自動(dòng)控制技術(shù)“芯”動(dòng)短流程限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組

 國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng) 彭昭

      太原通澤是我國(guó)重型機(jī)械行業(yè)的后起之秀，是一家成立不過(guò)7年的年輕企業(yè)，但她所表現(xiàn)出來(lái)的生命力卻在同行業(yè)中不可小覷。通澤成功的研制了第一套國(guó)產(chǎn)φ250mm五機(jī)架限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組成套設(shè)備，具備了與國(guó)外同類型的產(chǎn)品展開(kāi)面對(duì)面較量的實(shí)力，并且正在制造世界首創(chuàng)的φ114mm節(jié)能型短流程限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組生產(chǎn)線（CPS），為我國(guó)無(wú)縫鋼管生產(chǎn)水平的提高發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。作為多年的“西門子OEM合作伙伴”，通澤的成功離不開(kāi)西門子自動(dòng)化控制技術(shù)那顆跳動(dòng)的“芯”作為強(qiáng)大后盾。

        時(shí)光倒流十幾年，受當(dāng)時(shí)石油產(chǎn)業(yè)對(duì)油井管需求旺盛的影響，限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組（MPM: Multi-Stand Pipe Mill）技術(shù)得到了飛速發(fā)展，在其基礎(chǔ)上誕生的Mini-MPM（少機(jī)架限動(dòng)芯棒連軋）技術(shù)是當(dāng)代國(guó)際上公認(rèn)的無(wú)縫鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域中的最新技術(shù)，它的機(jī)架數(shù)由原來(lái)的7～8 架減少至4～5架，與MPM相比它的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了用更短的芯棒軋制較長(zhǎng)的鋼管，芯棒的工作段長(zhǎng)度比MPM短了2～3m，芯棒總長(zhǎng)度可縮短5m左右。21世紀(jì)國(guó)際上新建機(jī)組大都采用了這種機(jī)型。
        面對(duì)Mini-MPM在技術(shù)、產(chǎn)量、質(zhì)量、自動(dòng)化和勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面的突出優(yōu)勢(shì)，中國(guó)無(wú)縫鋼管界對(duì)其給予了廣泛關(guān)注和一致推崇，我國(guó)曾經(jīng)不惜重金從國(guó)外引進(jìn)過(guò)兩套Mini-MPM生產(chǎn)線，但其高額的投資使我國(guó)普通生產(chǎn)企業(yè)淺嘗輒止。國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管領(lǐng)域資歷稍深的工程技術(shù)管理人員，對(duì)這一幕仍然記憶猶新。

 
 圖1：太原通澤為天津鋼管公司提供φ258mm三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組（PQF）穿孔機(jī)

       用什么樣的結(jié)構(gòu)形式才能滿足Mini-MPM新機(jī)型的要求，使其發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，達(dá)到理想的效果，一直是我國(guó)無(wú)縫鋼管界探索的目標(biāo)。多年來(lái)我國(guó)一直沒(méi)有哪家企業(yè)開(kāi)發(fā)采用這項(xiàng)技術(shù)。如今，一切都已成為歷史，最大的功臣便是當(dāng)時(shí)僅僅成立5年的太原通澤成套設(shè)備有限公司（以下簡(jiǎn)稱太原通澤）。“2006年我們?yōu)闊o(wú)錫西姆萊斯公司研發(fā)制造了我國(guó)第一套國(guó)產(chǎn)φ250mm五機(jī)架限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組成套設(shè)備，打破了國(guó)外廠商對(duì)連軋管技術(shù)的長(zhǎng)期壟斷。從而使通澤公司一舉成為我國(guó)無(wú)縫鋼管熱軋?jiān)O(shè)備制造領(lǐng)域技術(shù)水平最高、制造能力最大、創(chuàng)新意識(shí)最強(qiáng)的排頭兵企業(yè)，同樣也就成為德國(guó)SMS公司、意大利DANIELI公司實(shí)力相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?！碧啥麻L(zhǎng)楊澤先生對(duì)當(dāng)年的場(chǎng)景歷歷在目。

