1. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

寶鋼寬厚板工程是寶鋼“十五”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目。工程分兩期建設(shè)，一期建設(shè)一架四輥可逆精軋機(jī)，一架立輥軋機(jī)，軋制最大寬度4.8米，長(zhǎng)25米，厚150毫米，年產(chǎn)140萬(wàn)噸寬厚板。二期增建一架粗軋機(jī)，生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)展到180萬(wàn)噸，最大軋制厚度可達(dá)400毫米。產(chǎn)品以船用板及管線板為主，同時(shí)還生產(chǎn)建筑、鍋爐容器、模具等國(guó)內(nèi)緊缺鋼板品種，專用板約占90%左右。作為我國(guó)第一套特寬幅現(xiàn)代化寬厚板軋機(jī)生產(chǎn)線，該工程的建設(shè)將改變我國(guó)５米級(jí)造船用板，大口徑、長(zhǎng)距離、高鋼級(jí)、抗硫化氫管線用板長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的狀況。

該生產(chǎn)線由板坯接收跨、板坯跨、加熱爐區(qū)、主軋跨、主電室、磨輥間、冷床跨、剪切跨、中轉(zhuǎn)跨、熱處理跨、涂漆跨以及末端成品跨等組成。經(jīng)過(guò)連鑄、精軋、熱矯直、超聲波探傷、火焰切割、熱處理、噴印等工序形成最終寬厚板產(chǎn)品，工藝圖如下圖所示。
 

寬厚板生產(chǎn)工藝流程圖

火焰切割系統(tǒng)作為寬厚板生產(chǎn)線的一個(gè)重要工序，主要用于大于50mm厚帶溫（最高溫度350℃）鋼板的定尺切割（切頭、切尾、橫向及縱向切割、廢邊切割）和取樣切割，以及特殊尺寸鋼板的切割，切割出來(lái)的成品可以直接滿足用戶訂貨的尺寸要求并直接在鋼板上沖打產(chǎn)品信息。該項(xiàng)目功能需求新穎、難度大，在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，國(guó)外也僅有日本有類似系統(tǒng)。而且相比日本的類似系統(tǒng)，寶鋼還提出了廢邊切割、雙工位切割等需求，此外該系統(tǒng)還解決了對(duì)于鋼板的輪廓掃描和定位、熱鋼板切割過(guò)程中鋼板尺寸變化的溫度補(bǔ)償?shù)雀唠y度技術(shù)問(wèn)題。

該寬厚板生產(chǎn)線的上位監(jiān)控系統(tǒng)除了對(duì)切割過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控外，還集成了大量特殊的算法和獨(dú)特的功能，易控(INSPEC)軟件由于具有強(qiáng)大的二次編程能力，可以把常規(guī)的監(jiān)控功能與使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的軟件功能模塊無(wú)縫集成到一起，因此選用了易控（INSPEC）軟件作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

2．系統(tǒng)構(gòu)成

該寬厚板切割系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)，整個(gè)控制系統(tǒng)由L3管理系統(tǒng)、CCC中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、NC控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、底層運(yùn)動(dòng)控制單元等構(gòu)成。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖所示。

L3管理系統(tǒng)由上海寶信公司研制，負(fù)責(zé)從板坯進(jìn)入輥道一直到成品進(jìn)入成品庫(kù)，到成品發(fā)貨出廠為止的全過(guò)程生產(chǎn)、跟蹤、質(zhì)量管理以及大板的全過(guò)程生產(chǎn)、跟蹤、質(zhì)量、發(fā)貨的全過(guò)程管理。根據(jù)上層L4的用戶訂單系統(tǒng)生成生產(chǎn)任務(wù)，并生成子任務(wù)單下發(fā)到生產(chǎn)線各子系統(tǒng)。

CCC中心計(jì)算機(jī)任務(wù)分發(fā)系統(tǒng)和NC控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由九思易的易控（INSPEC）組態(tài)軟件來(lái)完成。CCC中心計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是在上位L3系統(tǒng)與下位NC系統(tǒng)間起著一個(gè)橋接的作用。它負(fù)責(zé)解析上位L3系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的生產(chǎn)任務(wù)單和裝載信息，根據(jù)任務(wù)單和裝載信息生成具體的切割任務(wù)信息下發(fā)到指定的NC計(jì)算機(jī)，NC計(jì)算機(jī)的切割任務(wù)完成信息也通過(guò)CCC中心計(jì)算機(jī)上傳至L3系統(tǒng)。在CCC計(jì)算機(jī)上可以查看這些信息，也可以手工添加、修改、刪除信息以確保在與L3系統(tǒng)連接出現(xiàn)故障時(shí)能夠保證正常生產(chǎn)。

