收集台架PLC控制系统优化.pdf

总 第 2 0 0期 2 0 1 2年 第 8期 河 北冶全 HEBEI M ETAL LURGY To t a 1 N0 ． 2 0 0 2 0 1 2， Nu mb e r 8 收集 台架 P L C控 制系统优化 吕彦杰 河北钢铁技术研 究总院 中试基地筹备组 ， 河北 石家庄 0 5 0 0 0 0 摘 要 针对石钢公 司棒材连轧车 间收集 台架 的不 同段传输链 的不同步造成 产品表面划伤的问题 ， 采取 了 硬件升级及 软件 优化的改进措施 ， 实 施后 ， 钢材 表面划 伤减少 9 5 ％ ， 满 足了下游 用户需 要 ， 降低 了生产 成本 ， 提高 了生产节奏及生产效率 。 关键词 棒材连轧 ； 收集 台架 ； S I E ME NS s 74 0 0系列 P L C； 优 化 中图分 类号 T G 3 3 3 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 5 0 0 8 2 0 1 2 0 8 0 0 6 5 0 2 OP T I ZATI ON OF P LC CONTROL SYS TEM OF COLLECTⅡ G BENCH L v Ya n i i e P i l o t T e s t B a s e P r e p a r a t o r y G r o u p ，H e b e i i r o n a n d S t e e l T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ，S h i j i a z h u a n g ， He b e i ，0 5 0 0 0 0 Abs t r a c t To t he p r o bl e m o f p r od uc t s s u r f a c e be i ng s c r a t c he d b e c a us e o f a s y nc h r o no us b e t we e n d i f f e r e n t p a r t s o f d e l i v e r l i n k o f c ol l e c t i n g b e n c h i n ba r c on t i n uo u s r o l l i n g wo r ks h o p o f Sh i St e e l ，t he me a s u r e s a r e a d op t e d i nc l u di ng h a r dwa r e up g r a d i n g a nd s o f t w a r e o pt i m i z a t i o n． Afte r t h a t t h e s c r a t c he s a r e r e d uc e d b y 9 5％ ，S O t he p r o du c t s me e t t h e r e q ui r e me nt o f d o wn s t r e a m us e r s，p r od u c t i o n c o s t l owe r e d，pr o du c t i o n r h yt hm f a s t a n d e f - f i c i e nc y r os e ． Ke y W o r ds b a r c o nt i n u ou s c a s t i n g；c o l l e c t i n g b e nc h；S I EM ENS S 7 4 00 s e r i e s o f PLC；o p t i mi z a t i o n 1 前 言 石钢公司棒材连轧生产线产能 5 0万 t ／ a ， 主要 产 品为 G C r l 5轴承 钢 ， 整 条生 产 线控 制系 统 采 用 德 国 S I E ME N S s 7 4 0 0系列 P L C控制 。 受工 艺 条 件 限制 ， 钢材高温收集后在进行缓冷处理过程 中到达 收集 台架时还保持着 8 0 0～ 9 0 0℃的高温 ， 由于收集 台架不同段传输链的不同步造成了产品表面划伤。 为此 ， 对收集台架控制系统进行优化。 2 收集 台 架工作 原理及 存在 问题 收集台架包括收集辊道、 升降链、 称重台架、 收 集链等主要设备 见图 1 。 ，L 、 收集辊， 直 升 ／降链 重苗朵 集链 _ __ _， I 、 ／ U J ⋯ J l _ 一 l、 一 』 n r一 - u _ l I 一一一 } { 髭 ／／ l 圄 I l 。 i l I 工 二I二 __ ． h c j 广 f 。』 