0 引言

　　國(guó)內(nèi)許多冷床板坯跟蹤系統(tǒng)中，裝鋼機(jī)、出鋼機(jī)行程無(wú)法自動(dòng)計(jì)算，只能手動(dòng)進(jìn)行裝出鋼操作，步進(jìn)梁也只能在半自動(dòng)狀況下運(yùn)行。操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，企業(yè)生產(chǎn)成本高，而產(chǎn)品產(chǎn)量低。萊鋼厚板廠熱處理車(chē)間冷床自動(dòng)控制系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了板坯跟蹤全自動(dòng)控制。本技術(shù)采用s7-400控制系統(tǒng)，完成生產(chǎn)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、工藝顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警及報(bào)表打印等功能。

　　1 技術(shù)原理

　　對(duì)冷床板坯信息跟蹤程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，建立冷床板坯實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄冷床板坯數(shù)量、規(guī)格、位置等信息;板坯被步進(jìn)梁抬起前進(jìn)時(shí)，板坯位置信息實(shí)時(shí)更新，根據(jù)當(dāng)前裝料側(cè)和出料側(cè)板坯位置信息，計(jì)算出裝鋼機(jī)和出鋼機(jī)行程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝出鋼、冷床鋼坯的周期運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)跟蹤[1]。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)中第一個(gè)雙整型數(shù)存放數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前指針，數(shù)據(jù)庫(kù)中第2個(gè)雙整型數(shù)存放當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的板坯數(shù)量。每只板坯占據(jù)22個(gè)字節(jié)(176位)，共能存放最多50只板坯的信息。

　　根據(jù)指針的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出板坯的數(shù)量。例如指針為1824，則當(dāng)前板坯數(shù)量為：(1824-64)/176=10只。

　　裝鋼時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中第10只板坯的后沿位置，可以計(jì)算出第11只板坯的釋放位置，這樣裝鋼機(jī)可以自動(dòng)裝鋼。

　　第11只板坯裝入后，根據(jù)裝鋼完成信號(hào)，數(shù)據(jù)庫(kù)第11只板坯信息位置處依次填入板坯的長(zhǎng)、寬、位置等信息。同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)指針變?yōu)?824+176=2000，即指向了第12只板坯的起始位置，同時(shí)板坯數(shù)量更新為11。

　　當(dāng)步進(jìn)梁向前移動(dòng)一個(gè)步距(設(shè)為500mm)，數(shù)據(jù)庫(kù)中所有板坯前沿、后沿位置信息都增加500。

　　當(dāng)?shù)?只板坯到達(dá)出鋼位時(shí)，根據(jù)它的前沿位置計(jì)算出出鋼機(jī)的出鋼行程，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出鋼。

　　當(dāng)出鋼完成后，根據(jù)出鋼完成信號(hào)，數(shù)據(jù)庫(kù)中第1只板坯的信息清零，然后將第2只板坯的信息移動(dòng)到第1只板坯的信息位置處;將第2只板坯的信息清零，然后將第3只板坯的信息移動(dòng)到第2只板坯的信息位置處;依此類(lèi)推，直到第11只板坯的信息移動(dòng)到第10只板坯的信息位置處。數(shù)據(jù)庫(kù)指針變?yōu)?000-176=1824，即指向了第11只板坯的起始位置，同時(shí)板坯數(shù)量更新為10。這樣，就實(shí)現(xiàn)了完整的冷床數(shù)據(jù)跟蹤過(guò)程。跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如表1所示。

　　表1 跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

地址	名稱(chēng)	數(shù)據(jù)類(lèi)型
0．0	指針	雙整
4．0	板坯數(shù)量	雙整
8．0	板坯1前沿位置	實(shí)型
12．0	板坯1距出料端位置	實(shí)型
16．0	板坯1寬度	實(shí)型
20．0	板坯1后沿位置	實(shí)型
24．0	板坯1長(zhǎng)度	實(shí)型
28．0	板坯1手動(dòng)裝鋼標(biāo)志	布爾
28．1	板坯1長(zhǎng)度超長(zhǎng)標(biāo)志	布爾
30．0	板坯2前沿位置	實(shí)型
34．0	板坯2距出料端位置	實(shí)型
38．0	板坯2寬度	實(shí)型
42．0	板坯2后沿位置	實(shí)型
46．0	板坯2長(zhǎng)度	實(shí)型
50．0	板坯2手動(dòng)裝鋼標(biāo)志	布爾
50．1	板坯2長(zhǎng)度超長(zhǎng)標(biāo)志	布爾
……	…….	……
1086．0	板坯50前沿位置	實(shí)型
1090．0	板坯50距出料端位置	實(shí)型
1094．0	板坯50寬度	實(shí)型
1098.0	板坯50后沿位置	實(shí)型
1102．0	板坯50長(zhǎng)度	實(shí)型
1106．0	板坯50手動(dòng)裝鋼標(biāo)志	布爾
1106．1	板坯50長(zhǎng)度超長(zhǎng)標(biāo)志	布爾

　　根據(jù)控制要求，經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比分析，決定選用Siemens公司S7-400 PLC控制系統(tǒng),監(jiān)控軟件采用SIEMENS公司的WinCC。

　　本工程自動(dòng)化總體方案以“集散控制、分層結(jié)構(gòu)”為主要特點(diǎn)，整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)可分為3層：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與終端執(zhí)行;分散的數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制;集中操作監(jiān)視(2)。

