關(guān)于對熱軋廠生產(chǎn)線電氣自動化控制系統(tǒng)研究

丁宇

本鋼板材股份有限公司熱連軋廠 遼寧本溪 117000

結(jié)合熱軋生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，首先要建設(shè)一條智能化、高效化、低成本的綠色熱軋生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)組織、生產(chǎn)設(shè)備、質(zhì)量控制、效率提升、安全保障、安全生產(chǎn)的智能熱軋決策過程，及成本控制與分析。要以關(guān)鍵生產(chǎn)線為突破口，智能制造將專注于基礎(chǔ)自動化、無人值守、操作室集中操作控制、機(jī)器人、模型優(yōu)化和三維可視化、狀態(tài)檢測和智能現(xiàn)場檢測。這些技術(shù)成熟度高，易于實(shí)施，對于質(zhì)量和效率提高顯著，在關(guān)鍵產(chǎn)線優(yōu)先實(shí)施后逐步推廣到其他生產(chǎn)線[1]。

1 熱軋廠生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)

為了更好的理解本研究的核心，對熱軋生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)有很重要的認(rèn)識和掌握。其中主要包括以下幾個(gè)方面：一是控制速度快，在很多情況下可以對機(jī)電液壓系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制和管理，更好地管理其液壓控制系統(tǒng)的控制周期。二是控制功能比較豐富，可以集中在系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)相關(guān)的性能和目標(biāo)，通過自動增減和有效的數(shù)據(jù)控制器，加強(qiáng)多個(gè)控制器的有效使用。三是各種功能相互影響，即很多功能主要集中各個(gè)功能的控制過程中，需要更好地協(xié)調(diào)各自動控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。最后，在實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)的各個(gè)功能能否更好地共享系統(tǒng)的輸入輸出模塊，這對CPU處理系統(tǒng)的有效提升也有著非常重要的影響。當(dāng)然，除了上述之外，系統(tǒng)還具有比較強(qiáng)的通信能力，可以更好地處理多個(gè)控制器和處理器之間的關(guān)系[2]。

2 熱軋廠生產(chǎn)線電氣自動化控制系統(tǒng)的功能概述

電氣自動化控制系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制，降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性和效率。

（2）設(shè)備系統(tǒng)失效時(shí)，電氣自動控制系統(tǒng)會報(bào)警自動關(guān)機(jī)，避免生產(chǎn)事故發(fā)生。

（3）對生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。

（4）提高了設(shè)備系統(tǒng)自動控制和運(yùn)行的穩(wěn)定性。舉例來說，利用細(xì)軋出口厚度計(jì)的測量功能，可以測量帶鋼厚度和中心線，實(shí)現(xiàn)帶鋼的厚度控制和校正功能。

3 電氣自動化控制系統(tǒng)組成分析

有效把握熱軋廠生產(chǎn)線自動化控制的實(shí)際過程，積極有效把握其自動化控制系統(tǒng)的相關(guān)結(jié)構(gòu)也是非常關(guān)鍵的?？偟膩碚f，我們主要從系統(tǒng)組成、通信技術(shù)等不同角度對其內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)分析。

3.1 系統(tǒng)的組成

在熱連軋生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中，利用EGD網(wǎng)絡(luò)使二級服務(wù)器與自動化和專用儀表進(jìn)行通信。拿日本TMEIC公司的自動控制系統(tǒng)為例，TOSLINE網(wǎng)絡(luò)可用于與電驅(qū)動器和執(zhí)行器的自動通信。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)繼承不難，讓所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以選擇標(biāo)準(zhǔn)化的商品，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化。

3.2 通訊技術(shù)

熱軋生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)有多個(gè)層次。控制系統(tǒng)中有許多控制器，如服務(wù)器、可編程控制器和許多操作系統(tǒng)。為了在簡單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)高速通信，企業(yè)通常同時(shí)使用EGD技術(shù)和TCNET技術(shù)。EGD通訊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的快速交換，這也是一般企業(yè)在多系統(tǒng)間選擇這種通訊技術(shù)的原因，熱軋帶鋼生產(chǎn)線各部件之間的高速通訊可達(dá)20ms。采用TCNET通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)PLC控制器與計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)交換，以這種方式使用的數(shù)據(jù)交換使高速控制器的通信達(dá)到了極好的狀態(tài)。

3.3 傳動系統(tǒng)

