理焊轮铁屑和杂质，保证焊轮清洁，从而为下次焊接时提供充足的焊接时间。

2）优化了焊机焊接电流控制系统。因焊接回路电阻很低，焊接瞬间所产生的电流接近短路电流。经过与厂家沟通，改变原来的梅达760电流控制系统焊接电流控制方式，改为通过改变交流调压装置的门极触发角，进行焊接电压值的调节，采用焊接电压控制焊接电流，而电流采用开环控制，从而保证所产生的焊接电流更加平稳。同时修改了电流触发控制参数，使电流控制系统能够缓慢响应电流增大命令，避免焊接开始时因电流瞬间增大造成对焊轮及带钢的损坏（已获取专利）。

通过对焊机的长期生产实践证明，在焊接参数优化的情况下通过对焊缝强度的检验，都大大超过母材的强度。经过优化后的焊机焊接带钢厚度达到3.5 mm，焊后厚差不超过10%，带钢的焊缝进行弯曲拉矫试验30次，啮合度为10 mm，张力233 kN，焊缝完好率100%。极大的提高了厚规格高强板的焊接成功率，断带率有原来的8%下降到2%左右。

3）原设计加热炉点火控制器通讯方式是通过总线棒，经常出现因通讯故障不能远程控制的情况，这是因为在检修炉区时经常误碰到或踩到总线棒上，影响通讯效果，每月都有总线棒损坏的情况，经技术人员研究，将总线棒更换成耐高温电缆，该优化不仅保证了通讯质量，而且节约了更换备件成本。实际运行效果表明该优化是科学的，该设计方案也彻底得到了认可。

4）优化硬件配置降低事故停机率。热镀锌线控制系统用的是德国西门子的产品，全线ET200站有100处左右，每处ET200站下又带有多个I/O模板，如果模板损坏就会报网络通讯故障，查找故障只能指定到相应ET200站下，不能看出此站点下的具体哪个模板坏，实际处理事故时都是电气人员挨个换模板，直到把损坏的模板换掉才能判断故障点，并且更换模板不能热插拔，这样就会延长电气事故的抢修时间，给维护及生产带来很大的不便。针对此问题，镀锌电气组组织专业人员展开攻关，认真研读程序并研讨对策，最终确定将全线ET200站硬件配置进行修改，实现IO模板的热插拔功能，并实现模板的在线诊断功能。同时将全线ET200站进行统计，画出布置图，并将现场ET200站同硬件配置中ET200站一一对应，以便出现问题后电气维护人员能够在第一时间找到故障站点及相应模板，为电气事故的抢修争取了宝贵的时间，不仅能够减少处理时间，还能够减少生产线的停车次数，提高产品合格率及成材率。

5）开发了焊缝跟踪系统。热镀锌线焊缝跟踪自投产以来，经常出现过气刀时不能自动打开的现象，原因是焊缝跟踪出现误差，致使跟踪米数错误，造成气刀被挂坏，严重时会造成停车事故。在原设计中，1#焊缝跟踪检测装置安装在炉前密封辊前5.5米处，由于温度高，导致焊缝跟踪检测仪经常损坏，于是我们做了光栅检测月牙来代替焊缝跟踪仪，用接近开关检测装置，做了简易编码器来进行计数，虽然有所改善，但并没有最终解决问题。后将焊缝跟踪装置移至离炉前密封辊10.5米处，由于原焊缝跟踪程序使用SCL语言编写，对我们来说可读性差，经过长时间读程序，找出了实际位置的修改处，并对其进行了修改，但是焊缝过气刀时事故还是频繁出现，因此，维修技术人员组成攻关小组，对焊缝跟踪系统进行研究，并对其创新。最终制定重新设计PLC程序，研究编码器的计数格式，实地测量计数辊径，和各设备之间的距离，编写计数公式，实现焊缝精确定位，并在HMI上添加实时跟踪标记。对焊缝跟踪进行优化后，除两次因没有冲孔造成焊缝挂伤气刀外，没有出现过跟踪误差，而且误差小于0.1 m，彻底解决了焊缝跟踪不准的问题。实现了焊缝在HMI上的实时显示功能，能够从HMI上显示焊缝的实际位置。

