自動(dòng)上料系統(tǒng)優(yōu)化改造探究

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摘要：該企業(yè)為提高轉(zhuǎn)爐、LF爐鋼水質(zhì)量以及皮帶上料的生產(chǎn)效率，對(duì)已有的長(zhǎng)材自動(dòng)上料控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化改造。優(yōu)化改造的內(nèi)容主要包含以下6個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化改造、三通分料器虛擬限位、供電系統(tǒng)治理、設(shè)備聯(lián)鎖解除、皮帶秤重量采集方式改造、限位故障自主報(bào)警。通過(guò)改造優(yōu)化，滿足了實(shí)際生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)了提高作業(yè)效率的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)上料系統(tǒng)；供電系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)改造；限位故障；自主報(bào)警

隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展，自動(dòng)上料技術(shù)的應(yīng)用在提高生產(chǎn)效率、減小操作工工作強(qiáng)度、節(jié)能降耗方面發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)各大鋼廠鐵合金上料、輔原料上料大多采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)或畫面半自動(dòng)上料模式，極大束縛了自動(dòng)化生產(chǎn)水平。并且由于皮帶遠(yuǎn)程站距離主控室較遠(yuǎn),皮帶產(chǎn)線長(zhǎng)[1]，一旦發(fā)生設(shè)備故障或網(wǎng)絡(luò)閃斷極易影響生產(chǎn)節(jié)奏同時(shí)消耗大量人力去排查故障點(diǎn)。自動(dòng)上料系統(tǒng)優(yōu)化改造研究，對(duì)于節(jié)能降耗、提高產(chǎn)線自動(dòng)化水平可靠度、增強(qiáng)冗余防錯(cuò)能力，起到至關(guān)重要的作用。

1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化改造

1.1交換機(jī)環(huán)網(wǎng)

原系統(tǒng)采用的是菲尼克斯交換機(jī)串聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以A5鐵合金料自動(dòng)上料系統(tǒng)為例（具體見(jiàn)圖1），將4#轉(zhuǎn)運(yùn)站的A5PLC04柜內(nèi)的CPU作為起點(diǎn)，首先連接到該柜內(nèi)的交換機(jī)，接著連接到散料地倉(cāng)的交換機(jī)，再連接到3#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機(jī)，再連接到2#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機(jī)，最終連接到1#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機(jī)。串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)是一旦任何一個(gè)交換機(jī)故障或與之相連的PN線故障，該交換機(jī)、PN線以及后面相連的所有交換機(jī)都將掉站，上料區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)最大的特點(diǎn)就是距離遠(yuǎn)，遠(yuǎn)程站距離上料主控室約2km，而且現(xiàn)場(chǎng)不同方位分布多個(gè)遠(yuǎn)程站室，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，維護(hù)人員去現(xiàn)場(chǎng)排查解決故障的時(shí)間段內(nèi)將不能進(jìn)行上料操作，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)爐、精煉的冶煉計(jì)劃，對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏造成極大制約。該文首先根據(jù)原有設(shè)備特征提出了改造思路與設(shè)想[2]，即根據(jù)原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)備特征，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)距離長(zhǎng)的特點(diǎn)與多年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提出交換機(jī)環(huán)網(wǎng)的改造方案和構(gòu)想。依舊以A5鐵合金料自動(dòng)上料系統(tǒng)為例（具體見(jiàn)圖2），改造后的網(wǎng)絡(luò)將4#轉(zhuǎn)運(yùn)站A5PLC04柜內(nèi)的CPU作為起點(diǎn)，首先連接到該柜內(nèi)交換機(jī)SW424，接著連接到散料地倉(cāng)的交換機(jī)SW425，再連接到3#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機(jī)SW423，再連接到2#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機(jī)SW422，接著連接到1#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機(jī)SW421，最終連接到A5PLC04柜內(nèi)的CPU，由此形成一個(gè)環(huán)網(wǎng)。

