马钢RH喷补台车喷补控制系统设备升级改造

陶振兴 张文源 刘楚

摘 要：为了减少RH炉喷补台车喷补系统故障率，保证喷补系统设备运行稳定对延长真空槽使用寿命至关重要。本文介绍了对喷补控制系统进行了改造，找到最佳控制方法，有利于减少故障率和维护量，可大大提高真空槽浸渍管使用率，延长真空槽使用寿命，降低生产及维护成本。

关键词：喷补系统控制系统改造；系统连锁条件；设备故障率；真空槽浸渍管的使用寿命

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

1 马钢RH炉浸渍管喷补台车概况

马钢第四钢轧总厂喷补机选用瑞士Aliva型号，其设计时功能主要为：在RH真空排气系统的浸渍管上进行喷补工作，磨损的地方可能发生在两个浸渍管的内部和外部；喷补机的维修操作台设计成可以同时在浸渍管的两侧工作，也就是说，一个喷枪在对一个浸渍管的内部进行喷补时，另一个喷枪同时对另一个浸渍管的外部进行喷补。当喷补完成后，喷补机沿自身轴向旋转180度，这样内部喷补好后的浸渍管可以进行外部喷补，同时，外部喷补好后的浸渍管可以進行内部喷补。通过使用“自由编程”控制器，可以全自动地控制喷枪。或使用便携式控制板手动操作。五个存储块可以根据五种不同的喷补情况存储修补程序，可以通过输入板随时输入修改的程序。当按下“启动”按扭时，喷补工作就全自动地进行。一旦达到输入的喷补高度，喷补工作停止，喷枪返回到初始位置。和内部喷补不同，外部喷补可以很清楚地监测，所以可以使用便携式控制板，在磨损很严重的地方手动喷补。通常，操作台安装在有轨道的服务小车上，它们直接暴露在灼热的浸渍管下，完全安装的防热挡板可以挡住辐射热，从浸渍管中落下的材料以及喷补过程中飞溅的耐火材料。

马钢第四钢轧总厂RH炉浸渍管喷补台车主要包括：运输车、喷补机、浸渍管脱渣壳器、喷补供料系统、水和气配管、料箱等。喷补台车在钢包运输线上行使，喷补机、浸渍管脱渣壳器、喷补供料系统等置于运输车上，每炉生产结束后，运输台车将喷补机等运至喷补位实施浸渍管的喷补。当1号处理站进行浸渍管喷补时，在2号处理站进行真空处理。所以，浸渍管喷补台车的设计型式不会与处理位置的钢包或钢包运输车发生冲突。喷补台车使用其喷补机，在生产处理间隙对浸渍管内、外壁的耐材进行喷补[1]。当浸渍管外壁积渣较多时，可利用刮渣器对浸渍管外壁的残渣外壳进行刮除，以利于喷补作业。合理的喷补可以使真空槽浸渍管的使用寿命由原先的50-60炉增加到120炉以上，大大降低生产成本[2]。

2 原喷补系统的控制方式

喷补机喷补控制系统供料小车是由一套单独的PLC系统控制（是由德国穆勒公司设计进行plc控制），其功能是通过一系列连锁条件，控制磨砂片的转动，以达到粉料研磨均匀后送至喷枪。该PLC启动条件连锁较多，且发生故障时无法监控，无法快速故障原因，导致查找故障时间较长。为了避免此类情况，现场对此PLC控制系统进行改造，将原先喷补机的穆勒PLC系统改造为西门子S7-300一体的控制系统，通过在手操器上增加启停输入按钮来控制磨砂片的转动，完全实现了自由控制磨砂片的启停，彻底摆脱了对原先PLC的诟病，大大解决了生产中遇到的瓶颈。

