自動上料系統優化改造探究

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摘要：該企業為提高轉爐、LF爐鋼水質量以及皮帶上料的生產效率，對已有的長材自動上料控制系統進行技術優化改造。優化改造的內容主要包含以下6個方面：網絡系統優化改造、三通分料器虛擬限位、供電系統治理、設備聯鎖解除、皮帶秤重量采集方式改造、限位故障自主報警。通過改造優化，滿足了實際生產需求，實現了提高作業效率的目標。

關鍵詞：自動上料系統；供電系統；網絡改造；限位故障；自主報警

隨著我國鋼鐵產業發展，自動上料技術的應用在提高生產效率、減小操作工工作強度、節能降耗方面發揮著重要作用。當前國內各大鋼廠鐵合金上料、輔原料上料大多采用現場手動或畫面半自動上料模式，極大束縛了自動化生產水平。并且由于皮帶遠程站距離主控室較遠,皮帶產線長[1]，一旦發生設備故障或網絡閃斷極易影響生產節奏同時消耗大量人力去排查故障點。自動上料系統優化改造研究，對于節能降耗、提高產線自動化水平可靠度、增強冗余防錯能力，起到至關重要的作用。

1網絡系統優化改造

1.1交換機環網

原系統采用的是菲尼克斯交換機串聯的網絡結構，以A5鐵合金料自動上料系統為例（具體見圖1），將4#轉運站的A5PLC04柜內的CPU作為起點，首先連接到該柜內的交換機，接著連接到散料地倉的交換機，再連接到3#轉爐遠程站的交換機，再連接到2#轉爐遠程站的交換機，最終連接到1#轉爐遠程站的交換機。串聯網絡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，上料區域現場最大的特點就是距離遠，遠程站距離上料主控室約2km，而且現場不同方位分布多個遠程站室，一旦出現網絡故障，維護人員去現場排查解決故障的時間段內將不能進行上料操作，進而影響轉爐、精煉的冶煉計劃，對生產節奏造成極大制約。該文首先根據原有設備特征提出了改造思路與設想[2]，即根據原有的網絡設計結構與硬件設備特征，依據現場網絡距離長的特點與多年的維護經驗，提出交換機環網的改造方案和構想。依舊以A5鐵合金料自動上料系統為例（具體見圖2），改造后的網絡將4#轉運站A5PLC04柜內的CPU作為起點，首先連接到該柜內交換機SW424，接著連接到散料地倉的交換機SW425，再連接到3#轉爐遠程站的交換機SW423，再連接到2#轉爐遠程站的交換機SW422，接著連接到1#轉爐遠程站的交換機SW421，最終連接到A5PLC04柜內的CPU，由此形成一個環網。

1.2電振冗余控制

原鐵合金地下料倉的電振、除塵操作箱的網絡結構是從A0RIO901PLC柜內交換機出發，串聯方式依次經過每個操作箱內的吉諾模塊耦合器，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。每次操作工發現異常叫修時間+技術人員去現場耗費的路程時間+排查解決故障時間≥30min。由于上料系統供應3個轉爐、2個精煉，也就相當于每次總共影響生產150min。這個隱患嚴重制約著生產效率、人員的工作效率。本著最大限度保障生產順行的目的，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的網絡結構，通過A0RIO901PLC柜內的交換機直接下發到每個電振對應的MCC柜內的智能馬達控制器處。通過對電振控制方式的冗余處理，實現了皮帶機上料系統的高效穩定運行。

2三通分料器的虛擬限位控制

原鐵合金上料系統中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到位是靠接近開關感應，現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時有一定的安全風險。并且現場距主控室約700m，一旦發生限位開關檢測故障，影響皮帶停機時間約為半小時，嚴重制約著生產煉鋼。技術人員在Wincc畫面上H4三通分料器彈窗里新增限位仿真功能，例如當H5方向限位故障時，操作工去現場或通過監控確認三通閥實際打到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，當故障的H5方向限位恢復后，操作工點擊限位仿真“取消按鈕”即可恢復原有的控制邏輯。

3供電系統治理

3.1柜內模塊供電改造

原上料系統中現場的24V供電與柜內模板的24V供電均是由同一塊PLC柜內的PM1507模塊供電，一旦發生現場的24V限位控制線誤接入大電壓或大電流事故，將直接導致柜內的24V模塊燒毀，不僅直接導致長時間事故停機，而且由于一次燒毀的模塊數量過多，很可能造成因備件不足無法快速恢復生產的嚴重事故。該文在充分評估該隱患可能引發的后果后，在每個上料PLC柜內新加一塊PM1507模塊和幾個空開，自此柜內的每個24V模塊供電由新增的PM1507和其對應的空開進行控制，將現場的大電流、大電壓隱患徹底屏蔽。

