热轧生产线换辊系统自动化控制研究

[摘 要]介绍了热轧轧机换辊系统在硬件和软件方面优化情况。描述了换辊功能的工艺概况、生产中的作用和在手动等三种操作模式下的工作过程，并详细说明了由于生产环境造成的问题及根据此问题在硬件和软件方面进行的改造情况。

[关键词]换辊 轧机 HMI人机界面

中图分类号：G85.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0291-01

1、引言

1250和1780板材生产线的引进对来说是至关重要的，使从仅仅能生产线材和型材等附加值低的粗狂型产品发展到能生产薄板等附加值高，技术含量高而且用途广泛的产品。1250和1780两条生产线也当仁不让的成为主要盈利项目，而轧辊的状况直接影响到板材的质量，以冷轧料为例：1250线一共七架轧机，按产量算每架轧机每轧1600吨钢就必须更换工作辊，而每天产量为9000吨左右，这样算下来每天在正常生产情况下至少要更换5―6次工作辊。可见，轧机工作辊换辊在热轧生产线生产流程中举足轻重的地位。

2、换辊概况及问题分析

热带连轧厂的电气系统采用的是西门子SIMATICTDC新型PLC系统，分别用于粗轧机区、精轧机区和卷曲区功能控制中心；两台PC机作为一级服务器，多台PC机作为工程师站和西门子远程输入输出站。其中轧机区的支撑辊和工作辊的换辊功能完全是由自动化公司自主设计和调试。现将介绍如下：

换F1-F7精轧机设备为1250mm热轧带钢工程的核心设备，辊装置分为工作辊换辊装置和支承辊换辊装置。用于轧机工作辊和支承辊的快速更换。

工作辊换辊时，推拉液压缸前进将已磨损的旧工作辊从机架中拉出，横移液压缸进行横移，使新工作绲对准机架窗口，工作辊推拉缸前进推新辊进入机架窗口，完成换辊工作。支承辊换辊时采用液压缸更换支承辊。即将已磨损的旧支承辊从机架中拉出，再将新支承辊推入机架。工作辊可7架同时换辊，也可一架或几架分别换辊；支承辊换辊最多3个机架同时换辊。每架轧机共有50个PXS（接近开关）和一支气缸磁尺。在轧钢的过程中，PXS反馈轧机现场可动设备是否到位。在换辊过程中反馈顺控各步骤完成情况。PXS的状态是否正常对于轧钢及换辊起着很重要的作用，但是由于现场有水气、高温、具有腐蚀性冷却水和过钢时的巨大振动等复杂恶劣的工作环境，即使防水和接线工作很到位也不可避免会出现传感器线路短路、传感器发出误信号和远程站供电开关跳闸等现象，从而导致轧机堆钢和换辊工作不顺利等很多事故，鉴于上述，分别对硬件和软件部分作了以下处理。

3、硬件预防处理

硬件预防处理的主要是为了增加现场电气元件的使用寿命，当故障出现时保护远程站的硬件设备并使之引起的影响范围不再扩大而影响生产。

（1）定期对传感器设备的接线、防水、接地和设备的安装进行检查和紧固，以减少事故的发生几率；

（2）在远程站与传感器之间加入过流保护的熔断器。通过在远程站与传感器之间加入过流保护的熔断器，使在断路器跳闸前断开，从而保护了设备并保证了生产。

4、控制软件方面优化处理

4.1 控制程序改造前状况

在软件进行改造前，轧机的主要换辊方式有手动模式、维护模式和自动换辊模式。现根据设计思想，将以上工作模式下分别进行介绍：

（1）手动模式：轧机所有与换辊有关设备的控制在手动模式下都能实现，而且手动模式还分为点动控制模式和手动非点动控制模式；由于考虑机械设备的动作顺序和工艺要求，换辊各个设备的动作都有相应的连锁要求。在正常情况下，根据换辊操作顺序，在手动模式下，可以完成支撑辊和工作辊的更换。