　　結(jié)合本生產(chǎn)線工藝布置和特點(diǎn)，冷床控制系統(tǒng)使用了3臺(tái)S7-400控制器、2臺(tái)DELL工控機(jī)，PLC配置6個(gè)ET200從站。2臺(tái)DELL工控機(jī)作為操作站，運(yùn)行WinCC監(jiān)控站軟件，負(fù)責(zé)維護(hù)集成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和提供人機(jī)接口，訪問(wèn)PLC的數(shù)據(jù)。采用一臺(tái)EPSON針式打印機(jī)打印生產(chǎn)報(bào)表和過(guò)程數(shù)據(jù)。

　　S7-400是模塊化大型PLC系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通信。DELL工控機(jī)采用主頻為2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 內(nèi)存，80GB UltraSCSI 接口硬盤(pán)。 S7-400控制器和DELL工控機(jī)采用工業(yè)以太網(wǎng)通信，通信速率為10Mbps。

　　該生產(chǎn)線的控制以過(guò)程控制為主，兼有大量的邏輯控制。主要功能是完成控制參數(shù)的監(jiān)視和調(diào)整、邏輯聯(lián)鎖、故障及報(bào)警的處理、歷史數(shù)據(jù)的采集及歷史趨勢(shì)的顯示和打印，生產(chǎn)報(bào)表的生成和打印等。

　　上位機(jī)的功能包括：過(guò)程監(jiān)控畫(huà)面顯示、報(bào)警顯示與處理、報(bào)表打印、歷史趨勢(shì)顯示與存儲(chǔ)等。圍繞以上功能編制上位機(jī)軟件。

　　4 過(guò)程監(jiān)控畫(huà)面

　　配備功能鍵盤(pán)，可以選擇畫(huà)面和改變?cè)O(shè)定值。

　　根據(jù)冷床功能開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出不同的畫(huà)面供操作者選擇，例如冷床主畫(huà)面、步進(jìn)梁跟蹤畫(huà)面、冷卻水畫(huà)面、冷床監(jiān)控畫(huà)面等。冷床跟蹤畫(huà)面可顯示下列數(shù)據(jù)：板坯號(hào)、批次、冷床板坯數(shù)量及板坯位置。

　　畫(huà)面中含有報(bào)警信息，所有報(bào)警均可在屏幕顯示，存儲(chǔ)在硬盤(pán)里，并能打印出來(lái)。大約有100條報(bào)警信息。

　　過(guò)程數(shù)量記錄(趨勢(shì))：大約有50個(gè)過(guò)程值被記錄在測(cè)量文檔中，存儲(chǔ)時(shí)間為1個(gè)月。所有過(guò)程值在屏幕上顯示。

　　5 系統(tǒng)的安裝調(diào)試及運(yùn)行改進(jìn)

　　5.1 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試

　　在控制軟件及工藝畫(huà)面和報(bào)表編制完后，首先利用信號(hào)發(fā)生器對(duì)控制器I/O模板的每一通路進(jìn)行檢測(cè)，看輸入、輸出是否正常，模擬現(xiàn)場(chǎng)情況測(cè)試程序，檢查程序運(yùn)行是否正常。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的地方立即進(jìn)行修改，直到準(zhǔn)確無(wú)誤為止。

　　5.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

　　經(jīng)過(guò)冷調(diào)和熱調(diào)兩個(gè)階段，使系統(tǒng)逐步滿足控制要求。

　　5.3 系統(tǒng)測(cè)試

　　(1)系統(tǒng)硬件測(cè)試。

　　該系統(tǒng)采用S7-400系統(tǒng)，查閱運(yùn)行以來(lái)的操作值班記錄及維護(hù)記錄，得出硬件的運(yùn)行率為100%，沒(méi)有出現(xiàn)因設(shè)備硬件而影響生產(chǎn)的情況。

　　(2)被控參數(shù)的測(cè)試。

　　整個(gè)生產(chǎn)線工藝較復(fù)雜，被控參數(shù)較多。對(duì)所有被控參數(shù)的控制精度(即設(shè)定量和實(shí)際量的差別)在不同時(shí)刻進(jìn)行了測(cè)試和記錄，由測(cè)試結(jié)果可知，被控參數(shù)基本能穩(wěn)定在設(shè)定值的正常波動(dòng)范圍內(nèi)。

　　(3)系統(tǒng)的報(bào)警功能。

　　當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警參數(shù)超限后，畫(huà)面中出現(xiàn)紅色報(bào)警。當(dāng)參數(shù)恢復(fù)正常后，操作員按下報(bào)警確認(rèn)按扭，報(bào)警消失。

　　(4)干擾性能測(cè)試。

　　當(dāng)附近有大功率電機(jī)啟動(dòng)及使用電焊機(jī)時(shí)，該系統(tǒng)的正常工作不受影響。

　　5.4 運(yùn)行改進(jìn)

　　進(jìn)入正常生產(chǎn)后，根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí)際情況，進(jìn)一步修改、完善軟件，以最大限度滿足生產(chǎn)的需要。

　　6 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

　　本項(xiàng)目成本低，效益高，主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

　　(1)建立先進(jìn)先出跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)，利用指針實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)的定位、修改。

　　(2)開(kāi)發(fā)出板坯信息的監(jiān)控畫(huà)面，使操作工對(duì)冷床板坯信息一目了然。

　　(3)根據(jù)板坯位置信息，計(jì)算出裝鋼機(jī)和出鋼機(jī)行程,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝出鋼。

　　該系統(tǒng)已投入運(yùn)行，在冷床正常生產(chǎn)時(shí)有著良好的控制效果。該項(xiàng)目實(shí)施后，減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性，生產(chǎn)節(jié)奏整體提高，增加了年產(chǎn)鋼量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 陳守仁.工程檢測(cè)技術(shù)[M].北京:中央廣播電視大學(xué)出版社,1996

　　[2] 王有銘,簏守禮,韋光.控制軋制[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1986