瞄準(zhǔn)無(wú)縫鋼管熱軋成套設(shè)備
       進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著工業(yè)化水平逐漸提高，裝備制造業(yè)能力的進(jìn)一步增強(qiáng)，我國(guó)已經(jīng)步入重化工階段。由于投資增長(zhǎng)的拉動(dòng)，重型機(jī)械行業(yè)呈現(xiàn)了穩(wěn)定增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。2007年，全國(guó)2700多個(gè)重型機(jī)械制造企業(yè)共完成工業(yè)總產(chǎn)值3690多億元，銷售收入3570多億元，同比增長(zhǎng)都達(dá)到了33%以上，重型機(jī)械產(chǎn)品出口也在逐年增加。過(guò)去我國(guó)重型機(jī)械企業(yè)之間的惡性競(jìng)爭(zhēng)時(shí)有發(fā)生，但現(xiàn)在情況有了很大改觀，多數(shù)企業(yè)開(kāi)發(fā)出了自己的特色產(chǎn)品，在市場(chǎng)中找到了藍(lán)海。無(wú)縫鋼管熱軋成套設(shè)備便是太原通澤的旗艦產(chǎn)品。
       縱覽我國(guó)無(wú)縫鋼管界，現(xiàn)有能統(tǒng)計(jì)到的無(wú)縫鋼管廠108家，各種無(wú)縫鋼管機(jī)組約150套，生產(chǎn)能力約1650萬(wàn)噸，其中冷拔（軋）管能力占21%以上。1990年以來(lái)，全球新建或改建了63套熱軋無(wú)縫鋼管機(jī)組，中國(guó)就占到了49套。在49套無(wú)縫鋼管機(jī)組中，技術(shù)裝備水平比較先進(jìn)的有28套，占總機(jī)組數(shù)量的18.7%，占總產(chǎn)能的61.5%。其中，天津鋼管集團(tuán)公司新建的φ168mm、φ460mm、φ258mm以及攀成鋼、鞍鋼和寶鋼等在建的三輥可調(diào)式限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組，匯集了近年來(lái)世界上多種最新研究成果。這些機(jī)組的建成投產(chǎn)，使我國(guó)的無(wú)縫鋼管技術(shù)裝備水平已經(jīng)進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。而與此相對(duì)照的是，在我國(guó)無(wú)縫鋼管軋管機(jī)中，小型落后機(jī)組占機(jī)組總數(shù)的55%左右?！案脑炻浜蟮闹行⌒蛙埞軝C(jī)組，對(duì)于通澤來(lái)說(shuō)就是一種機(jī)遇！同時(shí)，通澤作為我國(guó)無(wú)縫鋼管裝備制造業(yè)的后起之秀，時(shí)刻面臨著市場(chǎng)的挑戰(zhàn)，面臨著創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步的挑戰(zhàn)?！碧梢ㄉ绺笨偨?jīng)理時(shí)刻保持著憂患意識(shí)。

  
 圖2：太原通澤成套設(shè)備有限公司全貌

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表1：Accu、Assel和MPM三種無(wú)縫鋼管生產(chǎn)機(jī)型對(duì)比

全球首個(gè)短流程限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組
       太原通澤生產(chǎn)的Mini-MPM連軋管機(jī)組，其主要功能為將穿孔機(jī)穿出的毛管經(jīng)過(guò)互成90°布置的五機(jī)架軋機(jī)的連續(xù)軋制而軋出荒管，再經(jīng)過(guò)脫管機(jī)將其脫出連軋機(jī)，然后通過(guò)再加熱爐加熱進(jìn)入定減徑機(jī)，從而軋出成品鋼管，再進(jìn)行冷卻。連軋的基本方式為限動(dòng)芯棒連軋，即芯棒以一固定速度前進(jìn)，而毛管的軋制速度為逐架遞增，總體速度快于芯棒速度，形成一種搓軋的變形方式。機(jī)組全線設(shè)備包括：芯棒冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)，限動(dòng)系統(tǒng)，連軋機(jī)，脫管機(jī)，步進(jìn)式再加熱爐，定減徑機(jī)組。