6）优化HMI系统。原设计中HMI系统使用Wonderware公司的InTouch 7.1作为开发软件，I/O Server作为通信接口，操作平台采用Windows NT操作系统。每台HMI系统均装有独立的I/O Server接口程序，同时与PLC通信，PLC要单独处理每台HMI的请求，增加了PLC的负担。在实际生产过程中，经常出现网络中断的情况，导致操作异常，严重时会导致整条生长线的停车事故，影响生产。为了确保HMI的正常运行，相关技术人员经过攻关提出了系统升级、网络结构改变的技术方案，将HMI开发软件升级到9.5版本，并用DAServer代替I/O Server，并投入生产线使用。经过生产验证，HMI系统运行正常，没有出现过因HMI系统改进而影响正常操作、数据显示错误、数据刷新缓慢等事故的现象。endprint

7）开发了O2分析仪控制系统。氧气分析仪用来测量炉区CC段的氧含量，露点及氢气含量。原设计用一套s7300控制，外方加密了控制程序，故障信息无法传到HMI，有时会出现扫描混乱或停止扫描的现象，每次排除故障只能通过重新启动PLC来实现，给维护带来很大难度；且HMI只有扫描的数据，缺乏控制性，数据不可靠，操作人员只能凭经验，一直制约着产品质量。本设计是甩掉S7300控制，在预热炉PLC增加了远程站点，进行硬件组态，并进行程序设计和编写。共分为9路采集点，每一路由一个电磁阀控制，一个排汽泵和一个取样泵，通过程序实现远程控制，所采集的气体由分析仪进行分析，输出给PLC，最终由HMI显示。当采集的数据超过上限或下限时监控画面产生报警信息。

共增加了四个程序段分别为：主程序段FC763；电磁阀控制功能块FC764；氧分析仪数据到HMI功能块FC765；电磁阀顺序切换功能块FC766。增加了HMI的监视与控制功能。主程序段用来控制分析仪的起动条件、报警条件、采样数据解析和输入输出点的映射关系；电磁阀控制功能块用来控制电磁阀输出条件；氧分析仪数据到HMI功能块是将分析好的数据传输到HMI显示；电磁阀顺序切换功能，是用来控制九路通道顺序切换和手动切换。

8）自制逆变器送电工具。在热镀锌线上，如果某个逆变器故障，维检人员排除故障后不能直接送直流源高电压，原因是逆变器内大电容瞬时短路，放电将快熔烧毁。现场送电时，维检人员不得不将直流源停电然后再送电，直流源再次送电后直流电压时缓慢增长这样单个逆变器熔断器不会爆掉。这样就会导致一个问题：整段电停掉后，生产线就会停车，产生停车废品，影响产品质量。相关技术人员利用串联电阻分压的理论，自制逆变器送电工具。将三个阻值不等的灯泡串联到母排电压上，使快熔两端的电压逐渐上升到母排电压，彻底解决了逆变器送电时烧快熔的难题，减少了不必要的停车事故。

9）改善卷径计算程序降低故障率。热镀锌自投产以来，入口开卷机卷径在开车后，偶尔会出现小米数现象，即开卷机剩余米数与实际不符，开车后就进入甩尾模式，这样一是操作人员需手动将入口段停止，再进行开卷机芯轴二次膨胀才能解决；二是会影响入口速度和活套张力，严重时会造成导致全线停车，2011年出现过两次导致停车的情况。通过技术人员认真分析其控制程序，对卷径计算原理进行深入研究，得知卷径的最终输出是靠两个功能块实现，一是卷径计算功能块，一是卷径滤波功能块。卷径在入口上卷时是粗略计算，真正开始计算条件是通过1#张力辊2#辊速度大于10m/m开始，也就是说只要满足条件，就会通过1#张力辊的线速度和开卷机的角速度计算卷径，并将数据保存在DB存贮区内，同时发现，在入口段焊接完毕没有运行之前进行的点动动作会导致卷径计算程序的执行，并保存计算结果。PDA数据显示，在点动过程中计算的卷径经常出现偏小的现象，当入口运行起来后且入口速度大于10 m，就会将先前计算的卷径就会赋给卷径滤波功能块输出最终卷径，这是小米数产生的原因。我们采取的措施是，在入口开车之前对卷径只是进行粗略计算，不执行卷径计算功能块，即在卷径计算功能块增加入口段运行连锁条件。通过修改控制程序，得到解决，效果良好。