喷补机控制系统是由两套PLC控制完成的，一套是用来控制喷补机内外喷补升降及旋转动作的主系统PLC，主要由西门子S7-300控制机械及相应变频器完成。另一套是用来控制喷补机磨砂盘旋转动作的喷补机PLC，它的功能主要是将通过对喷补料进行研磨，将料与水进行混合，以一定气压送到内外喷管。 当手操器发出输入动作指令后，喷补台车主PLC电控柜接收到来自手操器的输入信号，外喷枪和内喷枪开始进行喷补动作，大盘通过转动使内外喷枪到达合适的位置进行喷补。当喷补主PLC电控柜各条件满足就绪后，将喷补准备好信号发送给喷补机PLC。喷补机PLC是一个独立的穆勒PLC控制系统，当接收到喷补主PLC柜的信号后，通过自身的逻辑处理后打开相应的水阀和气阀，最终启动磨砂盘电机，将喷补料充分研磨，是粉料输送到喷枪上，实现喷补台车喷补的目的。

喷补机PLC系统从主系统PLC得到准备信号后，才可启动喷补指令，喷补机PLC控制是由德国穆勒公司设计的，由于此程序无法进行实时监控和程序编辑，且两套系统存在着数据交换，主系统PLC连锁点较多，当主系统PLC某个限位或者传感器信号不到时，无法快速得到故障点，只有对监测点进行逐一排查，耗时耗力。对设备稳定运行产生了严重影响 。此PLC系统从投入使用至今，出现过20次以上比较大的设备故障，影响生产时间均在6小时以上，严重影响了生产的稳定运行。鉴于此情况，决定对此PLC系统进行改造。

3 喷补系统改造后的控制方式

为了减少故障率，改变被动的生产及维护局面，必须实现一种更加有效的方式来控制喷补机磨砂片的启停，在故障出现时避开复杂的连锁条件。将此穆勒PLC中的控制集成到现有的主系统PLC中去，原有的穆勒PLC控制柜废除。用现有的PLC来控制喷补机磨砂盘旋转等动作，来实现穆勒PLC的所有功能。同时在主PLC的控制回路上增加硬件，重新布线，增加开关、接触器、输入输出点和继电器，完成程序控制的所有功能。经过对方案的评审和研究，决定大修中按照原思路进行实施，具体实施步骤如下：

（1）软件的实现。PLC通讯的建立：使用MPI的连接方式，对笔记本与现场主PLC进行连接，其一端通过USB与笔记本电脑相连，另一端通过MPI街口与现场PLC端口相连。

MPI连接为笔记本上位机与现场PLC连接的基本方式之一，连接时主要需考虑通讯方式正确、地址不冲突和传输速率一致。西门子PLC是可以通过此方式进行实施监控，对程序的硬件组态、源程序进行监控和编辑。本实验的目的是为了对源程序进行监控，找出源程序的不足之处。本实验主要对主PLC柜的S7-300进行监控，由于没有完整的程序，通过此方式连接后，成功建立了通讯。通过源程序上传的方式的CPU内部程序上传至笔记本，对源程序可以进行编辑，从而实现对原有PLC程序的优化和改造。

连接后打开SIMATIC MANAGER软件，首先要对通讯方式及传輸速率进行设置，在通讯方式选择上选择PC ADAPTER（MPI）方式，传输速率方面（Transmission）选择187.5kps，设备完成后就具备和主PLC连接的基本条件了，打开上传的PLC程序后，可以根据I/0清单，对I/O点进行汉化，有利于之后的编程工作。

（2）系统硬件组态：在主站点的硬件组态中，其CPU采用了S7-300类型，为CPU 314-2 PtP，使用了较早的V2.0版本，MPI地址为2；从第4通道开始为数字量输出模块，占用了8个通道。第5至第8通道分别为数字量输入模块和数字量输出模块，均为8个通道。通过对输入和输出点的统计，主PLC柜的模块备用点满足了对喷补PLC集成的需求，可以使用原有模块进行接线。通过监控可以点去此PLC系统的交叉变量，I/O及其他变量的使用情况进行监控。其中，系统中已使用的变量在表中表现为叉型，未使用的变量为空白类型。