1.2電振冗余控制

原鐵合金地下料倉(cāng)的電振、除塵操作箱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是從A0RIO901PLC柜內(nèi)交換機(jī)出發(fā)，串聯(lián)方式依次經(jīng)過(guò)每個(gè)操作箱內(nèi)的吉諾模塊耦合器，一旦中間任何一個(gè)操作箱掉電或耦合器處接頭松動(dòng)，會(huì)直接影響該操作箱及其后所有操作箱電振、除塵控制。每次操作工發(fā)現(xiàn)異常叫修時(shí)間+技術(shù)人員去現(xiàn)場(chǎng)耗費(fèi)的路程時(shí)間+排查解決故障時(shí)間≥30min。由于上料系統(tǒng)供應(yīng)3個(gè)轉(zhuǎn)爐、2個(gè)精煉，也就相當(dāng)于每次總共影響生產(chǎn)150min。這個(gè)隱患嚴(yán)重制約著生產(chǎn)效率、人員的工作效率。本著最大限度保障生產(chǎn)順行的目的，該文采用雙路并行的控制邏輯，在每個(gè)電振畫面里新增了強(qiáng)制按鈕，點(diǎn)擊強(qiáng)制按鈕后，電振的控制命令將脫離原有的吉諾模塊耦合器串聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)A0RIO901PLC柜內(nèi)的交換機(jī)直接下發(fā)到每個(gè)電振對(duì)應(yīng)的MCC柜內(nèi)的智能馬達(dá)控制器處。通過(guò)對(duì)電振控制方式的冗余處理，實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)上料系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

2三通分料器的虛擬限位控制

原鐵合金上料系統(tǒng)中H4三通分料器下有W1方向和H5方向兩個(gè)方向，H4三通分料器開到位與關(guān)到位是靠接近開關(guān)感應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)限位的安裝位置距地面約4m，且無(wú)檢修平臺(tái)，檢修人員更換檢查此處的限位開關(guān)時(shí)有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。并且現(xiàn)場(chǎng)距主控室約700m，一旦發(fā)生限位開關(guān)檢測(cè)故障，影響皮帶停機(jī)時(shí)間約為半小時(shí)，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)煉鋼。技術(shù)人員在Wincc畫面上H4三通分料器彈窗里新增限位仿真功能，例如當(dāng)H5方向限位故障時(shí)，操作工去現(xiàn)場(chǎng)或通過(guò)監(jiān)控確認(rèn)三通閥實(shí)際打到H5方向時(shí)，操作工點(diǎn)擊限位仿真“允許”按鈕、“H5方向”按鈕，即可正常運(yùn)行皮帶，當(dāng)故障的H5方向限位恢復(fù)后，操作工點(diǎn)擊限位仿真“取消按鈕”即可恢復(fù)原有的控制邏輯。

3供電系統(tǒng)治理

3.1柜內(nèi)模塊供電改造

原上料系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)的24V供電與柜內(nèi)模板的24V供電均是由同一塊PLC柜內(nèi)的PM1507模塊供電，一旦發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)的24V限位控制線誤接入大電壓或大電流事故，將直接導(dǎo)致柜內(nèi)的24V模塊燒毀，不僅直接導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間事故停機(jī)，而且由于一次燒毀的模塊數(shù)量過(guò)多，很可能造成因備件不足無(wú)法快速恢復(fù)生產(chǎn)的嚴(yán)重事故。該文在充分評(píng)估該隱患可能引發(fā)的后果后，在每個(gè)上料PLC柜內(nèi)新加一塊PM1507模塊和幾個(gè)空開，自此柜內(nèi)的每個(gè)24V模塊供電由新增的PM1507和其對(duì)應(yīng)的空開進(jìn)行控制，將現(xiàn)場(chǎng)的大電流、大電壓隱患徹底屏蔽。

3.2菲尼克斯交換機(jī)雙路供電改造

原設(shè)計(jì)中上料系統(tǒng)菲尼克斯交換機(jī)的供電僅由一路24V電源供電，此時(shí)模塊上的“FAIL”后面的指示燈會(huì)顯示紅色，代表此模塊存在非雙路供電的報(bào)警，由于此交換機(jī)只有這一處報(bào)警燈，一旦發(fā)生其他故障，技術(shù)人員將不能快速直觀地通過(guò)該故障燈判斷故障點(diǎn)是否在交換機(jī)處。該文充分調(diào)研菲尼克斯交換機(jī)模塊特性后，采用雙路電源供電，“FAIL”后面的指示燈將不顯示紅燈，此改造為以后排查問(wèn)題節(jié)約了處理時(shí)間、提高了作業(yè)效率。

