自動上料系統(tǒng)優(yōu)化改造研究

郝偉凱　王亞敏

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，對已有的長材自動上料控制系統(tǒng)進行技術(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、限位故障自主報警。通過改造優(yōu)化，滿足了實際生產(chǎn)需求，實現(xiàn)了提高作業(yè)效率的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：自動上料系統(tǒng)供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造 限位故障自主報警

中圖分類號：P415.1 3文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

隨著我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展，自動上料技術(shù)的應(yīng)用在提高生產(chǎn)效率、減小操作工工作強度、節(jié)能降耗方面發(fā)揮著重要作用。

當(dāng)前國內(nèi)各大鋼廠鐵合金上料、輔原料上料大多采用現(xiàn)場手動或畫面半自動上料模式，極大束縛了自動化生產(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[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)奏同時消耗大量人力去排查故障點。自動上料系統(tǒng)優(yōu)化改造研究，對于節(jié)能降耗、提高產(chǎn)線自動化水平可靠度、增強冗余防錯能力，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交換機環(huán)網(wǎng)

原系統(tǒng)采用的是菲尼克斯交換機串聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 以A5鐵合金料自動上料系統(tǒng)為例，如圖1所示，將4#轉(zhuǎn)運站的A5PLC04柜內(nèi)的CPU作為起點，首先連接到該柜內(nèi)的交換機，接著連接到散料地倉的交換機，再連接到3#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機，再連接到2#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機，最終連接到1#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機。

串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的缺點是一旦任何一個交換機故障或與之相連的PN線故障，該交換機、PN線以及后面相連的所有交換機都將掉站，上料區(qū)域現(xiàn)場最大的特點就是距離遠(yuǎn)，遠(yuǎn)程站距離上料主控室約2km，而且現(xiàn)場不同方位分布多個遠(yuǎn)程站室，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，維護人員去現(xiàn)場排查解決故障的時間段內(nèi)將不能進行上料操作，進而影響轉(zhuǎn)爐、精煉的冶煉計劃，對生產(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)計結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)備特征，依據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)距離長的特點與多年的維護經(jīng)驗，提出交換機環(huán)網(wǎng)的改造方案和構(gòu)想。依舊以A5鐵合金料自動上料系統(tǒng)為例，如圖2所示，改造后的網(wǎng)絡(luò)將4#轉(zhuǎn)運站A5PLC04柜內(nèi)的CPU作為起點，首先連接到該柜內(nèi)交換機SW424，接著連接到散料地倉的交換機SW425，再連接到3#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機SW423，再連接到2#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機SW422，接著連接到1#轉(zhuǎn)爐遠(yuǎn)程站的交換機SW421，最終連接到A5PLC04柜內(nèi)的CPU，由此形成一個環(huán)網(wǎng)。

1.2電振冗余控制

原鐵合金地下料倉的電振、除塵操作箱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是從A0RIO901PLC柜內(nèi)交換機出發(fā)，串聯(lián)方式依次經(jīng)過每個操作箱內(nèi)的吉諾模塊耦合器，一旦中間任何一個操作箱掉電或耦合器處接頭松動，會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)異常叫修時間+技術(shù)人員去現(xiàn)場耗費的路程時間+排查解決故障時間≥30min。由于上料系統(tǒng)供應(yīng)3個轉(zhuǎn)爐、2個精煉，也就相當(dāng)于每次總共影響生產(chǎn)150min。這個隱患嚴(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，在每個電振畫面里新增了強制按鈕，點擊強制按鈕后，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A0RIO901PLC柜內(nèi)的交換機直接下發(fā)到每個電振對應(yīng)的MCC柜內(nèi)的智能馬達控制器處。通過對電振控制方式的冗余處理，實現(xiàn)了皮帶機上料系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。