3 关键技术及创新点

1）焊机接地预检测和强制焊接功能。重新设计了焊机接地检测回路，增加CR接触器，用CR断开下焊轮和出口下夹持板接地线之间的连接，设计了接地检测程序，增加了一个用于启动接地检测功能的按钮，当操作工按下接地检测按钮时，关键在于PLC只启动接地检测功能，不启动焊接程序， 5秒钟后如果下焊轮和出口下夹持板之间的电阻仍大于8欧姆，控制系统认为焊机没有接地，接地接检测功能结束，提示操作工焊机具备焊接条件；5秒钟后如果当下焊轮和出口下夹持板之间的电阻小于8欧姆，焊机认为焊轮接地，输出一个信号，启动接地指示灯，提示操作工及时查找接地点，保证下次焊接的正常进行。

2）焊缝跟踪系统。关键在于带钢焊缝的自动跟踪，保证了带钢经过气刀及拉矫机时自动打开与关闭的精度，避免了焊缝撞坏气刀挡板及拉矫机碾压焊缝造成焊缝撕裂产生的断带问题。特别之处在于HMI焊缝的实时显示，使操作人员根据焊缝位置及时调整生产线速度及加热炉内控制参数，以保证带钢更换规格时所需的炉内气氛。

3）氧气分析仪控制系统。关键点在于重新设计了氧气分析仪控制程序，舍弃了原有的加密程序，创新点为在HMI上增加了新功能，能够远程控制氧气分析仪的吹扫与测量及故障信息的实时显示。

4）HMI系统升级与网络结构改造。关键技术在于上位机与PLC通信接口的改变，更改了热镀锌HMI网络架构。提高了网络传输速率，扩展了通信通道，彻底解决了由于网络拥堵造成的通讯中断故障。

参考文献

[1]张汉荣，李路.连续热镀锌生产线过程自动化系统[A].第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C].2006.endprint

7）开发了O2分析仪控制系统。氧气分析仪用来测量炉区CC段的氧含量，露点及氢气含量。原设计用一套s7300控制，外方加密了控制程序，故障信息无法传到HMI，有时会出现扫描混乱或停止扫描的现象，每次排除故障只能通过重新启动PLC来实现，给维护带来很大难度；且HMI只有扫描的数据，缺乏控制性，数据不可靠，操作人员只能凭经验，一直制约着产品质量。本设计是甩掉S7300控制，在预热炉PLC增加了远程站点，进行硬件组态，并进行程序设计和编写。共分为9路采集点，每一路由一个电磁阀控制，一个排汽泵和一个取样泵，通过程序实现远程控制，所采集的气体由分析仪进行分析，输出给PLC，最终由HMI显示。当采集的数据超过上限或下限时监控画面产生报警信息。

共增加了四个程序段分别为：主程序段FC763；电磁阀控制功能块FC764；氧分析仪数据到HMI功能块FC765；电磁阀顺序切换功能块FC766。增加了HMI的监视与控制功能。主程序段用来控制分析仪的起动条件、报警条件、采样数据解析和输入输出点的映射关系；电磁阀控制功能块用来控制电磁阀输出条件；氧分析仪数据到HMI功能块是将分析好的数据传输到HMI显示；电磁阀顺序切换功能，是用来控制九路通道顺序切换和手动切换。

8）自制逆变器送电工具。在热镀锌线上，如果某个逆变器故障，维检人员排除故障后不能直接送直流源高电压，原因是逆变器内大电容瞬时短路，放电将快熔烧毁。现场送电时，维检人员不得不将直流源停电然后再送电，直流源再次送电后直流电压时缓慢增长这样单个逆变器熔断器不会爆掉。这样就会导致一个问题：整段电停掉后，生产线就会停车，产生停车废品，影响产品质量。相关技术人员利用串联电阻分压的理论，自制逆变器送电工具。将三个阻值不等的灯泡串联到母排电压上，使快熔两端的电压逐渐上升到母排电压，彻底解决了逆变器送电时烧快熔的难题，减少了不必要的停车事故。

