CN102059256A - 一种用于高线轧机的设备运行和工艺量状态监测系统 - Google Patents

Abstract

一种用于高线轧机的设备运行和工艺量状态监测系统，属于高速线材轧制技术领域。硬件包括电量、转速等传感器、4017+智能数据采集模块、RS485-RS232通讯转换模块、工业控制计算机。轧制电流和轧制转速等信号由传感器进行测量，然后通过数据采集模块进行A/D转换，再经过RS485-RSC32通讯转换模块存储到工业控制计算机中，并利用OPC协议将采集的数据发布到网络，用户通过网络在IE浏览器或客户端提取记录信息进行观察和分析；软件包括OPC通讯模块、运行状态实时监测模块、报警信息记录与分析模块、趋势信息分析与处理模块、历史追忆功能模块、工业信号逻辑分析模块。优点在于，提高设备运转的可靠性、延长使用寿命、有效降低成本的目标。

Description

一种用于高线轧机的设备运行和工艺量状态监测系统

技术领域

本发明属于高速线材轧制技术领域，特别是提供了一种用于高线轧机的设备运行和工艺量状态监测系统。

背景技术

高速线材轧机是典型的高度自动化、机械化装备，一旦发生突发故障，将给正常生产带来严重威胁，损失巨大。由于设备功能、精度和可靠性的影响，线材产品的产量和精度也受到影响，机时产量、成材率等指标不稳定；设备故障反过来影响生产节奏，为保证完成产量任务，难免出现阶段性的超负荷生产，对设备状态、功能和精度又构成更大影响，如此形成恶性循环。更为甚者，不均衡生产还会造成能源消耗增加、工艺成本升高，生产过程中设备状态、操作精度常常影响产品质量，如吐丝机、精轧机速度匹配关系不精准，影响产品质量。

由于大多高线轧制企业缺乏有效的生产状态监测和科学管理手段，对加热炉加热钢坯的能力与轧机生产能力的关系、钢坯加热温度和轧制能耗之间的关系以及吐丝机速度和精轧机速度与不同规格、品种产品的关系等方面的认识和把握不足，不能用量化的手段对生产和设备实施精细化管理，生产组织模型设定不尽科学、合理，不利于经济、高效生产，导致生产成本不合理增加，降低了产品竞争力。

功能、精度、设备运行可靠性作为设备的状态与设备的制造、使用、维护、操作、生产工况等各个环节有着密切的关系。在生产实践中，这些关系都以信息的形式表现出来，信息是状态与管理的媒介，深入挖掘、研究状态信息，开展对应的管理，在设备管理和质量一体化管理的大背景下，通过技术和管理手段对设备和工艺信息的获取、处理、判断和利用，建立设备状态与产品产量、质量的量化关系，把握设备状态趋势，对设备采取适度的维护检修，提高设备状态的控制水平；建立设备功能、精度量化标准，对设备缺陷和质量缺陷进行预警、跟踪，提高对设备缺陷和质量缺陷的响应速度，加强对设备、质量问题的追溯性，使设备管理、质量管理工作不断改进、完善，从而达到设备功能、精度和可靠性管理的目的，最终实现设备管理、生产管理、质量管理的目标。

目前，我国线材生产行业进入快速发展阶段，工艺水平、开发研究、产品结构、产品质量等逐渐向国际发展水平靠拢。然而，高线轧制生产过程工艺量的统计与线材装机水平不相适应，是当今线材行业发展必须重视的问题，很多钢厂缺乏有效的生产过程工艺量监测管理手段。

发明内容

本发明是一种用于高线轧机的设备运行和工艺量状态监测系统，该系统对高速线材轧机的粗轧机、预精轧、精轧机、加送辊及吐丝机的轧制电流和轧制速度等工艺量参数进行实时监测，并对所测数据进行分析和计算，实时显示设备运行状态，记录分析报警信息，绘制工艺参数变化趋势，提供历史追忆功能。建立基于轧制电流和轧制速度信息的生产过程参数识别模型，识别出轧制生产的规格、品种、生产支数，各班的停机工时、待机时间等生产过程参数，实现品种、规格的最佳组合和均衡生产，指导生产员工标准化操作和调整，提高吐丝质量，使企业处于最佳经济生产状态。