4設(shè)備聯(lián)鎖解除改造

4.1皮帶聯(lián)鎖解除

常規(guī)控制思路是逆啟順停，皮帶秤裝在H3、S3、S6皮帶上，校秤時(shí)需要將皮帶秤所在的皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，考慮到校秤期間沒(méi)必要將其他皮帶啟動(dòng)，特此在畫面上增加每條皮帶的啟動(dòng)聯(lián)鎖、運(yùn)行聯(lián)鎖投入解除按鈕，點(diǎn)擊聯(lián)鎖解除按鈕后，可直接啟動(dòng)該皮帶，進(jìn)而節(jié)約了能源。

4.2給料機(jī)聯(lián)鎖解除

當(dāng)操作工計(jì)劃將2#石灰倉(cāng)的轉(zhuǎn)爐石灰90下到1#轉(zhuǎn)爐5#輔料料倉(cāng)。此時(shí)物料的工藝流程是：2#石灰倉(cāng)給料機(jī)的轉(zhuǎn)爐石灰90，通過(guò)S6皮帶運(yùn)至S5皮帶，再由S5皮帶運(yùn)至S5三通分料器，再由S5三通分料器運(yùn)至S4皮帶→最終由S4皮帶運(yùn)至1#轉(zhuǎn)爐5#輔料料倉(cāng)。畫面上2#石灰倉(cāng)給料機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行聯(lián)鎖是2#石灰倉(cāng)的物料名稱、物料代碼與1#轉(zhuǎn)爐5#輔料料倉(cāng)的物料名稱、物料代碼一致，S6、S5、S4皮帶均為自動(dòng)模式且正常運(yùn)行，2#石灰倉(cāng)給料機(jī)選擇集中、供電正常、無(wú)過(guò)載，無(wú)運(yùn)行反饋報(bào)警、啟動(dòng)命令正常發(fā)出，S5ST三通分料器選自動(dòng)且打到S4方向，S4卸料車在1#轉(zhuǎn)爐5#輔料料倉(cāng)處。其中任何一個(gè)條件不滿足，則不能啟動(dòng)電振。技術(shù)人員在每個(gè)給料機(jī)上增設(shè)啟動(dòng)/運(yùn)行聯(lián)鎖解除、投入按鈕。若以上聯(lián)鎖信號(hào)誤報(bào)，需臨時(shí)強(qiáng)制啟動(dòng)給料機(jī)時(shí)，可直接在畫面上進(jìn)行聯(lián)鎖解除。此聯(lián)鎖解除功能保證了電振給料機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，提升了電振給料控制的穩(wěn)定性。

5皮帶秤重量采集方式優(yōu)化改造

S6皮帶上有兩臺(tái)西門子皮帶秤，1#南秤和2#北秤，這兩臺(tái)西門子秤的作用是核對(duì)唐鋼鋼源處料損失率是多大。原輔料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中每天通過(guò)S6皮帶上料多少，幾點(diǎn)上料，上的料的料種名稱均需要被計(jì)量知道。一般計(jì)量數(shù)據(jù)由三級(jí)傳入，三級(jí)數(shù)據(jù)又由二級(jí)傳入，二級(jí)數(shù)據(jù)又由一級(jí)傳入，但由于上料系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)只與轉(zhuǎn)爐一級(jí)系統(tǒng)通信，不直接連到二級(jí)或三級(jí)。同時(shí)，考慮到走一般路徑需要花費(fèi)大量資金請(qǐng)二級(jí)廠家修改二級(jí)系統(tǒng)，因此最初的系統(tǒng)需要操作工手動(dòng)記錄、計(jì)算拍照發(fā)給計(jì)量單位。操作工上料任務(wù)多時(shí)很容易造成遺漏，影響兩邊的核算準(zhǔn)確度。

5.1利用WINCC畫面采集

技術(shù)人員在現(xiàn)有的石灰畫面里，新增上料記錄按鈕，操作工需要查看S6皮帶秤的上料歷史記錄時(shí)點(diǎn)擊此按鈕，會(huì)立即彈出一個(gè)包含最新20條的S6皮帶秤相關(guān)的上料記錄，其包含著上料起止時(shí)間、上料量、對(duì)應(yīng)的料種名稱信息。操作工可拍照發(fā)到作業(yè)區(qū)內(nèi)部群，不需要查看時(shí)再點(diǎn)擊一下該按鈕即可。這個(gè)優(yōu)化改造方案的優(yōu)點(diǎn)是可視化程度高，操作工查看方便，避免人工計(jì)算，缺點(diǎn)是需要人工拍照上傳、記錄條數(shù)較少。

