馬鋼RH噴補臺車噴補控制系統(tǒng)設(shè)備升級改造

陶振興 張文源 劉楚

摘 要：為了減少RH爐噴補臺車噴補系統(tǒng)故障率，保證噴補系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定對延長真空槽使用壽命至關(guān)重要。本文介紹了對噴補控制系統(tǒng)進行了改造，找到最佳控制方法，有利于減少故障率和維護量，可大大提高真空槽浸漬管使用率，延長真空槽使用壽命，降低生產(chǎn)及維護成本。

關(guān)鍵詞：噴補系統(tǒng)控制系統(tǒng)改造；系統(tǒng)連鎖條件；設(shè)備故障率；真空槽浸漬管的使用壽命

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.005

1 馬鋼RH爐浸漬管噴補臺車概況

馬鋼第四鋼軋總廠噴補機選用瑞士Aliva型號，其設(shè)計時功能主要為：在RH真空排氣系統(tǒng)的浸漬管上進行噴補工作，磨損的地方可能發(fā)生在兩個浸漬管的內(nèi)部和外部；噴補機的維修操作臺設(shè)計成可以同時在浸漬管的兩側(cè)工作，也就是說，一個噴槍在對一個浸漬管的內(nèi)部進行噴補時，另一個噴槍同時對另一個浸漬管的外部進行噴補。當噴補完成后，噴補機沿自身軸向旋轉(zhuǎn)180度，這樣內(nèi)部噴補好后的浸漬管可以進行外部噴補，同時，外部噴補好后的浸漬管可以進行內(nèi)部噴補。通過使用“自由編程”控制器，可以全自動地控制噴槍。或使用便攜式控制板手動操作。五個存儲塊可以根據(jù)五種不同的噴補情況存儲修補程序，可以通過輸入板隨時輸入修改的程序。當按下“啟動”按扭時，噴補工作就全自動地進行。一旦達到輸入的噴補高度，噴補工作停止，噴槍返回到初始位置。和內(nèi)部噴補不同，外部噴補可以很清楚地監(jiān)測，所以可以使用便攜式控制板，在磨損很嚴重的地方手動噴補。通常，操作臺安裝在有軌道的服務(wù)小車上，它們直接暴露在灼熱的浸漬管下，完全安裝的防熱擋板可以擋住輻射熱，從浸漬管中落下的材料以及噴補過程中飛濺的耐火材料。

馬鋼第四鋼軋總廠RH爐浸漬管噴補臺車主要包括：運輸車、噴補機、浸漬管脫渣殼器、噴補供料系統(tǒng)、水和氣配管、料箱等。噴補臺車在鋼包運輸線上行使，噴補機、浸漬管脫渣殼器、噴補供料系統(tǒng)等置于運輸車上，每爐生產(chǎn)結(jié)束后，運輸臺車將噴補機等運至噴補位實施浸漬管的噴補。當1號處理站進行浸漬管噴補時，在2號處理站進行真空處理。所以，浸漬管噴補臺車的設(shè)計型式不會與處理位置的鋼包或鋼包運輸車發(fā)生沖突。噴補臺車使用其噴補機，在生產(chǎn)處理間隙對浸漬管內(nèi)、外壁的耐材進行噴補[1]。當浸漬管外壁積渣較多時，可利用刮渣器對浸漬管外壁的殘渣外殼進行刮除，以利于噴補作業(yè)。合理的噴補可以使真空槽浸漬管的使用壽命由原先的50-60爐增加到120爐以上，大大降低生產(chǎn)成本[2]。

2 原噴補系統(tǒng)的控制方式

噴補機噴補控制系統(tǒng)供料小車是由一套單獨的PLC系統(tǒng)控制（是由德國穆勒公司設(shè)計進行plc控制），其功能是通過一系列連鎖條件，控制磨砂片的轉(zhuǎn)動，以達到粉料研磨均勻后送至噴槍。該PLC啟動條件連鎖較多，且發(fā)生故障時無法監(jiān)控，無法快速故障原因，導致查找故障時間較長。為了避免此類情況，現(xiàn)場對此PLC控制系統(tǒng)進行改造，將原先噴補機的穆勒PLC系統(tǒng)改造為西門子S7-300一體的控制系統(tǒng)，通過在手操器上增加啟停輸入按鈕來控制磨砂片的轉(zhuǎn)動，完全實現(xiàn)了自由控制磨砂片的啟停，徹底擺脫了對原先PLC的詬病，大大解決了生產(chǎn)中遇到的瓶頸。