（2）维护模式：此操作模式主要用于轧线进行大修情况下；维护模式下换辊相应的所有控制连锁被强制，设备能够无控制条件（无连锁）进行动作，因此这种情况时需要操作人员确认好现场人员及设备。

（3）自动模式：在自动模式下换辊，由于顺控程序实现换辊设备的自动控制，大大的缩短了换辊时间，因此自动操作模式是轧机正常工作辊换辊的主要应用模式。在选择自动控制模式后，有开始按钮、暂停按钮和停止按钮控制顺控程序的运行和停止。

现场的传感器特别是接近开关失效或发出误信号时，控制设备因连锁条件不满足而不能被控制，这种情况下，大多是情况都是由操作人员现场确认设备的到位情况同时由电气维护人员作假信号，以继续进行换辊操作，这样就直接导致轧钢间隙换辊时间过长而影响产量、增加操作工和电气人员的工作量。

4.2 控制程序改造介绍

通过故障分析和调试，控制程序的改造针对换辊的手动模式和自动控制模式情况下换辊控制程序进行了优化。

（1）手动模式下优化

在HMI画面中加入信号强制按钮1。工作原理如下，对于开关量信号，其设备动作通常情况下为相反方向两个方向动作，我们定义正方向为方向1，反方向为方向2，对于方向1的到位信号为信号1，对于方向2的到位信号为信号2；当该设备在向方向1动作时，在设定时间内，传感器信号被接受到时程序认为正确，此信号发送到相应控制程序，同时程序发送相应于信号正常的数值到HMI人机界面显示绿色；当该设备在向方向2动作时，在设定时间内，传感器信号被检测到消失，程序认为正确，此信号发送到相应控制程序，同时程序发送相应于信号正常的数值到HMI人机界面显示蓝色；当设备到位后规定的时间内没有检测到位置信号或设备向相反方向动作规定时间内信号没有消失，程序都认为传感器故障，HMI人机界面显示红色。通过此画面，操作人员可以根据画面显示的颜色判断设备信号的正误；当出现传感器故障时（特指接近开关），操作人员可以在HMI人机界面通过画面对该信号进行强制操作，然后控制程序接收到强制信号后强制相应传感器设备的信号，并定义相应信号被强制情况的现实代码再发送给HMI人机界面进行显示黄色。

（2）自动模式下优化

换辊顺控程序控制的所有设备依次动作，它分为命令块和条件块；当顺控程序运行时，首先动作的设备执行元件接收到有顺控程序发出的命令信号，当该设备到达指定位置时，相应位置传感器发出位置信号给PLC顺控程序即条件块，当传感器信号与条件设定项同时，顺控程序将继续运行下一个设备直至换辊完毕。在位置传感器发生故障而不能发出信号时，顺控程序将停滞等待信号的到来，此时可以通过传感器信号强制画面对该信号进行强制，是顺控程序得以进行，但对于操作人员来说，通过在HMI人机画面上查找传感器信号强制画面，再对相应信号进行强制，是需要一定时间、工艺程序和控制程序连锁有深的了解程度后才行的，因此传感器信号强制画面对于操作人员手动操作模式时比较实用，而对于自动操作模式则需要直接通过一个公共的按钮进行强制就可以实现。当传感器出现故障时，操作人员首先到现场确认设备动作到位时，可以直接按‘CONFIRM’按钮使换辊顺控程序继续运行直至换辊完成为止。这样对于操作人员来说，既节省了工作辊换辊时间，操作上又方便实用。

5、结束语

轧钢间隙换辊功能的稳定性和操作的方便性是非常重要的。通过一段时间的使用证明，优化过的换辊功能运行可靠，使用方便，比优化前生产效率显著提高，换辊时间大大缩短，对提高1250生产线产量，提高生产效率起到了重要作用。

参考文献

[1] 祝晓东.连轧机组自动换辊控制系统的优化[J].机电一体化.2005（05）.

[2] 戴景旺，徐宏伟，宋福帅.承钢热轧卷板厂粗轧机自动换辊程序优化[J].可编程控制器与工厂自动化.2009（09）.