CCC與L3系統(tǒng)采用以太網(wǎng)網(wǎng)通信傳遞生產(chǎn)任務(wù)信息，與NC系統(tǒng)之間也采用以太網(wǎng)通信連接。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單穩(wěn)定可靠，CCC可自動(dòng)判定各NC系統(tǒng)在線情況，系統(tǒng)在線、離線可自動(dòng)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)完成相互間的通信任務(wù)。一個(gè)CCC計(jì)算機(jī)可以管理多個(gè)NC計(jì)算機(jī)，在寶鋼寬厚板項(xiàng)目中包括一期和二期項(xiàng)目共有3個(gè)CCC計(jì)算機(jī)、7個(gè)NC計(jì)算機(jī)。

NC計(jì)算機(jī)放置于火焰切割機(jī)的操作室內(nèi)，通過(guò)以太網(wǎng)接收CCC轉(zhuǎn)發(fā)的切割任務(wù)，負(fù)責(zé)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)要求控制具體切割設(shè)備完成產(chǎn)品切割任務(wù)。NC計(jì)算機(jī)分別通過(guò)SSCNET、以太網(wǎng)、串口與底層三菱運(yùn)動(dòng)控制器、三菱QPLC、測(cè)溫設(shè)備、沖打設(shè)備進(jìn)行通信，對(duì)切割、沖打生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)配置系統(tǒng)最多可以控制14個(gè)運(yùn)動(dòng)軸、6個(gè)切割槍、一個(gè)測(cè)溫頭和一個(gè)沖打頭同時(shí)運(yùn)動(dòng)。程序根據(jù)用戶選擇的切割任務(wù)和鋼板輪廓掃描結(jié)果計(jì)算切割路徑；切割過(guò)程中自動(dòng)測(cè)溫并進(jìn)行路徑補(bǔ)償，根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制切割槍按照切割工藝的要求自動(dòng)完成切割任務(wù)，并對(duì)整個(gè)切割過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

3．系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）切割精度高。在長(zhǎng)達(dá)8*60米的生產(chǎn)線上，最大可切割產(chǎn)品5×25米，最大厚度達(dá)400mm，要求切割后產(chǎn)品尺寸誤差不大于1mm。
（2）功能強(qiáng)大。其獨(dú)有的廢邊切割、雙工位多機(jī)頭切割等功能為本系統(tǒng)所獨(dú)創(chuàng)。
（3）帶溫鋼板切割。根據(jù)資料計(jì)算，長(zhǎng)20米500攝氏度的鋼板冷卻至常溫后，其長(zhǎng)度方向?qū)⒖s小多達(dá)25毫米，本系統(tǒng)獨(dú)有的溫度監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償算法可以控制系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)整切割路徑，從而保證了在熱切割的情況下冷卻后的產(chǎn)品滿足產(chǎn)品精度要求。
（4）工序復(fù)雜，主要工序有：掃描鋼板輪廓、產(chǎn)品套料、切割路徑優(yōu)化、自動(dòng)切割控制、沖打出廠標(biāo)記、任務(wù)上報(bào)等。
（5）通信設(shè)備眾多，共有運(yùn)動(dòng)控制器、三菱QPLC、溫度測(cè)量、沖打設(shè)備等四種通信設(shè)備，全部采用串口通信方式，運(yùn)動(dòng)控制器最多可控制14個(gè)軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

4．軟件應(yīng)用

系統(tǒng)軟件在易控（INSPEC）軟件的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型增加不同的業(yè)務(wù)模塊，各模塊間通過(guò)接口進(jìn)行交互，從而保證了系統(tǒng)的架構(gòu)的靈活性可擴(kuò)展能力。系統(tǒng)底層架構(gòu)于微軟的.Net平臺(tái)，采用.Net Remoting、XML等最新技術(shù)等，保證了系統(tǒng)的先進(jìn)性。易控（INSPEC）良好的開(kāi)放性使得增加算法和特殊功能模塊都變得容易。

