宽厚板双边剪控制系统优化

吕　霞（山钢股份莱芜分公司自动化部，山东莱芜271104）



宽厚板双边剪控制系统优化

吕霞
（山钢股份莱芜分公司自动化部，山东莱芜271104）

摘要：分析了宽厚板双边剪控制系统存在的剪切顺控不合理、跟踪不准、网络故障排除困难、信号不稳等问题，采用优化剪切顺控、跟踪控制，应用基于总线的Profibus-DP技术，检测元件冗余配置等优化措施，使系统功能更加完善，设备运行更加稳定，提高了双边剪自动化控制水平和剪切速率，产品成材率提高5%，模板损坏率降至0，每年可节约电耗108 000 kW·h。关键词：双边剪；控制系统；优化改进；跟踪控制

1　前　言

莱钢4 300 mm宽厚板生产线双边剪主要负责通过剪切钢板的两侧边部，使钢板达到成品宽度的要求［1］。随着国内宽厚板市场的变化，对生产线设备维护、控制优化的要求逐渐提高。由于设计原因，原有自动化控制系统已经远远不能满足生产的需要，为此，对该双边剪控制系统进行优化完善。

2　存在问题

2.1剪切顺序控制不合理

双边剪自动化控制是通过顺序控制系统实现的，双边剪顺控系统包括刃距调整顺控系统、剪前准备顺控系统、剪切控制顺控系统等［2］。双边剪剪切前进行手动激光划线，钢板磁力对中，保证切边尺寸；剪刃刃距调整，保证切边质量；当主电机开始动作，剪刃进入循环剪切的状态，各设备根据板坯头部位置进行动作，直至钢板剪切完毕。但是有些设备需手动操作或动作时序不合理，导致生产效率降低。

2.2跟踪不准

生产过程中，钢板跟踪不准造成画面和现场不符，钢坯实际位置和画面显示的钢板的位置相差很大距离，不仅钢板无法自动剪切，而且严重影响了生产节奏。

2.3网络故障排除困难

双边剪Profibus-DP网络中，PLC作为主站，众多的ET200S和现场检测元件（磁尺和编码器）作为从站，从站是串联方式，这样一个从站出现问题，如元器件损坏或者电源故障，该从站之后的其他从站也会受到影响，整条网络都有可能瘫痪，而且很难判断是哪一个从站出了问题，对生产影响很大，带来不必要的停机［3］。

2.4信号不稳

系统中的模拟量信号误差非常大，而且经常出现跳变的情况，从而使操作人员不能及时判断现场的真实情况，存在非常大的隐患。

2.5检测元件易损坏

双边剪部分检测元器件易损坏，导致故障率高，影响生产节奏。如剪前磁力对中装置，挡块在磁块本体上焊接，由于磁块本体容易发生晃动，导致提升下降限位接近开关经常被挡块撞坏；宽度调整装置磁尺由于极限位损坏导致磁尺损坏，并且不易更换，故障时间长。

3　控制系统优化

3.1优化剪切顺序控制

通过仔细研究双边剪各个工艺环节直接的前后关系，深入分析自动化控制系统内部的工艺关联，以动态规划法的问题分解、减少重复等为指导，对程序进行合理优化，避免过多的工艺等待时间。

1）激光划线实现自动调整。激光划线调整为操作工手动按钮进行宽度调整，现将其加入到剪切准备顺控中，进行自动宽度调整，免去操作人员再次操作调整按钮。2）剪切顺控优化。当钢板尾部离开后部辊道后，立即将辊道控制权交与后一支钢板，实现正在剪切的钢板尾部离开接近辊道后，待切钢板可前进至磁力对中位置进行预对中的功能。

3.2跟踪控制优化

3.2.1精细调整金属检测器的检测精度和范围

通过硬件和软件相结合的方式来对跟踪进行修正。在软件方面，根据实际情况，将光电管的修正范围确定一个合适的数值，并且实际测量光电管距离开始基准点的准确位置，将这些实测数值应用在程序中。硬件方面，在环境恶劣区域通过增加光电管，重新选型等方式来增强信号的可靠度。

3.2.2跟踪信息冻结功能

跟踪信息出现错误以后，很难重新将实际的钢板和当前的跟踪信号匹配起来。为此，开发跟踪信息冻结功能，当跟踪信息出错后，点击操作台上的跟踪信息冻结按钮，进入跟踪信息冻结功能，控制操作手柄，现场进行实际钢板操作，但画面上的跟踪信息位置不变，使钢板实际位置与跟踪信息位置保持一致，方便操作人员重新对正钢板。钢板对正后，再次按下接触跟踪信息冻结功能按钮并恢复自动，就可以正常剪切。

3.3网络控制系统优化

将网络改成总线模式，即每一个从站相对是独立的，一旦其中一个从站出现故障，其他从站将不会受到任何影响；充分利用Repeater的拓展功能，将各远程站由串联型结构改为总线型结构［1］，一个从站停电或者故障，其他从站不受影响；并利用DP三通接头对检测元件的串联型结构改为总线型结构，一个检测元件出现问题不会影响其他检测元件的通讯，降低了停机率，提高了系统的稳定。

