牛延华
河钢集团邯钢股份有限公司冷轧厂 河北 邯郸 056000
摘要：本文分析了冷轧厂磨辊间毛化床控制系统的特点及其在维护和处理故障中的应用，主要论述了计算机控制系统，供电系统和接口技术方面的 特点。以及利用特点为设备维护服务。
关键词：毛化床 工业控制计算机 控制 特点 应用
1.前言
单体设备是指在生产线中自成系统，能独立完成生产工艺中某项工序的设备体系。其中数控机床类设备一般都属于单体设备，如冷轧厂中广泛使用的毛化床和磨床等，这些设备由于其工艺特点一般都采用计算机控制系统。即利用工业控制计算机来实现工业自动控制系统，计算机控制系统具有区别于其他控制系统的特点，充分利用这些特点，对于设备的维护和故障处理具有积极的作用。下面以英国SARCLAD毛化床为例，分析计算机控制系统的特点及在生产维护中的应用。
2．1设备概况
毛化床是冷轧厂重要设备，主要作用是在已磨好的轧机工作辊、平整机辊和光整机辊的表面上进行毛化处理，形成工艺要求的粗糙度，以满足轧制和涂镀等工艺要求。为了保证带钢的表面质量，对轧辊表面毛化质量的要求也较高。
2．2轧辊毛化的原理
将电极和被毛化轧辊的一部分浸没到毛化液（主要成分是绝缘油+石墨粉）中，然后一定频率的直流脉冲加到电极和轧辊上，电极上为正电势（也可为负电势），而轧辊始终为零电位，这样就在电极和轧辊之间产生电压(放电前为300v,开始放电后降到40v左右)。当轧辊和电极间隙足够小时就产生电火花。每个脉冲产生一个电火花，每个电火花在轧辊表面产生一个电蚀坑，这样72个电极沿着旋转的轧辊匀速移动，就在轧辊表面形成一定粗糙度的毛化面。
图1 毛化过程示意图
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图2电极放电产生电蚀坑
2.3毛化床控制系统
毛化床控制系统是基于计算机控制的分布式I/O集散系统，计算机和远程I/O模块通过profibus现场总线连接，整个系统共有两套IPC（工业控制计算机），一套用于控制所有的实时功能和毛化系统控制（MCS），另一套IPC系统提供操作界面、故障诊断、打印等（OCS）。两台IPC通过以太网通讯联系。如图所示:
图3毛化床控制系统示意图
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2.3.1 MCS毛化控制
此系统包括一个主IPC（工业控制计算机），在IPC卡槽上有两个控制卡，一个是profibus DP 接口卡,另一个是轴控制卡，前者用于与整个Rolltex系统的分布式I/O站进行通讯，获得现场实时数据和状态信息，同时将系统执行命令传到现场相应机构进行执行。I/O站覆盖数入、数出、模入、模出四种类型，有六百多个I/O点，可进行全范围，全过程和全自动控制，通讯采用国际标准profibns DP协议。
后者是一个两轴控制器，该控制器是一个独立的自动控制系统，有自己的处理器和指令系统，其主要功能是协调控制轧辊在机床上的纵向移动和轴向移动，使表面毛化更均匀，该控制器据工艺和性能要求，向头架旋转和床身移动两个电机的变频器发送给定，控制两台电机协调运动达到两轴控制。同时该控制器接收现场的码盘信号和极限开关状态，以判断现场执行情况。
2.3.2 OCS操作控制系统
OCS是操作者与毛化床之间的人机友好界面，此系统包括一台工业控制计算机，和一台远程触模式显示器。OCS主要功能是数据输入、存储和故障诊断，并通过以太网与上位机（MCS）交换程序和数据等，通讯协议为标准的TCP/IP协议。
3毛化床控制系统特点：
3.1基于计算机控制的自动控制系统
3.1.1毛化床控制系统采用基于计算机控制的自动控制系统，它是在工业计算机基础上以软件技术实现工业自动控制的功能，计算机控制系统优点是：（1）系统建立在工业控制计算机的软、硬件平台之上，因此具有PC机的优点和特性（2）全面支持Windows操作系统，具有良好的开放性和兼容性。（3）充分利用CPU的超强速度，容易实现快速数据处理、多回路调节和多任务处理功能。