  
圖3：太原通澤無(wú)錫加工中心正在加工天津鋼管公司φ258mm穿孔機(jī)機(jī)架

       現(xiàn)在，通澤有實(shí)力將視野站得更高，不再滿足于制造Mini-MPM機(jī)組，著眼于短流程限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組生產(chǎn)線（CPS）的研發(fā)。太原通澤郭繼?？偣こ處熣劦剑骸肮炯夹g(shù)中心為了增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)能力，逐年加大科技投入力度，2005年研發(fā)費(fèi)用達(dá)990萬(wàn)元，占到公司銷售收入的14.3%，2006年為1194萬(wàn)元，比上年度增加20.6%，占公司銷售收入的6.6%。2007年為1230萬(wàn)元，占公司銷售收入的7.3%。我公司自主研發(fā)的世界首個(gè)φ114mm短流程限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組生產(chǎn)線（CPS），預(yù)計(jì)2009年上半年即可總裝調(diào)試并投入試生產(chǎn)?！?BR>        CPS是兩步生產(chǎn)無(wú)縫鋼管法的簡(jiǎn)稱，即只有斜軋錐形輥穿孔和張力減徑兩個(gè)變形工序，而沒(méi)有軋管工序的生產(chǎn)方法。由于錐形輥穿孔機(jī)的變形能力較大，就可將原由MPM承擔(dān)的部分變形前移至穿孔機(jī)來(lái)完成，連軋工序的延伸可適當(dāng)減小。目前φ114mm CPS機(jī)組已經(jīng)完成研發(fā)設(shè)計(jì)階段，正在加緊制造當(dāng)中。

自動(dòng)化技術(shù)之“芯”強(qiáng)勁跳動(dòng)
       通過(guò)與西門子公司的合作，太原通澤切實(shí)的感受到了自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)的效益，楊澤董事長(zhǎng)介紹說(shuō)：“我們?cè)谙蓢?guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，還不斷努力提高軟件開(kāi)發(fā)力度和技術(shù)水平。通澤公司研制的無(wú)縫鋼管技術(shù)裝備不但在機(jī)械方面，而且在自動(dòng)檢測(cè)、過(guò)程控制、物流跟蹤、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、生產(chǎn)管理、故障診斷和自動(dòng)保護(hù)等諸多方面爭(zhēng)取達(dá)到當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)，開(kāi)發(fā)符合節(jié)能環(huán)保要求的小型軋管機(jī)組，力求為淘汰改造落后產(chǎn)能提供高效低耗、性能穩(wěn)定、質(zhì)量好、壽命長(zhǎng)的具有先進(jìn)技術(shù)水平的生產(chǎn)設(shè)備?！?BR>       太原通澤電氣傳動(dòng)部部長(zhǎng)張霖華女士闡述了Mini-MPM中實(shí)施的典型自控系統(tǒng)。系統(tǒng)共分3級(jí)：現(xiàn)場(chǎng)總線級(jí)、控制級(jí)和過(guò)程控制級(jí)。機(jī)組根據(jù)工藝要求一般分為7個(gè)區(qū)域，分別為管坯區(qū)、環(huán)形爐區(qū)、穿孔機(jī)區(qū)、連軋機(jī)區(qū)域、再加爐區(qū)、定徑機(jī)區(qū)域、冷床精整區(qū)。穿孔機(jī)區(qū)域包括環(huán)形爐出爐輥道、穿孔前橫移練、推坯機(jī)、穿孔機(jī)主機(jī)架、穿孔后抱輥、頂桿小車至穿孔后機(jī)械手裝置。連軋機(jī)區(qū)域包括芯棒循環(huán)、限動(dòng)、高壓水除鱗、連軋機(jī)主機(jī)、脫管機(jī)主機(jī)等裝置。定徑機(jī)區(qū)域包括步進(jìn)爐前快速鏈、步進(jìn)爐、定徑機(jī)主機(jī)、定徑機(jī)前后輸送等裝置。全部選用西門子公司的電控系統(tǒng)。

