棒材线后部收集自动控制系统开发与应用

杨文佳

（山钢股份莱芜分公司 棒材厂，山东 莱芜271126）

棒材线后部收集自动控制系统开发与应用

杨文佳

（山钢股份莱芜分公司 棒材厂，山东 莱芜271126）

通过改变原控制系统的网络结构，增强网络通讯控制能力，采用Step7进行控制程序和Wincc人机界面开发，对活动筐的升降以及平移进行控制优化等，对棒材生产线收集区域工艺、设备进行整合，实现了新旧控制系统无扰切换，控制精度高，使用效果良好，有效地解决了设备的维护和备件采购问题，提高了设备的稳定性和高效性。

棒材生产线；收集；自动控制系统

1 前言

山钢股份莱芜分公司棒材厂棒材生产线自动化控制系统于1995年由ABB公司安装，其中RMC7#站控制系统为MP200控制系统，主要负责自CCL线摆剪以后的后部收集系统的控制。由于生产线工艺已经进行了较大幅度的改造，原有的矫直机、成叠装置、固定筐、活动式打捆机等设备均已拆除，但原设备的控制程序依旧运行，运行负荷大，故障率高，易造成死机，容易造成卡钢、别钢等，捆材计数错误，成材率下降，打捆位置控制不准，造成打捆质量下降；无备件进行更换，部分模块一旦损坏即可造成长时间停机。为确保生产线轧线稳定高效的运行，对生产线收集区域工艺、设备进行整合，完成对自动化控制硬件、软件、现场检测设备的改造。

2 控制系统设计

对控制系统的硬件进行设计，生产线辊道由ACV700交流传动装置升级为ACS800系列变频器，改变原控制系统的网络结构，增强网络通讯控制能力，采用Step7编程开发工具，更换WINCC人机界面，监控站与控制站之间采用TCP/IP以太网连接，与远程I/O之间采用Profibus-DP现场总线控制，对控制系统的软件进行优化设计，去除冗杂，全面升级控制系统中的程序内容及控制功能[1]。

活动筐的升降以及平移动作，均为带载启动及停止，因此在较大的负载势能作用下，在电机刚启动的瞬间，容易产生电机无法拖动负载运行。由于负载作用力矩大于电机的启动力矩易造成势能释放，使传动链条承受较大冲击造成断裂。因此，对成品收集区的各个设备控制部分分别采取了不同的优化措施，实施活动筐的位置控制、积累位置误差控制、活动筐的抱闸控制，可有效减少链条、减速机等机械冲击，避免卡刚、撞击、拉断打捆机臂等严重机械故障，保证电机的正常运行。

新系统设计为西门子S7-400加远程I/O的系统架构，并根据收集区域整合后的新工艺及设备改造情况，对控制系统功能进行重新设计和优化，以提高系统自动化控制水平及系统的可靠性，实现了生产线后部收集系统的全自动化控制，达到提高生产效率，并减少操作人员和维护人员的工作量的目的。

3 后部收集系统自动化控制实现

3.1 系统硬件配置

RMC 7#站自动化控制系统共配置1套ABB MP200系列 DCS，3套 MP90系列 DCS和 1套MV320系列终端，传动采用ABB AC80系列，MP200和MP90之间采用Master Field bus总线通讯，MP200与AC80采用AF100总线通讯。现场检测元件采用编码器和接近开关配合使用。

改造后，使用西门子S7-400加远程I/O的系统架构来完成成品收集功能，并新加1台成品收集操作站，操作人员通过操作站来完成相应的成品收集操作。根据收集区域整合后的新工艺及设备改造情况，重新完成配置控制系统硬件配置，如图1所示。

图1 新控制系统网络拓扑结构

3.2 系统软件

生产线成品收集区域收集控制系统现采用ABB AMPL语言，AMPL语言是DOC系统下的一种编程语言。改造后成品收集区使用Wincc6.0和西门子Step7软件，进行画面编辑和程序的编写，操作画面数据采集准确，程序结构清晰有序，支持中文，为操作人员和维护人员提供了方便。