整個(gè)切割任務(wù)包括任務(wù)選擇、鋼板輪廓掃描、輪廓擬合、產(chǎn)品套料、路徑優(yōu)化、自動(dòng)切割、沖打標(biāo)識(shí)、實(shí)績(jī)上報(bào)等多道工序。系統(tǒng)自動(dòng)保存每個(gè)任務(wù)的工序完成狀態(tài)，在工序間或工序執(zhí)行過(guò)程中可以暫停，并在下次進(jìn)入程序后恢復(fù)執(zhí)行工序任務(wù)。

任務(wù)管理：在每道工序前必須選擇需要執(zhí)行的切割任務(wù)，切割任務(wù)由上位CCC計(jì)算機(jī)分發(fā)而來(lái)，當(dāng)遇到網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，CCC可自動(dòng)保存需要下傳的切割任務(wù)，并在聯(lián)網(wǎng)時(shí)進(jìn)行傳送。沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)時(shí)也可以手工輸入切割任務(wù)。

輪廓掃描：鋼板切割前必須首先進(jìn)行鋼板輪廓掃描，輪廓掃描的主要目的是確定鋼板的形狀大小和位置，自動(dòng)掃描鋼板的裝載位置和實(shí)際尺寸，并自動(dòng)擬合鋼板外圍輪廓。輪廓掃描采用激光掃描進(jìn)行邊緣探測(cè)，計(jì)算機(jī)控制掃描頭定向移動(dòng)，當(dāng)掃描頭經(jīng)過(guò)鋼板邊緣時(shí)產(chǎn)生中斷信號(hào)，PLC自動(dòng)記錄位置信號(hào)，并將這些信號(hào)傳送到上位機(jī)易控（INSPEC）組態(tài)軟件中進(jìn)行擬合處理。在實(shí)踐中，數(shù)據(jù)精度受到掃描頭移動(dòng)速度的影響，在經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上推斷出計(jì)算公式對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，確保了掃描精度。

除自動(dòng)掃描外，對(duì)于形狀規(guī)則的鋼板，也可以采用確定特征點(diǎn)的方式確定鋼板位置和輪廓。

產(chǎn)品套料：輪廓掃描完成后，需要根據(jù)鋼板輪廓和下傳的產(chǎn)品尺寸要求進(jìn)行排版套料，并將套料結(jié)果反饋給操作者。需要根據(jù)不同的排版方式（A型、S型、G型）和不同的切割方式（粗切、試樣切、產(chǎn)品切）選用不同的排版算法。在排版計(jì)算中還需要考慮切頭長(zhǎng)度和割縫寬度對(duì)排版套料的影響。對(duì)于特殊鋼板（TP板），需要根據(jù)其厚度變化特征點(diǎn)確定產(chǎn)品位置。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

路徑優(yōu)化：在產(chǎn)品套料成功后，需要根據(jù)切割工藝要求和產(chǎn)品排版方式的不同，自動(dòng)選擇不同的優(yōu)化算法對(duì)產(chǎn)品切割路徑進(jìn)行優(yōu)化，在滿足切割工藝要求的情況下，盡量減少切割機(jī)頭的空程移動(dòng)時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率。對(duì)于計(jì)算完成的切割路徑，可以采用易控組態(tài)軟件的逼真動(dòng)畫(huà)模擬實(shí)際切割過(guò)程。對(duì)于排版方式和切割方式相同的鋼板，可以同時(shí)進(jìn)行雙工位套料和路徑優(yōu)化以提高工作效率。

路徑優(yōu)化界面圖

自動(dòng)切割：在路徑優(yōu)化工序完成后，系統(tǒng)可以控制切割機(jī)頭按照預(yù)定切割路徑，對(duì)鋼板進(jìn)行全自動(dòng)切割，系統(tǒng)自動(dòng)控制切割槍移動(dòng)到切割起始點(diǎn)、放下機(jī)頭、點(diǎn)火、穿孔爬行、全速切割、熄火、抬槍、自動(dòng)切割下一條切割路徑等全過(guò)程，直至整個(gè)鋼板切割完畢。切割過(guò)程中可以調(diào)整切割速度、爬行速度、燃?xì)夂颓懈钛趸旌媳嚷实葏?shù)。切割過(guò)程中可同時(shí)控制最多6個(gè)切割槍同時(shí)切割以提高生產(chǎn)效率。切割中可以暫停切割，進(jìn)行修復(fù)切割槍等工作，再次進(jìn)入系統(tǒng)后可以從原切割斷點(diǎn)繼續(xù)切割。