噴補機控制系統(tǒng)是由兩套PLC控制完成的，一套是用來控制噴補機內(nèi)外噴補升降及旋轉(zhuǎn)動作的主系統(tǒng)PLC，主要由西門子S7-300控制機械及相應(yīng)變頻器完成。另一套是用來控制噴補機磨砂盤旋轉(zhuǎn)動作的噴補機PLC，它的功能主要是將通過對噴補料進行研磨，將料與水進行混合，以一定氣壓送到內(nèi)外噴管。 當手操器發(fā)出輸入動作指令后，噴補臺車主PLC電控柜接收到來自手操器的輸入信號，外噴槍和內(nèi)噴槍開始進行噴補動作，大盤通過轉(zhuǎn)動使內(nèi)外噴槍到達合適的位置進行噴補。當噴補主PLC電控柜各條件滿足就緒后，將噴補準備好信號發(fā)送給噴補機PLC。噴補機PLC是一個獨立的穆勒PLC控制系統(tǒng)，當接收到噴補主PLC柜的信號后，通過自身的邏輯處理后打開相應(yīng)的水閥和氣閥，最終啟動磨砂盤電機，將噴補料充分研磨，是粉料輸送到噴槍上，實現(xiàn)噴補臺車噴補的目的。

噴補機PLC系統(tǒng)從主系統(tǒng)PLC得到準備信號后，才可啟動噴補指令，噴補機PLC控制是由德國穆勒公司設(shè)計的，由于此程序無法進行實時監(jiān)控和程序編輯，且兩套系統(tǒng)存在著數(shù)據(jù)交換，主系統(tǒng)PLC連鎖點較多，當主系統(tǒng)PLC某個限位或者傳感器信號不到時，無法快速得到故障點，只有對監(jiān)測點進行逐一排查，耗時耗力。對設(shè)備穩(wěn)定運行產(chǎn)生了嚴重影響 。此PLC系統(tǒng)從投入使用至今，出現(xiàn)過20次以上比較大的設(shè)備故障，影響生產(chǎn)時間均在6小時以上，嚴重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。鑒于此情況，決定對此PLC系統(tǒng)進行改造。

3 噴補系統(tǒng)改造后的控制方式

為了減少故障率，改變被動的生產(chǎn)及維護局面，必須實現(xiàn)一種更加有效的方式來控制噴補機磨砂片的啟停，在故障出現(xiàn)時避開復雜的連鎖條件。將此穆勒PLC中的控制集成到現(xiàn)有的主系統(tǒng)PLC中去，原有的穆勒PLC控制柜廢除。用現(xiàn)有的PLC來控制噴補機磨砂盤旋轉(zhuǎn)等動作，來實現(xiàn)穆勒PLC的所有功能。同時在主PLC的控制回路上增加硬件，重新布線，增加開關(guān)、接觸器、輸入輸出點和繼電器，完成程序控制的所有功能。經(jīng)過對方案的評審和研究，決定大修中按照原思路進行實施，具體實施步驟如下：

（1）軟件的實現(xiàn)。PLC通訊的建立：使用MPI的連接方式，對筆記本與現(xiàn)場主PLC進行連接，其一端通過USB與筆記本電腦相連，另一端通過MPI街口與現(xiàn)場PLC端口相連。

MPI連接為筆記本上位機與現(xiàn)場PLC連接的基本方式之一，連接時主要需考慮通訊方式正確、地址不沖突和傳輸速率一致。西門子PLC是可以通過此方式進行實施監(jiān)控，對程序的硬件組態(tài)、源程序進行監(jiān)控和編輯。本實驗的目的是為了對源程序進行監(jiān)控，找出源程序的不足之處。本實驗主要對主PLC柜的S7-300進行監(jiān)控，由于沒有完整的程序，通過此方式連接后，成功建立了通訊。通過源程序上傳的方式的CPU內(nèi)部程序上傳至筆記本，對源程序可以進行編輯，從而實現(xiàn)對原有PLC程序的優(yōu)化和改造。

連接后打開SIMATIC MANAGER軟件，首先要對通訊方式及傳輸速率進行設(shè)置，在通訊方式選擇上選擇PC ADAPTER（MPI）方式，傳輸速率方面（Transmission）選擇187.5kps，設(shè)備完成后就具備和主PLC連接的基本條件了，打開上傳的PLC程序后，可以根據(jù)I/0清單，對I/O點進行漢化，有利于之后的編程工作。

（2）系統(tǒng)硬件組態(tài)：在主站點的硬件組態(tài)中，其CPU采用了S7-300類型，為CPU 314-2 PtP，使用了較早的V2.0版本，MPI地址為2；從第4通道開始為數(shù)字量輸出模塊，占用了8個通道。第5至第8通道分別為數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊，均為8個通道。通過對輸入和輸出點的統(tǒng)計，主PLC柜的模塊備用點滿足了對噴補PLC集成的需求，可以使用原有模塊進行接線。通過監(jiān)控可以點去此PLC系統(tǒng)的交叉變量，I/O及其他變量的使用情況進行監(jiān)控。其中，系統(tǒng)中已使用的變量在表中表現(xiàn)為叉型，未使用的變量為空白類型。