大多企業(yè)的生產(chǎn)線選擇大功率變頻傳動系統(tǒng)，因?yàn)榭梢栽诤艽蟪潭壬媳苊馀ふ窈蜋C(jī)械共振。這是因?yàn)樗鼈兪悄M量跟隨控制系統(tǒng)，可以使沖擊速度降低，逆變系統(tǒng)的高穩(wěn)定性也是一個(gè)明顯的特點(diǎn)，而且速度調(diào)節(jié)器還采用了抗超調(diào)控制技術(shù)，使輸出整個(gè)系統(tǒng)不會有超調(diào)問題。由于功率因數(shù)控制技術(shù)，系統(tǒng)功率因數(shù)接近1，電網(wǎng)不需要高諧波濾波器和靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置[3]。這些特性使主動力傳輸系統(tǒng)更穩(wěn)定，更不容易過載。在新鋼種的研發(fā)過程中，主傳動系統(tǒng)會產(chǎn)生一些問題，如粗軋區(qū)負(fù)電荷分布不均等。但是，即使出現(xiàn)了問題，主傳動系統(tǒng)仍然可以工作，因此大功率變頻傳動系統(tǒng)可以適應(yīng)惡劣的環(huán)境。

3.4 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)

目前很多生產(chǎn)線使用的自動控制系統(tǒng)都是基于PLC，但是除了PLC控制器之外，很多企業(yè)使用V系列控制器，這使得PC、網(wǎng)絡(luò)和高速特性得到應(yīng)用。PC是V系列控制器，可以說是一臺電腦，其中C3CPU模塊擁有工控機(jī)的所有硬件，所以可以使用多種操作系統(tǒng)，也可以使用鼠標(biāo)、鍵盤和監(jiān)視此外部設(shè)備。高速是指該系列控制器具有高速掃描能力。聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上是基于PC的特性。通過PC控制器，可以有一個(gè)類似于電腦的網(wǎng)卡，方便工程師訪問電腦上的控制器，從而簡化控制器，讓工程師更方便的使用控制器。這個(gè)V系列控制器還是屬于PLC控制器的范疇，應(yīng)用上的操作方法和PC的工業(yè)控制很相似。除了V系列控制器，還有一個(gè)ODG系統(tǒng)，可以以最高5ms的速度處理數(shù)據(jù)。

3.5 過程控制系統(tǒng)

熱軋廠的生產(chǎn)線除了基本自動化系統(tǒng)外，熱連軋生產(chǎn)線還可以實(shí)現(xiàn)高速、通信控制，在基本自動化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的許多功能也可以在過程控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。過程控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)和控制數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和管理，在線收集過程和控制數(shù)據(jù)，處理收集到的信息。過程控制系統(tǒng)還可以計(jì)算過程自動化過程中的設(shè)定值，對整個(gè)生產(chǎn)線的物料進(jìn)行實(shí)時(shí)位置跟蹤等。過程控制系統(tǒng)的軟硬件產(chǎn)品都能夠更標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，這樣許多公司就能夠在進(jìn)行熱軋帶鋼生產(chǎn)的時(shí)候都是采用標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件，軟硬件產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，讓這些產(chǎn)品在出現(xiàn)故障的時(shí)候能夠迅速的進(jìn)行更換。過程控制系統(tǒng)還具有能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)收集的功能，這是在熱軋帶鋼生產(chǎn)線具有高度通訊功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這樣就能夠讓過程控制系統(tǒng)能夠直接進(jìn)行采集，并對參數(shù)進(jìn)行控制。除此之外還能夠?qū)δＰ陀?jì)算以及自學(xué)習(xí)進(jìn)行在線的反饋，這樣就能夠在很大程度上讓模型計(jì)算的預(yù)設(shè)定精度的準(zhǔn)確性得到提升。與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)自動化功能相比過程控制系統(tǒng)的功能更加的全面，這也是為何越來越多的工廠選擇過程控制系統(tǒng)[4]。在熱軋帶鋼生產(chǎn)線中過程控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行許多在線的控制功能，這些都是傳統(tǒng)的自動化功能所沒有的。除此之外模型計(jì)算以及控制管理合二為一讓控制管理更好實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，還讓能夠讓工藝分析以及優(yōu)化進(jìn)行的更加的便捷，熱軋帶鋼生產(chǎn)線的工藝維修以及優(yōu)化工具能夠讓工程師更方便的進(jìn)行維修以及維護(hù)。

4 熱軋廠的生產(chǎn)線電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

4.1 智能化設(shè)計(jì)

通過軟件模塊的設(shè)計(jì)，以自動控制系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)為例，多線程在線可編程并行數(shù)據(jù)參數(shù)，PLC控制器單機(jī)控制系統(tǒng)為控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，在編輯器中，然后通過操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件激活智能PLC模塊，在電氣自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。

4.2 規(guī)范化統(tǒng)一設(shè)計(jì)