I 盘Y p p 争 图 1 收集台架 Fi g ． 1 Co l l e c t i n g b e n c h 收稿 日期 2 0 1 2 0 41 2 作者简介 吕彦杰 1 9 8 4一 ， 男 ， 助理 工程师 ， 2 0 0 7年毕 业于河 北理 工大学 电气 自动化专业 ， 现在河北钢铁技术 研究总 院中试基 地筹备 组工作 ， Ema i l l o r d 9 9 2 4 1 7 1 6 3 ． C O I Irl 6 5 总 第 2 0 0期 钢材 由收集 辊道 来 到 收 集 台架 ， 升 降 链将 钢运 送到称重台架称重后 ， 升到高位将钢放到收集链上 ， 收 集链转 动 到打捆 区打捆 后下 线 。 西门子原设计功能为收集辊道有钢信号时 ， 升 降链启动 ， 到称重台架称 重后 ， 收集链就启动， 造成 钢 材在 收集链 和 升 降链 之 间发 生滚 动 摩 擦 ， 产 生 了 表 面 划伤 。 3 优化方 案 硬件 上增 加 了采 集信 号 的光 栅 ， E T 2 0 0站 模 块 采用上传信号的数字量信号模板 ， 并在 S T E P 7中做 相应组态。在 C F C软件 中采用简单逻辑及输 出点 控制 现场设 备 动作 。 3 ． 1 P L C硬 件 组 态 西 门子控 制 系统 采 用 P o r fi b u s D P网络 结 构 ， 最大限度的将控制设备多 ， 采集分站多 ， 设备分布较 广 ， 实时性要求高 、 显示准确的故障诊断报警记录 ， 实时响应时间短， 进行 了最优化配置 ， 实现了设备的 可靠 运行 ， 降低 了设 备维 护量 。 S T E P 7硬件 组 态 中 ， 在 P o r fi b u sD P上 找 到 现 场 E T 2 0 0从 站 的 I M1 5 3模 板 ， 增 加 6 E S 7 3 2 1 1 B L O 0 0 AA 0开入模块 3 2点， 2 4 V D C ， 升降链高 位信号点位为 1 1 0 2 ． 1 。现场增加光栅 1 个用来检测 升降链高位。 在 硬件组 态 中加 入 新 加 硬 件配 置 模 块参 数 ， 并 将 硬件 接入 到 S 7 4 0 0 P L C 的 4 1 6 3 C P U 中 。 3 ． 2 S T E P 7软 件 编 程 1 C F C C o n t i n u o u s F u n c t i o n C h a r t 连续 功 能 图表 西 门子 s 7 C F C 用 于 过 程 控 制 的 编 程 。使 用 C F C可在参数输入工作量最小化的同时 ， 将工艺参 数转换为可执行的自动化系统程序。它只需将预制 模块链接在一起 ， 设置其参数即可。 2 逻辑 控制部 分 为 实现新 功 能 的 自动 控制 ， 新 的工 艺 控 制 继续 使 用西 门子 S 7 4 1 6作 为 逻 辑 控制 ， 用 Wi n c c软 件 通过工业以太网通讯实现报警、 监控和控制 ， 同时应 用 了液压传动和变频技术控制传动链鼠笼电机。优 化后 的控制 框 图见 图 2 。 逻 辑控 制部 分现 场使用 的检 测元件 选用 了漫反 射光 栅 器件 ， 来 判 断升 降链 的高位 ， 在 液 压站 的 E T 2 0 0站上找到升降链抬起液压阀得 电动作点 ， 作 为系统 回馈输出点。 输 入 输 出 元 器 件 输 入 点 DI 为 O MR O N ／ 欧 姆 龙 E 3 ZL R 6 1型 漫反 射 式 光 栅 ， 选 用 它 NP N 型 66 功能 ， 带 有 明亮 易 见 的人光 显 示 灯 ， 检测 到物 体 5 mm 以上 的不 透 明物 体后输 出 D C 2 4 V 给 I M1 5 3模 板 上增 加 6 E S 7 3 2 1 1 B L 0 0一 O A A O开入模 块 ， 响应 时间 1 ms以下 。 输出点 D O 为德 国 R E X R OT H力 士乐 电磁 阀 ， 程 序定 义 Q1 6 1 ． 6置 位 1时 电磁 阀得 电 ， 控 制现 场升降链液压缸动作 ， 使得升降链抬起到高位。 图 2优 化后 的控 制框 图 F i g ． 2 Co n t r o l b l o c k d i a g r a m a f t e r o p t i mi z e d 3 画面控制部分 在 w i n c c画 面 见 图 3 上 ， 标识 出 C h a i n 1 表 示 升降链 ， C h a i n 2表示收集链 ， 当旁边指示灯变 为深 绿色是表示变频器启动 ， 当显示蓝色时表示变频器 停 止 ， 同时将变 频器报 警 连接 到 w i n c c后 台监 控 上 ， 对 状态做 到 实 时监 控 。