3.1.2 毛化床使用PROFIBUS-DP网作为现场总线，PROFIBUS是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。由PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA组成。其中PROFIBUS DP是一种高速低成本通信，主要用于设备级控制系统与分散式I/O的通信以及分散外设间高速数据传输。毛化床系统控制充分利用了PROFIBUS-DP这些特点。
毛化床PROFIBUS-DP系统是由一个PROFIBUS-DP控制接口板和十七个RICOS远程I/O模块串连组成。其硬件构成如图3所示，毛化床DP系统采用单主站系统，MCS工控机为其主站。总线存取采取主站与从站间以主从方式传送，该总线特征是线性总线，两端为有源的总线终端电阻，传输速率为12M bit/s（通讯长度小于100米），使用屏蔽双绞电缆。
3.2供电系统特点
3.2.1采用TN-C供电系统
毛化床采用TN-C供电系统，TN-C供电系统的TN 表示供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，其中C表示用工作零线兼作接零保护线，即保护中性线。
在TN-C系统中，保护线与中性线合并为PEN线，具有简单、经济的优点。当发生接地故障时，故障电流大，可采用一般过电流保护电器切断电源。毛化床现场设备基本上均为金属构件，采用TN-C供电系统可以最大限度保证设备和人身的安全。
3.2.2系统控制电源使用控制变压器隔离
毛化床和磨床控制电源均通过380/220隔离变压器引出。隔离变压器的主要作用是，（1）二次对地浮置，降低人员触电的可能性。（2）利用变压器的电磁饱和效应，消除电源突波冲击，增加控制系统的安全和可靠性。（3） 利用变压器的隔离效应，降低电网其他干扰和高次谐波的影响，保证控制系统的稳定性。
4特点在设备维护中的应用
4.1软件类故障较多，主要有死机，计算机响应慢，显示互相联锁的极限同时到达，及其他一些不明原因的故障，软件类故障多与基于计算机控制系统特点有关，一般情况下出现软件类故障通过重启计算机都可以得到解决。
4.2 通讯故障多且难以短时间排除，由于毛化床的DP网为总线型，且从站较多，现场复杂。发生该故障查找起来较费力。一般情况下，发生网络故障后，首先观察操作主界面，操作主界面有各从站通讯状态和信息，如果某从站有故障，则该从站图标上显示故障标志，通过观察操作主界面中各从站的状态，可以大致明白断线的大致位置。
然后，将显示发生网络故障的前一从站DP头上的终端电阻打到ON位置，如果此时计算机显示正常。则判断正确。网络故障在后一从站。如果此时计算机仍报故障。将更前位置的从站DP头上的终端电阻打到ON位置，以此类推，直到显示正常。那么故障就在此从站后。以此处理可缩短故障查找时间。
DP网发生网络断线主要是DP头接线不好和网线损坏，对于前者需要重新接线，对于后者则只能换线。
4.3机械故障较多且常常以电气故障的形式表现出来
在发生的所有故障中，机械故障较电气故障为多，这与机械设备多具有转动移动的设备特点有关。而且由于是机电一体化产品，电气和机械联系比较紧密，许多机械故障是以电气故障的形式表现出来，在处理这类故障时，除了对电气和机械有深入的了解外，还应对设备的工艺工作过程比较清楚才利于解决故障，因为许多故障的产生与前后工艺步有直接的联系，如前一工艺步在执行过程中产生异常，导致当前工艺步无法执行而产生故障。或者下一工艺步因为现场问题（如上一工艺步设备没有到位造成接近开关没有感应上）而无法执行产生的故障等。所以如果知道故障发生前后应有那些动作。对迅速判断和处理故障有很大的帮助。
参考文献
［1］《毛化床技术说明书》 沙克拉德 《The specialist for texture roll machine》SARCLAD
［2］《DP 设备驱动说明》 Miles Ind Elect Ltd 《DP Device Driver》 Miles Ind Elect Ltd
［3］《RICOS技术说明书》 WIELAND 《The specialist for RICOS》WIELAND