网络控制系统优化后，每一个从站的网络信号都很稳定，基本实现通讯线路无故障，提高了实际产能效率，通讯效果最优化，提高了设备故障查找速度和设备事故解除率。

3.4信号优化

系统中的模拟量信号误差非常大，而且经常出现跳变的情况，操作人员不能及时判断现场的真实情况，存在非常大的隐患。为此，采用一入两出的隔离栅对信号进行滤波，提高信号稳定性。

双边剪现场数字量输出信号模板由于设备频繁动作而损坏，导致设备停机。对数字量输出信号进行隔离改造，取消模板信号直接驱动现场阀组的情况，有效避免模板的频繁损坏。方案实施后，模板损坏率为0。

3.5关键检测元件冗余配置

双边剪磁力对中装置是用来调整钢板，使其与激光划线装置的激光线平行［4］。其上升、下降这两个位置分别由两个接近开关检测，由于磁力对中磁块安装不稳定，移动期间经常撞坏接近开关，导致频繁出现磁力对中位置的限位信号丢失而造成停切的现象，严重影响了生产节奏。对磁力对中的检测方式进行改造，每个磁力对中各增加1个光电管对其位置进行检测，接近开关检测的信号与光电管检测的信号相结合，使信号更加精确、稳定。改造完成后，磁力对中位置的检测精确而且稳定，没有出现因磁力对中位置信号不稳定而造成双边剪停切的现象，从而降低了双边剪的故障率。

双边剪宽度调整装置是由双边剪入口和出口两个电机带动移动侧剪体滑动来调整移动侧剪体与固定侧剪体之间的距离的，其设定值是钢板宽度，实际值是由磁尺进行检测，损坏不易更换。通过增加激光测距仪来替代磁尺，同时在控制系统中增加磁尺和激光测距仪的软限位，防止硬件限位出现故障时设备动作超限造成磁尺损坏，在硬件上实现了双设备冗余，以防止测量信号出错而引发的自动控制系统错误动作，提高自动控制系统工作的可靠性，从而提高剪切系统的安全稳定性。磁尺和激光测距仪的选择是从人机界面上进行的。

3.6开发液压站“一键式”节能控制系统

宽厚板生产中，“待温、待料、待电”期间，往往因工艺需要不能停主泵。经过观察，仅使用1台主泵即可满足现场使用的压力要求，但是经常是工作中的主泵全部在运转，导致多余的油泵在空转，造成电能浪费。在双边剪液压系统的操作画面上制作一个按钮“Save Mode”，用鼠标左键点一下即可实现“一键式”节能功能，只保留1台泵来满足现场需求，而其他泵停止运行。“待温、待料、待电”结束后，右键点击该按钮，液压系统恢复正常生产模式。

双边剪液压站有5台主泵，对所有主泵进行编号及优先级划分，1#～5#优先级依次降低。当启用一用多备功能时，保留所启动主泵中优先级最高主泵，将其他主泵的运行命令切除。当未启用和取消一用多备功能时，所有主泵按照原运行命令运行。

4　结语

莱钢宽厚板双边剪控制系统优化后，使相关设备的自动连锁控制更加紧密，生产过程自动化和设备智能化的水平有了较大提高，双边剪整体的控制能力和水平进一步增强，每班次剪切量由100支提高到110支，产品成材率提高5%，模板损坏率降至0，开发的液压站“一键式”节能控制模式，每年可节约108 000 kW·h电耗。

参考文献：

［1］阳宪惠.现场总线技术及应用［M］.北京：清华大学出版社，1999．

［2］张向葵.影响厚板剪切质量因素及改进方法初探［J］.宝钢技术，2006（4）：23-26．

［3］吉年丰，杨庆丰，王洪涛.浦钢罗泾宽厚板厂双边剪自动控制系统［J］.冶金自动化，2008（S2）：665-667．

［4］宋章明.滚切式双边剪剪切问题分析及改进措施［J］.机械设计与制造工程，2013（7）：73-76．

Optimization of Double Side Trim Shear Control System

LÜ Xia
（The Automation Department of Laiwu Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China）

Abstrraacctt:: This paper analyzes the double side trim shear control system problem such as defects in shear sequence control, inaccurate tracking，network fault difficult to processing，and unstable signal. We adopt optimized shear sequence control, tracking control, applications based on bus Profibus-DP technology, detecting element redundant configuration optimization measures, such as make the system more complete, the equipment running more stable and improve the bilateral shear automation control level and cut rate. Product yield was increased by 5%, template damage rate was dropped to zero, and 108 000 kW·h power consumption can be saved a year.

Key worrddss:: double side trim shear; control system; optimization; tracking contro

经济与管理

信息化建设

作者简介：吕霞，女，1982年生，2007年毕业于青岛理工大学计算机科学与技术专业。现为莱钢自动化部工程师，从事冶金自动化控制工作。

收稿日期：2015-06-08

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：1004-4620（2015）06-0063-02