根據(jù)寶鋼的要求，可在正常切割的同時(shí)對(duì)產(chǎn)生的廢邊自動(dòng)切斷，以滿足其廢邊長(zhǎng)度最長(zhǎng)不超過(guò)1.3m的要求，以滿足廢料傳送線的需求。

切割中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼板溫度，并根據(jù)計(jì)算公式對(duì)切割產(chǎn)品路徑自動(dòng)進(jìn)行切割補(bǔ)償以使鋼板冷卻后的尺寸滿足用戶訂貨要求。

沖打：切割完成后，可以在切割后的產(chǎn)品上沖打產(chǎn)品號(hào)、公司徽標(biāo)、出廠日期、檢驗(yàn)結(jié)果等文字和圖形信息。沖打信息來(lái)源于上位L3系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)控制沖打頭移動(dòng)到產(chǎn)品的指定位置，降下沖打頭執(zhí)行沖打，完成后提起沖打頭移動(dòng)到下一個(gè)產(chǎn)品鋼板上沖打下一條標(biāo)識(shí)，產(chǎn)品的鋼板號(hào)根據(jù)子鋼板信息自動(dòng)生成。

業(yè)績(jī)上報(bào)：切割完成后，可自動(dòng)向L3上位系統(tǒng)傳送切割完成信息，包括完成任務(wù)的時(shí)間、作業(yè)人、子鋼板信息、未切割產(chǎn)品、未沖打產(chǎn)品及其原因等等。網(wǎng)絡(luò)連接斷開(kāi)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)存儲(chǔ)在本地，并在恢復(fù)連接的第一時(shí)間內(nèi)傳送至上位系統(tǒng)。

由于整條生產(chǎn)線上共有7個(gè)火切系統(tǒng)，各系統(tǒng)控制的切割槍等配置情況并不相同。系統(tǒng)采用同一套軟件，利用配置文件配置切割機(jī)系統(tǒng)的切割頭數(shù)目、切割頭類型以滿足不同火切機(jī)系統(tǒng)的需求。

對(duì)于在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的異常信息，如設(shè)備的通信狀況、PLC的報(bào)警信息、測(cè)點(diǎn)報(bào)警信息等等，在易控組態(tài)軟件中均配置報(bào)警，及時(shí)提醒操作員，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)到告警區(qū)域或者兩臺(tái)小車距離過(guò)近，可能會(huì)產(chǎn)生碰撞危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)提醒以及自動(dòng)停車。系統(tǒng)可以單獨(dú)監(jiān)測(cè)火切機(jī)系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀況，并將測(cè)試結(jié)果反饋給操作者。

零點(diǎn)矯正圖

軟件系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)配置信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，如機(jī)組配置信息、生產(chǎn)任務(wù)、用戶管理、任務(wù)狀態(tài)、報(bào)警信息、切割參數(shù)等等，保證了系統(tǒng)信息的可靠性和一致性。

5．結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)于2005年9月工程通過(guò)驗(yàn)收。自交付寶鋼使用以來(lái)，7個(gè)火切機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)每天24小時(shí)不分晝夜地運(yùn)行，至今未出現(xiàn)任何問(wèn)題。本系統(tǒng)的優(yōu)良表現(xiàn)保證了生產(chǎn)任務(wù)的完成，從而贏得了用戶的信賴。用戶對(duì)該系統(tǒng)豐富的功能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性給予了極高的評(píng)價(jià)。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，填補(bǔ)了我國(guó)在特寬厚板切割方面的空白，可以提供厚度范圍6～400mm，最大寬度為4800mm，最大長(zhǎng)度為25米的寬厚板產(chǎn)品切割，為寶鋼生產(chǎn)市場(chǎng)上急需的船板、橋梁板、建筑結(jié)構(gòu)用鋼板、容器鍋爐板等特種鋼板做出了自己的貢獻(xiàn)。易控（INSPEC）組態(tài)軟件隨后在寶鋼二期、沙鋼、浦鋼、武鋼、唐鋼、太鋼、長(zhǎng)鋼等諸多鋼廠中也得到了成功的應(yīng)用