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)場限位的安裝位置距地面約4m，且無檢修平臺，檢修人員更換檢查此處的限位開關(guān)時有一定的安全風(fēng)險。并且現(xiàn)場距主控室約700m，一旦發(fā)生限位開關(guān)檢測故障，影響皮帶停機時間約為半小時，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，操作工去現(xiàn)場或通過監(jiān)控確認(rèn)三通閥實際打到H5方向時，操作工點擊限位仿真“允許”按鈕、“H5方向”按鈕，即可正常運行皮帶，當(dāng)故障的H5方向限位恢復(fù)后，操作工點擊限位仿真“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)致長時間事故停機，而且由于一次燒毀的模塊數(shù)量過多，很可能造成因備件不足無法快速恢復(fù)生產(chǎn)的嚴(yán)重事故。該文在充分評估該隱患可能引發(fā)的后果后，在每個上料PLC柜內(nèi)新加一塊PM1507模塊和幾個空開，自此柜內(nèi)的每個24V模塊供電由新增的PM1507和其對應(yīng)的空開進行控制，將現(xiàn)場的大電流、大電壓隱患徹底屏蔽。

3.2菲尼克斯交換機雙路供電改造

原設(shè)計中上料系統(tǒng)菲尼克斯交換機的供電僅由一路24V電源供電，此時模塊上的“FAIL”后面的指示燈會顯示紅色，代表此模塊存在非雙路供電的報警，由于此交換機只有這一處報警燈，一旦發(fā)生其他故障，技術(shù)人員將不能快速直觀地通過該故障燈判斷故障點是否在交換機處，該文充分調(diào)研菲尼克斯交換機模塊特性后，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題節(jié)約了處理時間、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，校秤時需要將皮帶秤所在的皮帶運轉(zhuǎn)起來，考慮到校秤期間沒必要將其他皮帶啟動，特此在畫面上增加每條皮帶的啟動聯(lián)鎖、運行聯(lián)鎖投入解除按鈕，點擊聯(lián)鎖解除按鈕后，可直接啟動該皮帶，進而節(jié)約了能源。

4.2給料機聯(lián)鎖解除

當(dāng)操作工計劃將2#石灰倉的轉(zhuǎn)爐石灰90下到1#轉(zhuǎn)爐5#輔料料倉。此時物料的工藝流程是：2#石灰倉給料機的轉(zhuǎn)爐石灰90，通過S6皮帶運至S5皮帶，再由S5皮帶運至S5三通分料器，再由S5三通分料器運至S4皮帶→最終由S4皮帶運至1#轉(zhuǎn)爐5#輔料料倉。

畫面上2#石灰倉給料機的啟動運行聯(lián)鎖是2#石灰倉的物料名稱、物料代碼與1#轉(zhuǎn)爐5#輔料料倉的物料名稱、物料代碼一致，S6、S5、S4皮帶均為自動模式且正常運行，2#石灰倉給料機選擇集中、供電正常、無過載，無運行反饋報警、啟動命令正常發(fā)出，S5ST三通分料器選自動且打到S4方向，S4卸料車在1#轉(zhuǎn)爐5#輔料料倉處。其中任何一個條件不滿足，則不能啟動電振。技術(shù)人員在每個給料機上增設(shè)啟動/運行聯(lián)鎖解除、投入按鈕。若以上聯(lián)鎖信號誤報，需臨時強制啟動給料機時，可直接在畫面上進行聯(lián)鎖解除。此聯(lián)鎖解除功能保證了電振給料機的平穩(wěn)運行，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皮帶上有兩臺西門子皮帶秤，1#南秤和2#北秤，這兩臺西門子秤的作用是核對唐鋼鋼源處料損失率是多大。原輔料系統(tǒng)的設(shè)計中每天通過S6皮帶上料多少，幾點上料，上的料的料種名稱均需要被計量知道。一般計量數(shù)據(jù)由三級傳入，三級數(shù)據(jù)又由二級傳入，二級數(shù)據(jù)又由一級傳入，但由于上料系統(tǒng)最初設(shè)計只與轉(zhuǎn)爐一級系統(tǒng)通信，不直接連到二級或三級。同時考慮到走一般路徑需要花費大量資金請二級廠家修改二級系統(tǒng)，因此最初的系統(tǒng)需要操作工手動記錄、計算拍照發(fā)給計量單位。操作工上料任務(wù)多時很容易造成遺漏，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點擊此按鈕，會立即彈出一個包含最新20條的S6皮帶秤相關(guān)的上料記錄。包含著上料起止時間、上料量、對應(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，不需要查看時再點擊一下該按鈕即可。這個優(yōu)化改造方案的優(yōu)點是可視化程度高，操作工查看方便，避免人工計算，缺點是需要人工拍照上傳、記錄條數(shù)較少。