由于電氣化控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其標(biāo)準(zhǔn)化是促進(jìn)科學(xué)合理設(shè)計(jì)的有效手段，使控制模塊更好地應(yīng)用于各行各業(yè)，充分實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)典型的設(shè)計(jì)思想，應(yīng)用于企業(yè)自動化控制的PLC控制系統(tǒng)，應(yīng)使其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。同一企業(yè)或系統(tǒng)應(yīng)盡可能使用同一型號或同一廠家，因?yàn)镻LC接口的標(biāo)準(zhǔn)和軟件兼容性強(qiáng)于不同廠家的PLC備件。還可以共享PLC外部設(shè)備以及工具軟件，以降低成本。

4.3 加強(qiáng)設(shè)備散熱防護(hù)工作

散熱保護(hù)將影響設(shè)備的可靠性，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備損壞和控制系統(tǒng)癱瘓。其次，在設(shè)備防護(hù)中要注意設(shè)備的散熱保護(hù)，及時(shí)解決設(shè)備使用中產(chǎn)生的散熱問題，特別是大功率設(shè)備。圍繞設(shè)備和散熱器提供的設(shè)備應(yīng)避免使用敏感的半導(dǎo)體隔斷，以消除隱患，提高系統(tǒng)性能[5]。

4.4 分布式控制應(yīng)用目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

電氣自動化通過串口線纜連接工業(yè)控制器、CPU、智能儀表、變頻器、低壓斷路器、遠(yuǎn)程控制I/O等關(guān)鍵設(shè)備。分布式控制通過串行數(shù)字分支結(jié)構(gòu)將智能設(shè)備通信總線與自動化系統(tǒng)連接起來。還將相應(yīng)的I/O設(shè)備連接到現(xiàn)場設(shè)備，提高現(xiàn)場檢查的效率，實(shí)現(xiàn)輸入輸出模塊功能。

5 提高熱連爐生產(chǎn)線電氣自動化控制系統(tǒng)的可靠性

通過對熱軋生產(chǎn)線電氣自動化控制系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的系統(tǒng)分析和研究，明確了在實(shí)際開發(fā)過程中不斷加強(qiáng)電氣自動化系統(tǒng)的有效控制和相關(guān)問題的重要性，對有效提高經(jīng)濟(jì)效益也有非常重要的影響。由此看來，主動控制相關(guān)措施是提高自動控制系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。

5.1 加強(qiáng)可靠性的有效設(shè)計(jì)

自動控制系統(tǒng)有效設(shè)計(jì)的實(shí)際過程，應(yīng)積極考慮其可靠性，即充分把握控制設(shè)備的特點(diǎn)，研究系統(tǒng)控制，詳細(xì)分析相關(guān)產(chǎn)品，結(jié)合實(shí)際控制設(shè)備方案，加強(qiáng)產(chǎn)品類型的有效優(yōu)化。

在此過程中，不同產(chǎn)品的性能會有所不同，因此，有效地反映其設(shè)備的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和產(chǎn)品質(zhì)量保證，加強(qiáng)設(shè)備制造成本的降低，為了更好地提高控制設(shè)備的可靠性要求，有效地考慮系統(tǒng)的全面性和全面性。

5.2 選擇合適的電子元器件

必須注意的是，在實(shí)際選擇設(shè)備可靠性時(shí)，不僅要考慮周邊環(huán)境，還要考慮技術(shù)開發(fā)和部件質(zhì)量。一般而言，應(yīng)充分考慮由專業(yè)制造商生產(chǎn)的非專利零件。如果出現(xiàn)部件問題，全面有效地掌握可替代產(chǎn)品，并積極采取第二次解決方案解決相關(guān)突發(fā)事件。

積極有效地掌握電子元器件的溫濕度，充分掌握器件散熱和環(huán)境濕度控制系統(tǒng)的有效性非常重要，為了更好的保證電子元器件的正常運(yùn)行和系統(tǒng)的穩(wěn)定安全的發(fā)展。為了更好地實(shí)現(xiàn)相關(guān)的發(fā)展目標(biāo)，我們還應(yīng)該積極優(yōu)化自動化系統(tǒng)，有效地掌握各部件的協(xié)調(diào)程度，從而更好地控制和管理設(shè)備的可靠性。

6 結(jié)語

總之，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，電氣自動化控制系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，大大的提升了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，對于企業(yè)的發(fā)展提升了經(jīng)濟(jì)效益。在熱軋廠生產(chǎn)線電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮架構(gòu)組成的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)型，在運(yùn)行的過程中，更應(yīng)該加強(qiáng)智能化和可靠性研究，保證電氣自動化控制系統(tǒng)能夠安全可靠的運(yùn)行。