基于Excel与Wincc的热轧无缝钢管工艺参数自动配置系统

赵春晓，牛松森，于定益，禹晓勤，李雨儒（.天津电气科学研究院有限公司，天津30080；.中交一航局安装工程有限公司，天津300457）



基于Excel与Wincc的热轧无缝钢管工艺参数自动配置系统

赵春晓1，牛松森1，于定益2，禹晓勤1，李雨儒1
（1.天津电气科学研究院有限公司，天津300180；2.中交一航局安装工程有限公司，天津300457）

摘要：某无缝钢管厂MPM轧机机组由2辊5连轧机机组构成，轧管时芯棒的运行是限动的，速度是可控的，芯棒由限动机构限定以恒定的速度前进。轧制过程中诸多关键参数需要工艺人员计算得出，采用Wincc作为组态软件，Excel作为服务器，将工艺计算公式存入Excel，通过Wincc脚本建立工艺系统和自动控制系统的连接，实现关键生产参数随工具尺寸和产品规格自动变化。

关键词：无缝钢管；芯棒限动；轧制参数

MPM热轧无缝钢管生产工艺，把由穿孔机生产出的具备一定内径和壁厚的毛管，由限动芯棒系统带入轧机，按照芯棒沿轧线运行的指定位置开始轧制和结束轧制，整个过程中要充分利用芯棒的轧制段，对于咬入位置、咬入速度、限动速度、各架轧机速度和辊缝大小都有严格的要求。

1　工艺说明

具体工艺过程如下。

1）穿棒段。毛管和芯棒分别由回转机构翻至轧机前台，芯棒限动机构拖动芯棒穿入毛管，芯棒以低速穿入毛管尾端，穿入尾端达到“尾部穿入长度”后，开始高速前进，以节约穿棒时间，减少毛管轧前温度耗损，在此过程中，芯棒将毛管带至轧机前，轧前挡板挡住毛管头端。

2）备轧段。高速前进到减速位置时，芯棒速度下降到“咬入速度”，头端先以穿棒速度进入轧机，在进入到“咬入位置”时，毛管挡板下降，夹送辊启动并压下至毛管外表面，芯棒带动毛管进入轧机，直到毛管头端接触第1架轧辊。

3）热轧段。毛管头端接触第1架轧辊，夹送辊升起并停止驱动，限动系统进入“限动速度”并保持，直至毛管尾端完全穿过孔型序列，在此过程中，毛管头端和前部进入脱管机，经严格计算过的“限动速度”使得芯棒不会进入脱管机机架，同时保证芯棒利用整个轧制段的部分参与轧制。

4）回退段：轧制完成后，芯棒停止前进，并零速保持“滞留时间”，此段时间内确保毛管与芯棒脱离，完成脱管，而后芯棒开始反向运动，经高低速回退，停车定位至芯棒起始点。由回转机构将轧后芯棒翻出轧制前台。

以上过程中，对于芯棒，由限动机构拖动，由起始点开始，经低速穿棒—高速穿棒—咬入速度—限动速度—零速滞留—高速回退—低速回退—定位—停车，最终返回起始点。限动运行过程的咬入速度、咬入位置、限动速度，以及最高允许运行速度，是工艺要求的关键参数；对于轧机，各架轧辊转速及孔型根据当前轧制规格和轧制工具参数，经工艺计算得出，在轧制过程中，轧机各架转速保持不变，与热轧棒线材生产不同的是热轧钢管工艺过程不需要速降补偿，因此要求轧辊驱动电机应具备较硬的特性。轧机的各架转速和辊缝是轧机的关键参数。

限动和轧机的关键参数如表1所示。

工艺过程所需的关键参数，根据当前轧制的毛管长度、毛管壁厚、计划轧成品荒管的壁厚、使用的轧辊辊肩尺寸、辊环尺寸、芯棒外径、限动最大速度百分比等参数，通过工艺算法计算得出。

由于产品规格多样，需要工艺人员对以上数据进行收集并计算，进一步根据轧制模型，计算出表1中各项生产使用数据，并将这些数据传送给操作员，操作员按照数据进行相关的调整和设定。在实际的操作中，由于按订单生产的特性，更换规格和轧制工具的频率较高，每次依靠工艺人员的手工计算难免出现误差和不及时的情况，且操作者在录入过程中，难免产生人为误差，造成轧卡、轧废的情况发生，消耗了一定的能源和时间成本。

2　问题的解决

为了解决这一问题，在本工程的MPM轧制自动化系统中，将工艺计算过程通过Excel内建公式实现，将工具尺寸和目标荒管的尺寸通过Wincc系统录入，并设置相应的修改权限，Excel 和Wincc之间通过VB脚本实现数据交换。通过在Wincc画面中设置微调功能，允许具有权限的操作员对Excel计算得到的轧制速度和辊缝进行小范围的修正。最后将修正后的结果传递给PLC并执行输出，大大缩短了参数计算和调整时间。另一方面，Excel软件的易用性和普及性，给轧钢工艺技术人员修改轧制模型参数带来了极大的方便。本系统的网络配置如图1所示。

Excel服务器采用工控机，同时作为Wincc服务器，以西门子S7-400系列PLC作为控制单元。通过Wincc实现数据从PLC到Excel的连接互通。操作员站允许有权限的操作员登陆到参数设置的相关页面，设定工具尺寸等参数，并从Excel服务器获取到参数更新。

系统的工艺数据获取流程如图2所示。

图1　系统的网络配置图Fig.1 Network configuration diagram of the system

图2　系统工艺数据获取流程Fig.2　Process of data acquisition system

Wincc和S7-400系列PLC采用以太网通讯，在PLC侧采用以太网通讯模块，Wincc服务器和PLC间设置100 Mbit/s以太网，在PLC端网络诊断，发生网络故障时在Wincc画面上提供报警信息。Wincc和Excel之间的通讯通过Wincc单边编写VBS脚本，由画面按钮触发脚本动作，来实现数据的读写。以下是部分VBS脚本程序摘抄：