5.2采用與計量通訊采集

計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，通過計量系統(tǒng)原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)上料系統(tǒng)CPU的IP、槽號直接進行通訊，進而采集到上料系統(tǒng)兩個S6皮帶秤的瞬時量、累積量。這個優(yōu)化改造方案的優(yōu)點是上料系統(tǒng)改造較少[3]，同時記錄全面、全程無需人工干預(yù)，進而降低了崗位人員勞動強度[4]。

6限位故障自主報警

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裝置對卸料小車進行定位[5]，畫面上實時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皮帶卸料車運行正常與否。卸料小車定位是確保鐵合金準(zhǔn)確輸送到對應(yīng)料倉的關(guān)鍵[6]。但是W2爐后合金卸料車沒有安裝編碼電纜，僅僅靠9個倉位限位、2個極限位控制停車?，F(xiàn)場爐后合金卸料車所在位置也未安裝攝像頭。原有的設(shè)計思路是當(dāng)W2卸料車在1爐1倉，操作工在畫面上選擇將W2卸料車在手動對位模式下開到1爐2倉，若此時1爐2倉限位故障導(dǎo)致感應(yīng)不到，W2卸料車將繼續(xù)前行到1爐3倉，1爐3倉限位感應(yīng)到時自動反方向行車到1爐1倉，之后在1爐1倉與1爐3倉之間做無休止的往返的運動。操作工看不到此時的現(xiàn)場情況，并且畫面上也沒有相應(yīng)的報警提示，十分耽誤上料進程，影響生產(chǎn)效率。

該文本著凡事應(yīng)未雨綢繆的工作理念，充分評估現(xiàn)場結(jié)構(gòu)、程序邏輯，采用限位故障自主報警的方法。新的程序邏輯是：當(dāng)W2卸料車在1爐1倉，操作工在畫面上選擇將W2卸料車在手動對位模式下開到1爐2倉，若此時1爐2倉限位故障導(dǎo)致感應(yīng)不到，W2卸料車將繼續(xù)前行到1爐3倉，1爐3倉限位感應(yīng)到時W2卸料車自動停車，同時爐后合金畫面上1爐2倉的倉號變紅。此時操作工可繼續(xù)任意方向動車，再次實驗感應(yīng)到1爐2倉限位時，1爐2倉倉號恢復(fù)到原來的顏色。若仍然感應(yīng)不到1爐2倉限位，則及時報修。這個限位故障自主報警功能的投用相當(dāng)于操作工有了“千里眼”，能身在主控室不借助監(jiān)控攝像頭實時判斷W2卸料車位置與確定每個倉位限位故障與否。

7結(jié)語

長材上料系統(tǒng)的優(yōu)化改造方案，充分考慮生產(chǎn)實際需求，多次進行現(xiàn)場調(diào)研，憑借專業(yè)技術(shù)人員多年積累的運維經(jīng)驗，經(jīng)過長達半年的生產(chǎn)檢驗，運行情況良好，多次避免因上述風(fēng)險導(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。該方案提供的運維改造思路，可推廣應(yīng)用到其他自動化控制系統(tǒng)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

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基金項目：唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研規(guī)劃項目2021—2022年度立項課題“機電一體化專業(yè)教育與煉鋼自動化一級控制的融合發(fā)展研究”（項目編號：YJKT202154，主持人王亞敏）。

作者簡介：郝偉凱（1997—），男，本科，科員，研究方向為煉鋼一級。

王亞敏（1986—），女，碩士，講師，研究方向為機電一體化專業(yè)教育。