無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)研究

譚德坤 蔣智 鄭春娟

【摘 要】隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅速進步，無縫鋼管產(chǎn)業(yè)獲得了迅猛的發(fā)展，極大地改變了我國鋼鐵生產(chǎn)進程。自動化技術在無縫鋼管產(chǎn)業(yè)中的有效應用能夠有效提升無縫鋼管的生產(chǎn)速率和生產(chǎn)質量，但是由于無縫鋼管生產(chǎn)線工藝比較復雜，設備眾多，對控制系統(tǒng)有著較高的要求，因此，在自動化控制過程中存在很多問題，影響自動化生產(chǎn)線的運行效果。論文主要針對無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)進行探究。

【Abstract】With the continuous development of social economy and the rapid progress of China's industrial industry， seamless steel pipe industry has achieved rapid development， which has greatly changed the steel production process in China. The effective application of automation technology in seamless steel pipe industry can effectively improve the production rate and quality of seamless steel pipe. However， due to the complex process and numerous equipment of seamless steel pipe production line， there are high requirements for the control system. Therefore， there are many problems existing in the process of automatic control， which affect the operation effect of the automatic production line. This paper mainly discusses the automatic control system of seamless steel pipe production line.

【關鍵詞】無縫鋼管生產(chǎn)線;自動化控制系統(tǒng);工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

【Keywords】seamless steel pipe production line; automatic control system; industrial internet

【中圖分類號】TF345;TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）12-0176-02

1 引言

無縫鋼管自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)和研究可以有效減少鋼管生產(chǎn)過程中人力資源的投入，降低無縫鋼管的生產(chǎn)成本，提高無縫鋼管的生產(chǎn)質量和生產(chǎn)效率。無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)在無縫鋼管生產(chǎn)中的有效應用促進了我國無縫鋼管行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，加快了無縫鋼管的生產(chǎn)步伐，提升了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的整體效能，使得我國鋼鐵行業(yè)可以在激烈的市場競爭中存活并穩(wěn)定發(fā)展下來。

2 無縫鋼管的生產(chǎn)流程

無縫鋼管的生產(chǎn)工藝主要包括鋸切鋼坯以及管坯加熱、軋制檢測、定型等相關過程，生產(chǎn)流程比較復雜，生產(chǎn)設備十分繁雜，控制比較困難。自動化控制系統(tǒng)在無縫鋼管生產(chǎn)工藝過程中的應用可以解決人力所無法控制的問題，提高控制效率和控制質量，減少人為事故的發(fā)生。在軋制無縫鋼管的過程中，通常以長圓柱批作為原料，將長圓柱坯放入加熱爐中，加熱完成之后送入穿孔機中進行穿孔，從而可以形成鋼管。需要在穿孔之前在鋼坯的后端中心處先打一個小孔，使得穿管機能夠順利地進入鋼坯，保證穿孔的穩(wěn)定性與安全性?？梢詫o縫鋼管根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同分為熱定心和冷定心兩種類型，熱定心需要在加熱以后以及穿孔之前進行，冷定心則主要在鋸切鋼坯之后以及加熱前的過程中進行。熱定心和冷定心兩種方式都能夠保證穿孔的穩(wěn)定性，使得軋制過程更加順利和均勻。

3 無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的構成

3.1 控制系統(tǒng)

無縫鋼管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要包括基礎自動化系統(tǒng)過程、計算機控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及網(wǎng)絡系統(tǒng)等。網(wǎng)絡系統(tǒng)主要包括控制網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、內部以太網(wǎng)相互組成的功能強大自動化控制系統(tǒng)。基礎自動化系統(tǒng)包括人機接口界面系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)以及控制器等。工程師站基于相關軟件平臺進行編程調試，傳動系統(tǒng)采用交流變頻傳動裝置，冷區(qū)基礎自動化系統(tǒng)一般包括兩套控制器，分布式系統(tǒng)需要采取對應型號的軟件系統(tǒng)。各個單機控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)以及點對點的方式與主線系統(tǒng)進行通訊和交流[1]。

3.2 網(wǎng)絡結構以及系統(tǒng)配置

無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)配備三級自動化系統(tǒng)，構成集中管理、分布運算、分散控制以及資源共享的分布式的自動化控制系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)主要采用公共直流母線的多傳動系統(tǒng)，最為突出的優(yōu)勢在于應用了通用技術，能夠最大限度地滿足響應速度的要求以及控制精度的要求，而且模塊化的設計理念更加便于運行和維護，避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)停機事故，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)穩(wěn)定性?？刂破髋c傳動系統(tǒng)之間采用光纖進行連接，并使用相關通信協(xié)議進行信息的交換，控制器之間的通信是一種使用光纖介質連接的高性能通信，具有低負荷和快速的特點，能夠滿足快速響應以及控制精度的需求。所有控制器、工程師站、服務器、過程數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)都需要連接到自動化控制系統(tǒng)當中，實現(xiàn)基礎通信功能?；A自動化系統(tǒng)中的服務器包括用戶管理服務器、數(shù)據(jù)服務器以及功能服務器三種。其中，用戶管理服務器主要承擔著管理用戶權限的功能。功能服務器一般包括兩臺互為冗余的服務器，承擔對象和信息分配以及管理的功能，數(shù)據(jù)服務器主要功能在于實時數(shù)據(jù)的收集與分析，并為服務器提供自動的數(shù)據(jù)更新。在無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)當中，工業(yè)以太網(wǎng)主要用于過程計算機控制系統(tǒng)、單機控制系統(tǒng)與控制器之間的通信。通過交換機連接定徑機工藝控制系統(tǒng)、穿孔機工藝控制系統(tǒng)、連軋工藝參數(shù)設定及監(jiān)控系統(tǒng)、單機PLC控制系統(tǒng)、質量保證系統(tǒng)以及連軋自動輥縫控制系統(tǒng)等。