 圖4：Mini-MPM自動(dòng)化布置圖范例

      以機(jī)組精整線為例，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)傳動(dòng)設(shè)備快速性、連續(xù)性、系統(tǒng)性的使用要求。單臺(tái)變頻器獨(dú)立運(yùn)行的模式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需求，取而代之的是多臺(tái)變頻器成組的運(yùn)行系統(tǒng)。原有的本地柜前操作也已發(fā)展為計(jì)算機(jī)集中遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式。這些模式都是建立在計(jì)算機(jī)、PLC、傳動(dòng)裝置間的數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)上的。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用為上述功能的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)保證。精整線控制系統(tǒng)采用SIEMENS公司生產(chǎn)的SIMATIC S7- 300 PLC系列產(chǎn)品。控制范圍包括11個(gè)機(jī)組及7個(gè)工藝區(qū)的PLC主站。PLC之間的通信采用高速工業(yè)以太網(wǎng)。分布在10個(gè)操作室的操作員站、主電氣室的工程師站和服務(wù)器、過(guò)程數(shù)據(jù)處理器、打印機(jī)等設(shè)備也通過(guò)高速工業(yè)以太網(wǎng)與PLC通信。PROFIBUS-DP總線通過(guò)屏蔽雙絞線將遠(yuǎn)程I/O站、交流變頻傳動(dòng)裝置、文本顯示器、編碼器等設(shè)備按照功能需要掛在各工藝區(qū)的PLC上。

圖5：西門子TIA解決方案充分履行了太原通澤對(duì)電控系統(tǒng)的需求

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     作為多年的“西門子OEM合作伙伴”，太原通澤楊澤董事長(zhǎng)、姚建社副總經(jīng)理和郭繼?？偣こ處熞恢卤硎荆骸巴稍跒樘旖虼鬅o(wú)縫、寶鋼集團(tuán)、洪都特鋼、西寧特鋼、新冶鋼、無(wú)錫西姆萊斯、通鋼集團(tuán)、江陰長(zhǎng)江集團(tuán)等冶金企業(yè)所提供軋鋼設(shè)備中都成功應(yīng)用了西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。我們選擇西門子公司的理由有四：首先西門子的控制與傳動(dòng)設(shè)備多年來(lái)在包括冶金行業(yè)在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在冶金行業(yè)的成功應(yīng)用得到肯定。其次，西門子產(chǎn)品在技術(shù)的先進(jìn)性、工業(yè)性、實(shí)用性方面有其獨(dú)到之處。其三，在市場(chǎng)開(kāi)發(fā)中注重售前服務(wù)、售前培訓(xùn)工作，在這方面與通澤公司引導(dǎo)市場(chǎng)、培育市場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)理念有相同之處，售中服務(wù)、售后服務(wù)也得到了用戶的認(rèn)同。其四，西門子產(chǎn)品總體上性價(jià)比較高、靈活性好?！蔽鏖T子太原辦事處經(jīng)理高廣昱先生也相當(dāng)看好雙方的進(jìn)一步合作。
       在中國(guó)，SIEMENS類似太原通澤這樣的OEM合作伙伴還有很多，尤其是在重點(diǎn)的垂直行業(yè)。SIEMENS公司在中國(guó)市場(chǎng)的成功，一方面是基于其先進(jìn)的技術(shù)與優(yōu)秀的產(chǎn)品，另一方面西門子的合作伙伴策略、行業(yè)發(fā)展策略，也是堅(jiān)實(shí)的依托。太原通澤通過(guò)實(shí)施西門子TIA解決方案，很好的提升了產(chǎn)品的品質(zhì)，增加了產(chǎn)品本身的附加價(jià)值和美譽(yù)度。有了西門子自動(dòng)化技術(shù)之“芯”作為通澤的強(qiáng)大后盾，楊董事長(zhǎng)對(duì)今后發(fā)展進(jìn)行了展望：“對(duì)于通澤來(lái)說(shuō)，發(fā)展方向是很明確的，就是以無(wú)縫鋼管裝備的大型化、自動(dòng)化、連續(xù)化、緊湊化、節(jié)能環(huán)保為突破口，以成熟而且超前的設(shè)計(jì)理念為基礎(chǔ)，不斷向技術(shù)集成化、設(shè)備成套化方向發(fā)展！”

（原創(chuàng)）