（3）硬件及布線。對穆勒PLC進行廢除，對原PLC的功能徹底吃透的情況下對硬件進行重新布線。首先了解到原先PLC的基本功能是得到主PLC準備好的指令后磨盤轉(zhuǎn)動，同時對磨盤進行自動加油，以達到潤滑的目的，這過程中的水閥及氣閥的開閉也要通過配合磨盤動作延時來實現(xiàn)。其次，來通過硬件連接來使各項控制成為可能，輸入點需要在手操器上新增，原先手操器上是通過噴補啟動按鈕后主PLC傳到穆勒PLC的一個指令來完成，沒有內(nèi)外磨盤旋轉(zhuǎn)這一按鈕，新增輸入按鈕后是內(nèi)外噴更加簡易直觀，便于使用和維護，新的輸入點定義為I1.1，相應(yīng)的內(nèi)外噴補可以在手操器上切換選擇；同樣，輸入點增加之后，相應(yīng)的輸出點就要新增，此系統(tǒng)PLC輸出點Q13.3（外噴磨盤轉(zhuǎn)）和Q13.4（內(nèi)噴磨盤轉(zhuǎn)），和自動加油輸出點Q12.2（外噴自動加油）和Q12.3（內(nèi)噴自動加油）。最后完成模塊接線后，對相應(yīng)的輸入輸出模塊增加繼電器，完成硬件方面的工作。

在設(shè)計噴補機控制系統(tǒng)之前，為了更好地實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，設(shè)計人員必須根據(jù)系統(tǒng)信號處理任務(wù)的需求，估算控制系統(tǒng)所需I/O點的個數(shù)，所以PLC的I/O地址分配在一個控制系統(tǒng)的設(shè)計中是非常關(guān)鍵的。

本系統(tǒng)是將原穆勒PLC中的控制系統(tǒng)集成到現(xiàn)有的西門子S7-300PLC中，根據(jù)噴補機的程序控制的所有功能要求，編制新系統(tǒng)所需要的I/O點，為了更好的實現(xiàn)噴補機的控制功能，將原穆勒PLC中的控制系統(tǒng)集成到現(xiàn)有的西門子S7-300PLC中，根據(jù)整個集控系統(tǒng)的要求，新編噴補機程序所要處理的數(shù)字量輸入點數(shù)為13個，所需要處理的處理的數(shù)字量輸出點數(shù)為8個。如圖所示：新程序充分利用了現(xiàn)有的西門子S7-300PLC中的I/O點，新增了外噴/內(nèi)噴磨盤電機熱保護的開關(guān)量輸入點，防止磨盤電機過電流運行，保護了磨盤電機；新增了控制外噴磨盤油泵啟動、內(nèi)噴磨盤油泵啟動和外噴磨盤電機啟動、內(nèi)噴磨盤電機啟動的開關(guān)量輸出點。

完成I/O點的分配后，在相應(yīng)的輸入輸出模塊點增加繼電器，完成PLC硬件與外部設(shè)備方面的接線，接線原理圖如圖1所示。

如圖1中，各個模塊的輸入量端子所對應(yīng)的傳感器或是控制按鈕接收到故障信號或是控制請求信號以后，通過內(nèi)部故障程序和控制程序處理后，由PLC輸出端子輸出控制信號，通過控制相應(yīng)的繼電器來控制對應(yīng)的負載。在PLC的控制回路接線調(diào)試后，在噴補臺車控制柜內(nèi)集成噴補機的主回路和控制電路。圖2為現(xiàn)場原件布線實物圖。

（4）程序功能的實現(xiàn)：前期工作完成后，就要對輸入輸出點進行打點驗證，以保證系統(tǒng)的準確性；這里還是使用該軟件中的Monitor Variables功能，對輸入輸出點進行驗證。各程序的優(yōu)化對比：對控制程序進行重新優(yōu)化編寫，首先達到原先程序的所有功能，并在此基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，使其使用更加人性化、簡單化、模塊化。

4 結(jié)論

此方案使用了主PLC來完成對噴補機磨砂盤的控制，雖然改造耗時較長，但一勞永逸，從根本上改變了對穆勒PLC的依賴。通過自身邏輯編程，不僅實現(xiàn)了以往系統(tǒng)的所有功能，而且減少了多個時間繼電器的使用，達到了降本目的。同時從自身維護方面更加方便，若磨砂盤發(fā)生故障，只需對PLC模塊上的信號進行檢測即可，大大減少了生產(chǎn)和維護成本，徹底改變了以往噴補機故障較多的局面。

參考文獻：

[1]John Damiano，Steve Giordanengo.耐火材料[J].2007，41（增刊）：

225-227.

[2]嚴運兵，歐陽克誠.RH真空室插入管噴補車結(jié)構(gòu)與性能分析[J].重型機械，2003（01）：36-42.