9）改善卷径计算程序降低故障率。热镀锌自投产以来，入口开卷机卷径在开车后，偶尔会出现小米数现象，即开卷机剩余米数与实际不符，开车后就进入甩尾模式，这样一是操作人员需手动将入口段停止，再进行开卷机芯轴二次膨胀才能解决；二是会影响入口速度和活套张力，严重时会造成导致全线停车，2011年出现过两次导致停车的情况。通过技术人员认真分析其控制程序，对卷径计算原理进行深入研究，得知卷径的最终输出是靠两个功能块实现，一是卷径计算功能块，一是卷径滤波功能块。卷径在入口上卷时是粗略计算，真正开始计算条件是通过1#张力辊2#辊速度大于10m/m开始，也就是说只要满足条件，就会通过1#张力辊的线速度和开卷机的角速度计算卷径，并将数据保存在DB存贮区内，同时发现，在入口段焊接完毕没有运行之前进行的点动动作会导致卷径计算程序的执行，并保存计算结果。PDA数据显示，在点动过程中计算的卷径经常出现偏小的现象，当入口运行起来后且入口速度大于10 m，就会将先前计算的卷径就会赋给卷径滤波功能块输出最终卷径，这是小米数产生的原因。我们采取的措施是，在入口开车之前对卷径只是进行粗略计算，不执行卷径计算功能块，即在卷径计算功能块增加入口段运行连锁条件。通过修改控制程序，得到解决，效果良好。

3 关键技术及创新点

1）焊机接地预检测和强制焊接功能。重新设计了焊机接地检测回路，增加CR接触器，用CR断开下焊轮和出口下夹持板接地线之间的连接，设计了接地检测程序，增加了一个用于启动接地检测功能的按钮，当操作工按下接地检测按钮时，关键在于PLC只启动接地检测功能，不启动焊接程序， 5秒钟后如果下焊轮和出口下夹持板之间的电阻仍大于8欧姆，控制系统认为焊机没有接地，接地接检测功能结束，提示操作工焊机具备焊接条件；5秒钟后如果当下焊轮和出口下夹持板之间的电阻小于8欧姆，焊机认为焊轮接地，输出一个信号，启动接地指示灯，提示操作工及时查找接地点，保证下次焊接的正常进行。

2）焊缝跟踪系统。关键在于带钢焊缝的自动跟踪，保证了带钢经过气刀及拉矫机时自动打开与关闭的精度，避免了焊缝撞坏气刀挡板及拉矫机碾压焊缝造成焊缝撕裂产生的断带问题。特别之处在于HMI焊缝的实时显示，使操作人员根据焊缝位置及时调整生产线速度及加热炉内控制参数，以保证带钢更换规格时所需的炉内气氛。

3）氧气分析仪控制系统。关键点在于重新设计了氧气分析仪控制程序，舍弃了原有的加密程序，创新点为在HMI上增加了新功能，能够远程控制氧气分析仪的吹扫与测量及故障信息的实时显示。

4）HMI系统升级与网络结构改造。关键技术在于上位机与PLC通信接口的改变，更改了热镀锌HMI网络架构。提高了网络传输速率，扩展了通信通道，彻底解决了由于网络拥堵造成的通讯中断故障。

参考文献

[1]张汉荣，李路.连续热镀锌生产线过程自动化系统[A].第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C].2006.endprint

7）开发了O2分析仪控制系统。氧气分析仪用来测量炉区CC段的氧含量，露点及氢气含量。原设计用一套s7300控制，外方加密了控制程序，故障信息无法传到HMI，有时会出现扫描混乱或停止扫描的现象，每次排除故障只能通过重新启动PLC来实现，给维护带来很大难度；且HMI只有扫描的数据，缺乏控制性，数据不可靠，操作人员只能凭经验，一直制约着产品质量。本设计是甩掉S7300控制，在预热炉PLC增加了远程站点，进行硬件组态，并进行程序设计和编写。共分为9路采集点，每一路由一个电磁阀控制，一个排汽泵和一个取样泵，通过程序实现远程控制，所采集的气体由分析仪进行分析，输出给PLC，最终由HMI显示。当采集的数据超过上限或下限时监控画面产生报警信息。

共增加了四个程序段分别为：主程序段FC763；电磁阀控制功能块FC764；氧分析仪数据到HMI功能块FC765；电磁阀顺序切换功能块FC766。增加了HMI的监视与控制功能。主程序段用来控制分析仪的起动条件、报警条件、采样数据解析和输入输出点的映射关系；电磁阀控制功能块用来控制电磁阀输出条件；氧分析仪数据到HMI功能块是将分析好的数据传输到HMI显示；电磁阀顺序切换功能，是用来控制九路通道顺序切换和手动切换。