本发明包括硬件和软件，硬件包括电流互感器和转速传感器、ADAM4017+数据采集模块、ADAM4520通讯转换模块、工业控制计算机；其中传感器与ADAM4017+数据采集模块之间采用RVVP屏蔽电缆连接，传感器测量出轧制电流和轧制转速信号，并以±10V或4～20mA的模拟信号形式输入到ADAM4017+数据采集模块的AD端口，一块ADAM模块一般连接8路模拟信号，通过ADAM4017+模块内AD转换芯片将传感器输出的模拟信号转变为数字信号。ADAM4017+数据采集模块与ADAM4520通讯转换模块之间利用STP-120Ω双绞屏蔽型电缆连接，一个ADAM4520模块可以连接多个ADAM4017+模块。ADAM4017+数据采集模块采集到的数字信号经由ADAM4017+模块的458通讯端口向ADAM4520模块发送。ADAM4520内部协议转换芯片将RS485协议转换为RS232协议。ADAM4520模块与工业控制计算机之间利用串口电缆连接，计算机按照RS232协议规则读取ADAM4520模块传送来的数字信号，实现轧制电流和轧制转速信号的分布式采集。进而由工业控制计算机将采集的数据存储至实时数据库，并利用OPC服务发布数据到企业的intranet，用户通过网络在IE浏览器或客户端提取记录信息进行观察和分析。

软件进行应用层系统开发，软件包括OPC通讯模块、运行状态实时监测模块、报警信息记录与分析模块、趋势信息分析与处理模块、历史追忆功能模块、工业信号逻辑分析模块。

(1)OPC(OLE for Process Control)通讯模块

由4017+数采模块构成的分布式采集系统，数据集中到采集工业计算机，OPC协议的服务端将这些数据信号发布到网络，OPC服务端的数据可以视为一个网络上的共享信息源，任何网络上运行的OPC客户端都可以实时获得采集到的信号数据。

(2)运行状态实时监测模块

运行状态监测模块实时显示四条作业线的各项监测指标，包括所有的电流信号，速度及温度信息等，并对超标数据进行报警提示和记录，利用翻页功能切换显示四条作业线的状态信息。

(3)报警信息记录与分析模块

报警信息含有“实时报警”“历史报警”“历史查询”三个部分，报警信息提示位点的状态，报警数据在进行了报警处理或人工确认后消除报警提示，利用界面上的翻页选择不同作业线的报警信息。

(4)趋势信息分析与处理模块，

趋势信息含有实时信号的波形趋势，当测点过多时需要进行选择性显示，用户根据自己定义的趋势配置进行存储或调入，趋势分析支持全屏幕显示和动态添加删除观察趋势点。

(5)历史追忆模块

当轧制作业出现异常时，保存和记录该段时间内的历史数据，把和异常有关的各个工艺参数在异常发生前后一段时间内的数据提取出来进行综合分析判断，分析异常发生的原因，即历史追忆模块。

(6)工业信号逻辑分析模块

采集的高线轧制运行状态工艺量信号只能反映轧制的工艺和设备的状态，并不能直用于生产管理，而这些信号间在关系能组合出生产状况的信息，工业信号逻辑分析模块利用电流、转速、温度、电量的逻辑关系，结合时间标记，判断和计算推导出轧制生产规格、品种、生产支数等生产过程参数。

本发明可以有效监测和管理高速线材轧制生产过程的工艺量参数，提供多种数据分析和显示功能，可深度挖掘基于电流和转速的生产过程参数信息，实现企业的均衡生产，使企业处于最佳经济生产状态。

本发明的优点在于，通过以电流信号和转速信号为主的综合监测，对高速线材轧制生产工艺量进行在线监测，增加工艺量分析和管理工具，提高设备运转的可靠性、延长使用寿命、有效降低成本的目标。