3.3 系统控制功能

3.3.1 活动筐的位置控制

整个控制系统包括位置控制和电流控制2个PID控制环节，其中位置控制为外环，电流控制为内环。配有用于速度和位置控制的编码器、终端限位开关等传感单元。位置给定控制采用柔性控制，为原弧R角给定，可有效减少链条、减速机等机械冲击。活动筐将固定筐中的成捆钢材移送至打捆区，活动筐分两组：A段和B段。在A段和B段联动操作时，要求电气同步，以便在移动过程中（包括加速和减速），将低速轴上的最大误差限制在±1.5°内，相应的高速轴上的误差限制在±150°内；在停止位置低速轴上最大误差在±0.75°内，相应高速轴上误差在±75°内。

当检测到成捆信号（光电管）且成组信号满足要求时，发出动作信号，活动筐上升至高位后，活动筐水平移动，若辊道上无钢（采用光电管进行检测），则运行至打捆位置；若有钢，则在中间等待位等待。当捆材到达打捆位置时，且打捆机就位，打捆周期信号传送至打捆机，开始打捆。在打捆周期后，活动筐下降，成捆材被放在移送辊道上，筐以高速返回，并和固定筐对齐[2]。活动筐上升至接钢位，等待下一捆钢。

3.3.2 活动筐的抱闸控制

活动筐的升降以及平移动作均为带载启动及停止，因此在较大的负载势能作用下，在电机刚启动的瞬间，易产生电机无法拖动负载运行。由于负载作用力矩大于电机的启动力矩，容易造成势能释放，使传动链条承受较大冲击而造成断裂。

当升降电机得电上升运行时，抱闸先不打开，等起动力矩增大超过一定阈值后，抱闸打开，电机动作；电机停止时，在速度降低到一定范围内，抱闸闭合。由于负载作用力矩大于电机的启动力矩容易造成势能释放，使传动链条承受较大冲击造成断裂。因此，设置抱闸来保证电机的正常运行。

3.3.3 积累位置误差控制

在行程两端设置限位开关，并设置零位开关，定时自动对位置进行清零操作，有效避免了由于长时间使用造成位置的累计误差，积累误差过大时，易导致卡刚、撞击、拉断打捆机臂等严重机械故障。

3.3.4 支数复检系统应用

采用机器视觉系统对捆材支数进行复检。系统主要由高照度可调整光源、机器视觉模块、图像采集卡、视觉处理模块、工业控制计算机、控制执行机构以及图像处理算法控制软件模块组成。

视频图像处理与目标跟踪是系统的核心，负责实时处理现场的视频信息，包括运动检测、背景分离、目标位置测定、目标跟踪与容错计数等功能。通过采集处理棒材的端面图像，截获有效部分，并采用目标定位、轮廓提取、模式识别等算法，得到各棒材端部中心位置，从而实现准确计数。所有算法都在Microsoft Visual C++环境下实现。在实际计数与设置值超出偏差后，系统进行报警提醒岗位人员。

4 结语

生产线后部收集区设备控制系统改造后，实现了新旧控制系统无扰切换，控制精度高，最大限度地降低设备动作难度和设备负载，有效地解决了设备的维护和备件采购问题，全面实现自动化，有效提高了设备的稳定性和高效性，降低了维护人员和操作人员的劳动强度。轧线产能得以释放，产能由原先的135 t/h增加到150 t/h，去除投资成本，直接经济效益277.69万元。

[1] 杨俊生，乔晓平.工业控制计算机的抗干扰设计[C]//工业自动化应用实践[M].北京：电子工业出版社，2002：446-450.

[2] Robert Smolenski.智能电网中的传导电磁干扰[M].崔强，吕英华，叶畅，译.北京：机械工业出版社，2014.

Development and Application of Automatic Control System in Collection of Bar Line

YANG Wenjia
（The Bar Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271126,China）

By changing the network structure of the original control system,enhancing the network communication control ability,using step 7 control program and WINCCman-machine interface development,themovement of themovement control optimization and other aspects,the bar production line collection area process and equipment were integrated.The switching of new and old control ideas without disturbance was achieved,it has higher control accuracy and better use effect.The equipmentmaintenance and spare parts purchase problems were effectively solved.The stability and efficiency of the equipment were improved.

bar production line;collection;automatic control system

TP273

B

1004-4620（2017）04-0058-02

2017-03-13

杨文佳，女，1984年生，2006年毕业于长春工业大学自动化专业。现为山钢股份莱芜分公司棒材厂工程师，从事能源管理、技术管理工作。