4 無縫鋼管生產(chǎn)線信息化管理平臺的實現(xiàn)

無縫鋼管生產(chǎn)線信息化管理平臺通常使用計算機語言Java技術實現(xiàn)，搭建基礎框架之后，合理選擇數(shù)據(jù)持久化工具?；A的實體類需要面向對象的思想指導進行構建，并將整個業(yè)務的邏輯按照框架技術進行劃分，劃分為接口層、控制層以及數(shù)據(jù)實現(xiàn)層三個層次，瀏覽器與控制層之間相互交互并用于數(shù)據(jù)的接收以及分析，數(shù)據(jù)得到簡單處理之后直接發(fā)送至接口層進行業(yè)務邏輯的實際操作，返回的數(shù)據(jù)傳遞給控制層再發(fā)送給瀏覽器。這樣能夠有效降低程序內部的耦合度，提高代碼的應用效率和重用性。在這種控制系統(tǒng)具體實現(xiàn)的過程中，設計開發(fā)人員普遍會遇到用戶權限控制的問題，大型企業(yè)信息化管理平臺通常需要應用相關技術作為身份驗證以及情緒控制的基礎。在內部用戶進行系統(tǒng)登錄時，會將相關用戶信息直接存放到服務器端，此信息在整個用戶會話過程中一直生效，這樣在系統(tǒng)的前端頁面便可以將當前數(shù)據(jù)的屬性與特定屬性進行比較，進行權限的對比，從而可以向用戶有選擇性地開放相關功能，實現(xiàn)平臺控制的目的和效果[2]。

5 上位機軟件的功能

整個無縫鋼管生產(chǎn)線自動化設備由一條現(xiàn)場總線相連，所有連接該總線的設備都需要具有與總線相兼容的通信接口，這樣便能夠將相關通信接口分散到整個生產(chǎn)車間，從而可以達到對現(xiàn)場設備的精準控制和實時控制。借助工控機的過程監(jiān)視軟件可以實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的組態(tài)監(jiān)控以及整個系統(tǒng)的監(jiān)視。首先，上位機軟件主要實現(xiàn)對生產(chǎn)線的監(jiān)控功能，在組態(tài)成功之后，工控機能夠獲得無縫鋼管生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)試運行的各項運行參數(shù)，并借助這些參數(shù)和從系統(tǒng)中獲得的數(shù)據(jù)能夠實現(xiàn)可視化的模擬界面。通過對可視化的模擬界面進行分析和研究，可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中可能存在的問題，便于管理人員監(jiān)控和調整。由于無縫鋼管生產(chǎn)線所需要的監(jiān)控設備比較多，為了能夠更好地體現(xiàn)各個生產(chǎn)區(qū)域的生產(chǎn)細節(jié)，需要多個實施界面同時運行。例如，為了監(jiān)視穿孔輥的位置以及相關的設置參數(shù)，可以制作一個專門的操作界面，用戶可以借助這個專門的界面觀察到無縫鋼管生產(chǎn)線穿孔的全過程，并及時發(fā)現(xiàn)穿孔過程可能存在的問題。一旦出現(xiàn)生產(chǎn)事故，用戶也可以借助界面上出現(xiàn)的提示完成急停操作，避免造成重大損失，保證無縫鋼管生產(chǎn)行業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。其次，一般情況下，無縫鋼管生產(chǎn)線都能夠正常平穩(wěn)運行，上位機軟件對于偶爾出現(xiàn)的故障具有記錄功能和報警顯示的功能，這樣有利于工作人員及時發(fā)現(xiàn)問題，有針對性地進行解決。所有的上位機的報警都會被記錄下來，用戶可以及時查詢相關的報警信息，并發(fā)現(xiàn)某個階段某個設備存在的故障信息。在生產(chǎn)過程中，上位機可以把各設備發(fā)送來的歷史數(shù)據(jù)以及操作員對系統(tǒng)操作的歷史數(shù)據(jù)存儲到本地硬盤當中，并根據(jù)子用戶的要求自動生成生產(chǎn)報表，體現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)，便于后續(xù)生產(chǎn)流程的調整以及問題的查找，保證生產(chǎn)的可靠性。例如，軋輥的準確位置對于生產(chǎn)出合格的無縫鋼管非常重要，借助歷史數(shù)據(jù)，操作員可以調整軋輥位置控制算法，找出最優(yōu)位置，確保生產(chǎn)出合格優(yōu)質的無縫鋼管。

6 結語

綜上所述，無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的有效應用能夠極大地提升無縫鋼管行業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效率，減少人力資源的使用，實現(xiàn)精準控制和全程控制的功能。無縫鋼管生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的設計與應用需要結合鋼鐵行業(yè)的實際情況，在原有自動化系統(tǒng)優(yōu)化的基礎之上，引入全覆蓋的控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)生產(chǎn)流程的精準控制，保證生產(chǎn)的可靠性和安全性，減少安全事故的發(fā)生，促進鋼鐵行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。

【參考文獻】

【1】李源.無縫鋼管連軋機自動化控制系統(tǒng)的研究與設計[D].包頭：內蒙古科技大學，2012.

【2】田春雷.無縫鋼管自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（24）：128.