Option Explicit

Function action

Dim x2

x2= HMIRuntime.Tags（"Read_Para"）.read

If x2=1 Then

Dim fnamF

Dim

f1，f2，f3，f4，f5，f6，f7，f8，f9，f10，f11，f12，f13，f14，F15，f16，f17，f18，f19，f20，f21，f22，f23，f24，f25，f26

fnamF="e：MPM180.xls"

Dim ObjExcelApp

Set objExcelApp = CreateObject（"Excel.Application"）

objExcelApp.Workbooks.Open fnamF，，，，"12321"

WinCC从Excel读数据的VB脚本如下：

Set f1=HMIRuntime.Tags（"RPM_F1_1"）

f1.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，1）.VAlue

f1.write

Set f2=HMIRuntime.Tags（"RPM_F2_1"）

f2.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，2）.VAlue

f2.write

Set f3=HMIRuntime.Tags（"RPM_F3_1"）

f3.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，3）.VAlue

f3.write

Set f4=HMIRuntime.Tags（"RPM_F4_1"）

f4.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，4）.VAlue

f4.write

Set f5=HMIRuntime.Tags（"RPM_F5_1"）

f5.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（9，5）.VAlue

f5.write

Set f6=HMIRuntime.Tags（"RPM_T1_1"）

f6.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（11，3）.VAlue

f6.write

Set f7=HMIRuntime.Tags（"RPM_T2_1"）

f7.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（11，4）.VAlue

f7.write

Set f8=HMIRuntime.Tags（"RPM_T3_1"）

f8.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（11，5）.VAlue

f8.write

Set f9=HMIRuntime.Tags（"GAP_F1_1"）

f9.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，1）.VAlue

f9.write

Set f10=HMIRuntime.Tags（"GAP_F2_1"）

f10.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，2）.VAlue

f10.write

Set f11=HMIRuntime.Tags（"GAP_F3_1"）

f11.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，3）.VAlue

f11.write

Set f12=HMIRuntime.Tags（"GAP_F4_1"）

f12.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，4）.VAlue

f12.write

Set f13=HMIRuntime.Tags（"GAP_F5_1"）

f13.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（7，5）.VAlue

f13.write

Set f14=HMIRuntime.Tags（"KJJ_1"）

f14.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（11，2）.VAlue

f14.write

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（99，1）. VAlue =Now

objExcelApp.ActiveWorkbook.Save

objExcelApp.Workbooks.ClosE

objExcelApp.QuiT

Set ObjEXceLapp = Nothing

End If

End Function

Wincc向Excel写数据的VB脚本如下：

Option Explicit

Function action

Dim x1

x1= HMIRuntime.Tags（"Write_Tool"）.read

If x1=1 Then

Dim fname

Dim f1

fname="e：MPM180.xls"

Dim ObjExcelApp

Set objExcelApp = CreateObject（"Excel.Application"）

objExcelApp.Workbooks.Open fname，，，，"12321"

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，1）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_1"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，2）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_2"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，3）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_3"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，4）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_4"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，5）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_5"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，6）.VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_6"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，7）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_7"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，8）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_8"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，9）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_9"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，10）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_10"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，11）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_11"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，12）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_12"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，13）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_13"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，14）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_14"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，15）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_15"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（2，16）. VAlue = HMIRuntime.Tags（"BY_16"）.read

objExcelApp.worksheets（"sheet1"）.Cells（100，1）. VAlue =Now

Set f1=HMIRuntime.Tags（"nowtime"）

f1.Value=objExcelApp.worksheets

（"sheet1"）.Cells（100，1）.VAlue

f1.write

objExcelApp.ActiveWorkbook.Save

objExcelApp.Workbooks.ClosE

objExcelApp.QuiT

Set ObjEXceLapp = Nothing

End If

End Function

3　结论

本方法已应用于实际现场，在热连轧无缝钢管生产作业中，实现了轧制参数的自动计算和传输，更好地将热轧无缝钢管工艺数学模型与自动生产系统相结合，提高了生产线的自动化程度。

参考文献

［1］努尔艾力.阿不都卡迪尔. WINCC于Excel报表的连接在烧结控制系统中如何应用［J］.河南科技，2013（16）：20-26.

［2］程曦，王延昌，李志国，等.基于OPC的WinCC与Excel通信实现自动报表的设计［J］.化工管理，2014（5）：88.

修改稿日期：2015-12-10

Automatic Configuration System of Hot Rolling Seamless Steel Tube Process Parameters Based on Excel and Wincc

ZHAO Chunxiao1，NIU Songsen1，YU Dingyi2，YU Xiaoqin1，LI Yuru1
（1. Tianjin Research Institute of Electric Science，Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China；2. Installation Engineering Co.，Ltd.，of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd.，Tianjin 300457，China）

Abstract：A seamless steel pipe plant MPM mill consists of two roller and five-stand tandem mill，tube rolling with mandrel operation is limit，the speed is controllable，mandrel is limited by actuator to limit move at a constant speed. Rolling process in many of the key parameters need to process calculation，Used Wincc as the configuration software，Excel as the server，process calculation formulas deposited in Excel，through Wincc script built process system and connection of the automatic control system，implemented automatically change of key production parameters with the tool size and product specifications.

Key words：seamless steel pipe；retained mandrel；rolling schedule

中图分类号：TP11

文献标识码：A

作者简介：赵春晓（1984-），女，硕士，工程师，Email：zhaochunxiao11@163.com

收稿日期：2015-09-15