附图说明

图1是本发明的高速线材轧制生产过程工艺量系统流程图。

图2是本发明的高速线材轧制生产工艺量系统硬件构成图。

图3是本发明的高速线材轧制生产工艺量系统软件功能框。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明包括硬件和软件。硬件包括电流和转速传感器、4017+智能模块、ADAM4520隔离转换器、OPC标准化接口、工业控制计算机。

所述电流与转速信号的测取通过4017+智能模块来完成，所述4017+模块连接有8个输入信号端，即Vin0～Vin7，两数据输出信号端，该端口输出的是一组8个测点采集到的电流值，Vs是电源端口，所述ADAM-4520转换器不需要对PC硬件和软件进行任何修改，可以实现现场DCS系统工业总线与传统串口通讯的有效结合，所述OPC是用于工业设备服务器的标准化接口；所述的软件部分采用组态软件进行应用层系统开发，针对监测对象的工艺量参数的种类进行划分和模块设计，具有监测数据实时存储功能，如图2所示。

本发明高速线材轧制生产过程工艺量系统的软件部分基于B/S体系架构开发，在服务器端配置OPC服务器，客户端使用浏览器就可以直接观察工艺量在线监测系统，并且可以进行相关操作。

本发明高速线材轧制生产过程工艺量系统可以实现高线轧制生产工艺量参数的自动监测，也可以在人工干预下进行多种数据分析和处理，其中包括电流，速度和温度工艺量等，系统具有图形显示、数据处理、结果打印和故障自动报警，远程访问等功能。系统的分析功能主要包括：运行状态实时监测模块，报警信息记录与分析模块，趋势信息分析与处理模块，历史追忆模块，如图3所示。

(1)运行状态实时监测模块

运行状态监测模块实时显示四条作业线的各项监测指标，包括所有的电流信号，速度及温度信息等，并对超标数据进行报警提示和记录，利用翻页功能切换显示四条作业线的状态信息。

(2)报警信息记录与分析模块

报警信息含有“实时报警”“历史报警”“历史查询”三个部分，报警信息提示位点的状态，报警数据可以进行确认就不会进行提示，利用界面上的翻页选择不同作业线的报警信息。

(3)趋势信息分析与处理模块，

趋势信息含有实时信号的波形趋势，当测点过多时需要进行选择性显示，用户根据自己定义的趋势配置进行存储或调入，趋势分析支持全屏幕显示和动态添加删除观察趋势点。

(4)历史追忆模块

当轧制作业出现异常时，保存和记录该段时间内的历史数据，把和异常有关的各个工艺参数在异常发生前后一段时间内的数据提取出来进行综合分析判断，分析异常发生的原因，即历史追忆模块。

轧制电流和轧制转速是反映生产状况的主要参数，分析转速和电流的变化，获得多种高线轧制生产过程参数，判断设备运行状态：

(1)生产平衡分析

实时检测生产过程运行状态，与系统中所积累的历史数据进行比较，及时调整生产过程的工艺参数，获得最佳的生产状态；实时监测精轧机与吐丝机速度的比值及其变化，调整和改善精轧机、吐丝机等设备的运行参数，实现精轧机和吐丝机运转速度的最佳匹配，克服吐丝乱的现象，提高产品质量。

(2)轧制统计分析

分析高线轧制电流，得到轧制根数、品种、规格等生产过程参数，自动计算生产产量，解决了依靠人工统计繁琐易出错的问题，为企业考核各班的生产水平提供了平台，也为其合理组织生产提供了依据；若生产线在一段时间内经常出现问题，可利用本发明的系统检查这段时间内生产为什么不正常，是经常出现长时间停机还是经常出现短时多次停机，生产过程中的速度变化是否明显，起到指导生产合理组织的作用；查看精轧机的电流波形曲线，将当前的电流幅值与轧钢的标准电流值进行比对，及时调整轧钢负载，实现轧钢用电的最经济。