3.2菲尼克斯交換機雙路供電改造

原設計中上料系統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，一旦發生其他故障，技術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約了處理時間、提高了作業效率。

4設備聯鎖解除改造

4.1皮帶聯鎖解除

常規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鎖、運行聯鎖投入解除按鈕，點擊聯鎖解除按鈕后，可直接啟動該皮帶，進而節約了能源。

4.2給料機聯鎖解除

當操作工計劃將2#石灰倉的轉爐石灰90下到1#轉爐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#轉爐5#輔料料倉。畫面上2#石灰倉給料機的啟動運行聯鎖是2#石灰倉的物料名稱、物料代碼與1#轉爐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、啟動命令正常發出，S5ST三通分料器選自動且打到S4方向，S4卸料車在1#轉爐5#輔料料倉處。其中任何一個條件不滿足，則不能啟動電振。技術人員在每個給料機上增設啟動/運行聯鎖解除、投入按鈕。若以上聯鎖信號誤報，需臨時強制啟動給料機時，可直接在畫面上進行聯鎖解除。此聯鎖解除功能保證了電振給料機的平穩運行，提升了電振給料控制的穩定性。

5皮帶秤重量采集方式優化改造

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。原輔料系統的設計中每天通過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。一般計量數據由三級傳入，三級數據又由二級傳入，二級數據又由一級傳入，但由于上料系統最初設計只與轉爐一級系統通信，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，因此最初的系統需要操作工手動記錄、計算拍照發給計量單位。操作工上料任務多時很容易造成遺漏，影響兩邊的核算準確度。

5.1利用WINCC畫面采集

技術人員在現有的石灰畫面里，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皮帶秤相關的上料記錄，其包含著上料起止時間、上料量、對應的料種名稱信息。操作工可拍照發到作業區內部群，不需要查看時再點擊一下該按鈕即可。這個優化改造方案的優點是可視化程度高，操作工查看方便，避免人工計算，缺點是需要人工拍照上傳、記錄條數較少。

5.2采用與計量通訊采集

計量人員利用固有系統，本著最大程度降低投入提高效率的原則，通過計量系統原有網絡結構，根據上料系統CPU的IP、槽號直接進行通訊，進而采集到上料系統兩個S6皮帶秤的瞬時量、累積量。這個優化改造方案的優點是上料系統改造較少[3]，同時記錄全面、全程無需人工干預，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確輸送到對應料倉的關鍵[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場爐后合金卸料車所在位置也未安裝攝像頭。原有的設計思路是當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倉限位故障導致感應不到，W2卸料車將繼續前行到1爐3倉，1爐3倉限位感應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場情況，并且畫面上也沒有相應的報警提示，十分耽誤上料進程，影響生產效率。該文本著凡事應未雨綢繆的工作理念，充分評估現場結構、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倉限位故障導致感應不到，W2卸料車將繼續前行到1爐3倉，1爐3倉限位感應到時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。此時操作工可繼續任意方向動車，再次實驗感應到1爐2倉限位時，1爐2倉倉號恢復到原來的顏色。若仍然感應不到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于操作工有了“千里眼”，能身在主控室不借助監控攝像頭實時判斷W2卸料車位置與確定每個倉位限位故障與否。

7結語

長材上料系統的優化改造方案，充分考慮生產實際需求，多次進行現場調研，憑借專業技術人員多年積累的運維經驗，經過長達半年的生產檢驗，運行情況良好，多次避免因上述風險導致的生產中斷事故，滿足了煉鋼區域的生產需求，提高了作業效率。該方案提供的運維改造思路，可推廣應用到其他自動化控制系統中，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1]蔣同祥,杜方友,徐瑞杰,等.轉爐輔原料自動上料系統優化[J].山西冶金,2021,44(3):210-211.

[2]胡駿鶴.精煉爐上料系統優化改造研究[J].中國金屬通報,2018(10):194,196.

[3]王洪光.天鐵料場上料系統改造[J].天津冶金,2018(3):27-28,33.

[4]楊奕兵.精煉爐上料系統優化改造[J].現代冶金,2018,46(2):40-42.

[5]胡小偉.基于西門子PLC的轉爐上料系統[J].冶金自動化,2020,44(S1):161-163.

[6]紀光輝.鐵合金輸送系統全自動功能的實現[J].冶金自動化,2019,43(2):55-59.

作者:郝偉凱 王亞敏 單位:唐山鋼鐵集團有限責任公司唐鋼信息自動化部 唐山工業職業技術學院