（3）硬件及布线。对穆勒PLC进行废除，对原PLC的功能彻底吃透的情况下对硬件进行重新布线。首先了解到原先PLC的基本功能是得到主PLC准备好的指令后磨盘转动，同时对磨盘进行自动加油，以达到润滑的目的，这过程中的水阀及气阀的开闭也要通过配合磨盘动作延时来实现。其次，来通过硬件连接来使各项控制成为可能，输入点需要在手操器上新增，原先手操器上是通过喷补启动按钮后主PLC传到穆勒PLC的一个指令来完成，没有内外磨盘旋转这一按钮，新增输入按钮后是内外喷更加简易直观，便于使用和维护，新的输入点定义为I1.1，相应的内外喷补可以在手操器上切换选择；同样，输入点增加之后，相应的输出点就要新增，此系统PLC输出点Q13.3（外喷磨盘转）和Q13.4（内喷磨盘转），和自动加油输出点Q12.2（外喷自动加油）和Q12.3（内喷自动加油）。最后完成模块接线后，对相应的输入输出模块增加继电器，完成硬件方面的工作。

在设计喷补机控制系统之前，为了更好地实现系统的控制功能，设计人员必须根据系统信号处理任务的需求，估算控制系统所需I/O点的个数，所以PLC的I/O地址分配在一个控制系统的设计中是非常关键的。

本系统是将原穆勒PLC中的控制系统集成到现有的西门子S7-300PLC中，根据喷补机的程序控制的所有功能要求，编制新系统所需要的I/O点，为了更好的实现喷补机的控制功能，将原穆勒PLC中的控制系统集成到现有的西门子S7-300PLC中，根据整个集控系统的要求，新编喷补机程序所要处理的数字量输入点数为13个，所需要处理的处理的数字量输出点数为8个。如图所示：新程序充分利用了现有的西门子S7-300PLC中的I/O点，新增了外喷/内喷磨盘电机热保护的开关量输入点，防止磨盘电机过电流运行，保护了磨盘电机；新增了控制外喷磨盘油泵启动、内喷磨盘油泵启动和外喷磨盘电机启动、内喷磨盘电机启动的开关量输出点。

完成I/O点的分配后，在相应的输入输出模块点增加继电器，完成PLC硬件与外部设备方面的接线，接线原理图如图1所示。

如图1中，各个模块的输入量端子所对应的传感器或是控制按钮接收到故障信号或是控制请求信号以后，通过内部故障程序和控制程序处理后，由PLC输出端子输出控制信号，通过控制相应的继电器来控制对应的负载。在PLC的控制回路接线调试后，在喷补台车控制柜内集成喷补机的主回路和控制电路。图2为现场原件布线实物图。

（4）程序功能的实现：前期工作完成后，就要对输入输出点进行打点验证，以保证系统的准确性；这里还是使用该软件中的Monitor Variables功能，对输入输出点进行验证。各程序的优化对比：对控制程序进行重新优化编写，首先达到原先程序的所有功能，并在此基础上进行优化，使其使用更加人性化、简单化、模块化。

4 结论

此方案使用了主PLC来完成对喷补机磨砂盘的控制，虽然改造耗时较长，但一劳永逸，从根本上改变了对穆勒PLC的依赖。通过自身逻辑编程，不仅实现了以往系统的所有功能，而且减少了多个时间继电器的使用，达到了降本目的。同时从自身维护方面更加方便，若磨砂盘发生故障，只需对PLC模块上的信号进行检测即可，大大减少了生产和维护成本，彻底改变了以往喷补机故障较多的局面。

参考文献：

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

225-227.

[2]严运兵，欧阳克诚.RH真空室插入管喷补车结构与性能分析[J].重型机械，2003（01）：36-42.