对 主控 人 员 视 野盲 区时 ， 状 态画面为操作者提供了准确可靠 的安全依据。 图 3 wl n c c I垦l 向 Fi g ． 3 W i n c e p i c t u r e 4 实施 效果 4 ． 1 优点 收集台架控制系统优化后 ， 产品表面质量得到 了有效控制 ， 表面划伤基本杜绝 ， 确保了石钢特供丰 田钢 的质 量 。 4 ． 2缺点 下转 第 7 2页 总 第 2 0 0期 k g和硅铁粉 1 0 0～ 2 0 0 k g ， 档位转为 8档调渣 。 2 渣 化透 后 停 电 ， 将 吹 N， 管 插 入 金 属 液 内 ， 深度 控制 在距 液面下 2 0 03 0 0 m m， 角度 3 O 。 ， 吹 N 强搅拌 ， 在每个 电极下搅拌时间 ≥5 m i n ， 总搅拌 时 间 ≥2 0 mi n。 3 将 金属 液温 度调 到 1 6 3 01 0 o C， 放渣 后 出 液 。若 每炉在 出液后炉 内留下金 属 液 51 0 t ， 下 一 炉熔 化 时 间可缩短 5～1 5 m i n 。 表 5金属液终还 原控 制目标 Ta b． 5 Co n t r o l t a r g e t o f e n d r e d u c t i o n o f me t a l l i q u i d 3 ． 3 ． 4存 在 的 问 题 及 对应 措 施 冶炼过程易产生喷溅 和溢渣的原 因 一是熔池 温度不均匀 ， 即压球每批加入过多或过快 ， 使熔池温 度快速下降到 1 5 3 5 o C以下 ， 抑制 了碳、 氧反应 ， 使 F e O 在金属 液 中聚集 ， 继续送 电 ， 当温度 在 短 时间 内 上 升到 1 5 5 0 o C时 ， 碳 、 氧 开 始 急剧 反 应 ， 瞬 间产 生 大 量 的 C O气 体 ， 产 生 喷溅 和 溢渣 ； 二 是焦 炭 或压 球 水分超标 ， 水在高温下气化 ， 也会造成喷溅和溢渣。 因此 ， 须控制好压球每批加入量与间隔时间 ， 并保持 冶炼过 程温 度均 衡在 1 5 7 0 2 0 o C之 内。 3 ． 4浇 铸 1 用天车 吊罐翻注到模 中， 铬镍铁合金锭单 重 1 t 。 2 翻 注前 向模底 加保 护 渣 1 2～1 8 k g ， 模 中预 放 吊件 1 个 ； 每 模翻 注时 间为 2～3 mi n ， 浇铸 到液 面 上 接 第 6 6页 由于控 制方 式改变 ， 生 产节奏 相应 发生 了变 化 ， 对于多数对表面质量要求不高 的钢材 ， 收集速度慢 又成 为一个 新 的课 题 。针 对 这 个 问题 ， 将 新 增 硬 件 模块的剩余输入点加到收集主控室操作台按钮上 ， 分别 实现快 速 收集 和保证 表面质 量 收集两种 状 态 的 转换 。 7 2 距模 上沿 1 0 0 mm 时停 注 ， 防止外溢 。 3 注完 4 0 mi n后 ， 往模 内均匀打水冷却 ， 冷却 2 h后脱 模 。 4 脱模时用天车小钩钩住 吊件将铬镍铁合金 锭从模 中吊出 。 4 结语 1 经过 5年 生产 实 践 ， 在保 护 环境 、 解 决 镍 资 源和 降低生 产成 本 方 面 ， 该项 技 术 发 挥 了很 大 的作 用 ， 每炉平 均 消化不 锈钢 除尘 灰压 球 2 5 t ， 冶 炼 时间 为 5 h ， 电耗 1 8 5 0 k W h ／ t ， 不锈钢除尘灰中的主要 金 属元素 的收得 率 和电炉冶 炼终 渣成 分均达 到 了一 定的水平 见表 6 ， 生产 出的铬镍铁合金锭 可作为 特殊钢和不锈钢合金原料替代铬镍等贵重合金 ， 每 吨创效 1 5 0 0元 以上 。 表 6 金属元素收得率和终渣成分 ％ Ta b ． 6 Yi e l d a n d e n d s l a g c o mp o s i t i o n o f me t a l e l e me n t s ％ 2 存在的问题 ①偏心炉底 电炉连续 出液存在一定难度， 建议 用不锈钢除尘灰冶炼铬镍铁合金时在 5～ 2 0 t 有 出 钢 槽 的电炉上 进 行 ， 每 炉 出液 后 在 炉 内 留下一 定 量 母液 ， 循环作业， 生产率会更高。 ②每炉 冶炼后 ， 渣 中 c r O 含量 全 部控 制在 3 ％ 以下 还有 待于进 一步研 究 。 5 结 语 收集 区程 序 优 化 后 ， 新 系统 功 能 合 理 、 操 作 简 单 。生产 实践证 明 ， 钢 材表 面 由于收集链 不 连续 ， 划 伤减 少 9 5 ％ ， 能 够 满 足 用 户 需 要 ， 同 时减 少 了 由 于 划伤后期处理产生的费用及人工成本 ， 有效地提 高 了生产 节奏 和生产 效率 。