(3)数据报表分析

精心设计多种数据报表，可实时显示且随时打印输出。分析精轧机电流得到的轧制根数，产量等统计信息形成轧制数据报表，系统提供选择查看功能，通过“前一天”和“后一天”按钮可以迅速查询到某一天中每小时轧制的根数，每班轧制的总产量和每天轧制的总根数和产量等；作业率报表中记录每班的精轧平均速度、停机次数、停机时间、待机次数，待机时间等统计信息；实时信息表中记录每一个监测对象的瞬时数据，如吐丝机、夹送辊、预精轧机、精轧机的电流、速度和温度等信息。

高速线材轧制生产过程工艺量系统从提高设备预知维修能力出发，通过以电流信号和转速信号为主的综合监测，对轧钢机组的连轧机工艺量生产过程进行在线监测，增加工艺量分析和管理工具，提高设备运转的可靠性、延长使用寿命、有效降低。

Claims (7)

1.一种用于高线轧机的设备运行和工艺量状态监测系统，其特征在于，硬件包括电流互感器和转速传感器、ADAM4017+数据采集模块、ADAM4520通讯转换模块、工业控制计算机；其中传感器与ADAM4017+数据采集模块之间采用RVVP屏蔽电缆连接，传感器测量出轧制电流和轧制转速信号，并以±10V或4～20mA的模拟信号形式输入到ADAM4017+数据采集模块的AD端口，一块ADAM模块一般连接8路模拟信号，通过ADAM4017+模块内AD转换芯片将传感器输出的模拟信号转变为数字信号；ADAM4017+数据采集模块与ADAM4520通讯转换模块之间利用STP-120Ω双绞屏蔽型电缆连接，一个ADAM4520模块可以连接多个ADAM4017+模块。ADAM4017+数据采集模块采集到的数字信号经由ADAM4017+模块的458通讯端口向ADAM4520模块发送；ADAM4520内部协议转换芯片将RS485协议转换为RS232协议；ADAM4520模块与工业控制计算机之间利用串口电缆连接，计算机按照RS232协议规则读取ADAM4520模块传送来的数字信号，实现轧制电流和轧制转速信号的分布式采集；进而由工业控制计算机将采集的数据存储至实时数据库，并利用OPC服务发布数据到企业的intranet，用户通过网络在IE浏览器或客户端提取记录信息进行观察和分析；软件包括OPC通讯模块、运行状态实时监测模块、报警信息记录与分析模块、趋势信息分析与处理模块、历史追忆功能模块、工业信号逻辑分析模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的OPC通讯模块由4017+数采模块构成的分布式采集系统，数据集中到采集工业计算机，OPC协议的服务端将这些数据信号发布到网络，OPC服务端的数据能够视为一个网络上的共享信息源，任何网络上运行的OPC客户端都能实时获得采集到的信号数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的运行状态实时监测模块实时显示四条作业线的各项监测指标，并对超标数据进行报警提示和记录，利用翻页功能切换显示四条作业线的状态信息；监测指标包括所有电流信号，速度及温度信息。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，报警信息记录与分析模块：报警信息含有“实时报警”“历史报警”“历史查询”三个部分，报警信息提示位点的状态，报警数据在进行了报警处理或人工确认后消除报警提示，利用界面上的翻页选择不同作业线的报警信息。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，趋势信息分析与处理模块：趋势信息含有实时信号的波形趋势，当测点过多时需要进行选择性显示，用户根据自己定义的趋势配置进行存储或调入，趋势分析支持全屏幕显示和动态添加删除观察趋势点。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，历史追忆模块：当轧制作业出现异常时，保存和记录该段时间内的历史数据，把和异常有关的各个工艺参数在异常发生前后一段时间内的数据提取出来进行综合分析判断，分析异常发生的原因。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于利用电流、转速、温度、电量的逻辑关系，结合时间因素，判断和计算推导出轧制生产规格、品种、生产支数等生产过程参数。 

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