8）自制逆变器送电工具。在热镀锌线上，如果某个逆变器故障，维检人员排除故障后不能直接送直流源高电压，原因是逆变器内大电容瞬时短路，放电将快熔烧毁。现场送电时，维检人员不得不将直流源停电然后再送电，直流源再次送电后直流电压时缓慢增长这样单个逆变器熔断器不会爆掉。这样就会导致一个问题：整段电停掉后，生产线就会停车，产生停车废品，影响产品质量。相关技术人员利用串联电阻分压的理论，自制逆变器送电工具。将三个阻值不等的灯泡串联到母排电压上，使快熔两端的电压逐渐上升到母排电压，彻底解决了逆变器送电时烧快熔的难题，减少了不必要的停车事故。

9）改善卷径计算程序降低故障率。热镀锌自投产以来，入口开卷机卷径在开车后，偶尔会出现小米数现象，即开卷机剩余米数与实际不符，开车后就进入甩尾模式，这样一是操作人员需手动将入口段停止，再进行开卷机芯轴二次膨胀才能解决；二是会影响入口速度和活套张力，严重时会造成导致全线停车，2011年出现过两次导致停车的情况。通过技术人员认真分析其控制程序，对卷径计算原理进行深入研究，得知卷径的最终输出是靠两个功能块实现，一是卷径计算功能块，一是卷径滤波功能块。卷径在入口上卷时是粗略计算，真正开始计算条件是通过1#张力辊2#辊速度大于10m/m开始，也就是说只要满足条件，就会通过1#张力辊的线速度和开卷机的角速度计算卷径，并将数据保存在DB存贮区内，同时发现，在入口段焊接完毕没有运行之前进行的点动动作会导致卷径计算程序的执行，并保存计算结果。PDA数据显示，在点动过程中计算的卷径经常出现偏小的现象，当入口运行起来后且入口速度大于10 m，就会将先前计算的卷径就会赋给卷径滤波功能块输出最终卷径，这是小米数产生的原因。我们采取的措施是，在入口开车之前对卷径只是进行粗略计算，不执行卷径计算功能块，即在卷径计算功能块增加入口段运行连锁条件。通过修改控制程序，得到解决，效果良好。

3 关键技术及创新点

1）焊机接地预检测和强制焊接功能。重新设计了焊机接地检测回路，增加CR接触器，用CR断开下焊轮和出口下夹持板接地线之间的连接，设计了接地检测程序，增加了一个用于启动接地检测功能的按钮，当操作工按下接地检测按钮时，关键在于PLC只启动接地检测功能，不启动焊接程序， 5秒钟后如果下焊轮和出口下夹持板之间的电阻仍大于8欧姆，控制系统认为焊机没有接地，接地接检测功能结束，提示操作工焊机具备焊接条件；5秒钟后如果当下焊轮和出口下夹持板之间的电阻小于8欧姆，焊机认为焊轮接地，输出一个信号，启动接地指示灯，提示操作工及时查找接地点，保证下次焊接的正常进行。

2）焊缝跟踪系统。关键在于带钢焊缝的自动跟踪，保证了带钢经过气刀及拉矫机时自动打开与关闭的精度，避免了焊缝撞坏气刀挡板及拉矫机碾压焊缝造成焊缝撕裂产生的断带问题。特别之处在于HMI焊缝的实时显示，使操作人员根据焊缝位置及时调整生产线速度及加热炉内控制参数，以保证带钢更换规格时所需的炉内气氛。

3）氧气分析仪控制系统。关键点在于重新设计了氧气分析仪控制程序，舍弃了原有的加密程序，创新点为在HMI上增加了新功能，能够远程控制氧气分析仪的吹扫与测量及故障信息的实时显示。

4）HMI系统升级与网络结构改造。关键技术在于上位机与PLC通信接口的改变，更改了热镀锌HMI网络架构。提高了网络传输速率，扩展了通信通道，彻底解决了由于网络拥堵造成的通讯中断故障。

参考文献

[1]张汉荣，李路.连续热镀锌生产线过程自动化系统[A].第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C].2006.endprint