5.2采用與計(jì)量通訊采集

計(jì)量人員利用固有系統(tǒng)，本著最大程度降低投入提高效率的原則，通過(guò)計(jì)量系統(tǒng)原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)上料系統(tǒng)CPU的IP、槽號(hào)直接進(jìn)行通訊，進(jìn)而采集到上料系統(tǒng)兩個(gè)S6皮帶秤的瞬時(shí)量、累積量。這個(gè)優(yōu)化改造方案的優(yōu)點(diǎn)是上料系統(tǒng)改造較少[3]，同時(shí)記錄全面、全程無(wú)需人工干預(yù)，進(jìn)而降低了崗位人員勞動(dòng)強(qiáng)度[4]。

6限位故障自主報(bào)警

上料系統(tǒng)共3輛皮帶卸料車，分別是H5皮帶卸料車、S4皮帶卸料車、W2爐后合金皮帶卸料車，前兩輛卸料車是由格雷母線位置檢測(cè)裝置對(duì)卸料小車進(jìn)行定位[5]，畫面上實(shí)時(shí)顯示卸料車編碼電纜碼值，操作工可直接根據(jù)碼值變化情況判斷出H5、S4皮帶卸料車運(yùn)行正常與否。卸料小車定位是確保鐵合金準(zhǔn)確輸送到對(duì)應(yīng)料倉(cāng)的關(guān)鍵[6]。但是W2爐后合金卸料車沒(méi)有安裝編碼電纜，僅僅靠9個(gè)倉(cāng)位限位、2個(gè)極限位控制停車?，F(xiàn)場(chǎng)爐后合金卸料車所在位置也未安裝攝像頭。原有的設(shè)計(jì)思路是當(dāng)W2卸料車在1爐1倉(cāng)，操作工在畫面上選擇將W2卸料車在手動(dòng)對(duì)位模式下開到1爐2倉(cāng)，若此時(shí)1爐2倉(cāng)限位故障導(dǎo)致感應(yīng)不到，W2卸料車將繼續(xù)前行到1爐3倉(cāng)，1爐3倉(cāng)限位感應(yīng)到時(shí)自動(dòng)反方向行車到1爐1倉(cāng)，之后在1爐1倉(cāng)與1爐3倉(cāng)之間做無(wú)休止的往返的運(yùn)動(dòng)。操作工看不到此時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，并且畫面上也沒(méi)有相應(yīng)的報(bào)警提示，十分耽誤上料進(jìn)程，影響生產(chǎn)效率。該文本著凡事應(yīng)未雨綢繆的工作理念，充分評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)、程序邏輯，采用限位故障自主報(bào)警的方法。新的程序邏輯是：當(dāng)W2卸料車在1爐1倉(cāng)，操作工在畫面上選擇將W2卸料車在手動(dòng)對(duì)位模式下開到1爐2倉(cāng)，若此時(shí)1爐2倉(cāng)限位故障導(dǎo)致感應(yīng)不到，W2卸料車將繼續(xù)前行到1爐3倉(cāng)，1爐3倉(cāng)限位感應(yīng)到時(shí)W2卸料車自動(dòng)停車，同時(shí)爐后合金畫面上1爐2倉(cāng)的倉(cāng)號(hào)變紅。此時(shí)操作工可繼續(xù)任意方向動(dòng)車，再次實(shí)驗(yàn)感應(yīng)到1爐2倉(cāng)限位時(shí)，1爐2倉(cāng)倉(cāng)號(hào)恢復(fù)到原來(lái)的顏色。若仍然感應(yīng)不到1爐2倉(cāng)限位，則及時(shí)報(bào)修。這個(gè)限位故障自主報(bào)警功能的投用相當(dāng)于操作工有了“千里眼”，能身在主控室不借助監(jiān)控?cái)z像頭實(shí)時(shí)判斷W2卸料車位置與確定每個(gè)倉(cāng)位限位故障與否。

7結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)材上料系統(tǒng)的優(yōu)化改造方案，充分考慮生產(chǎn)實(shí)際需求，多次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，憑借專業(yè)技術(shù)人員多年積累的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)半年的生產(chǎn)檢驗(yàn)，運(yùn)行情況良好，多次避免因上述風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷事故，滿足了煉鋼區(qū)域的生產(chǎn)需求，提高了作業(yè)效率。該方案提供的運(yùn)維改造思路，可推廣應(yīng)用到其他自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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作者:郝偉凱 王亞敏 單位:唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司唐鋼信息自動(dòng)化部 唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院