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25米，厚150毫米，年產(chǎn)140萬噸寬厚板。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、模具等國內(nèi)緊缺鋼板品種，專用板約占90%左右。作為我國第一套特寬幅現(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５米級(jí)造船用板，大口徑、長距離、高鋼級(jí)、抗硫化氫管線用板長期依賴進(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，在國內(nèi)首創(chuàng)，國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、熱鋼板切割過程中鋼板尺寸變化的溫度補(bǔ)償?shù)雀唠y度技術(shù)問題。
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)語言開發(fā)的軟件功能模塊無縫集成到一起，因此選用了易控（INSPEC）軟件作為系統(tǒng)的開發(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，到成品發(fā)貨出廠為止的全過程生產(chǎn)、跟蹤、質(zhì)量管理以及大板的全過程生產(chǎn)、跟蹤、質(zhì)量、發(fā)貨的全過程管理。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)傳輸過來的生產(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)切割過程進(jìn)行監(jiān)控。
3．系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）切割精度高。在長達(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20米500攝氏度的鋼板冷卻至常溫后，其長度方向?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，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。
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)畫模擬實(shí)際切割過程。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程，直至整個(gè)鋼板切割完畢。切割過程中可以調(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，以滿足其廢邊長度最長不超過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
本系統(tǒng)于2005年9月工程通過驗(yàn)收。自交付寶鋼使用以來，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、長鋼等諸多鋼廠中也得到了成功的應(yīng)用。
