随着钢铁行业智能化、精益化转型推进，提升一线操作人员劳动生产率已成为行业发展的必然趋势。要实现连退线（CAL）入口侧控制室的无人化，就需要将生产线入口侧控制室操作人员负责的生产线监控业务以及各设备的手动操作，改为从出口侧控制室远程执行或实现自动化。此外，除了正常操作时的业务，当入口侧设备出现故障时，还需要操作人员进行手动操作和异常处理。针对这些生产线监控业务、入口侧设备的远程操作、故障预防等方面的具体工作项目，进行了研究并探讨应对策略。 首先，入口侧操作人员执行的监控业务中，为防止炉内断带、钢卷倾倒等重大故障，需要在钢卷准备阶段检查是否存在异常钢卷。此外，无问题的钢卷在装入活套后、进入焊机前，操作人员需目视确认钢带在输送过程中是否有卡滞等情况。其次，在钢卷准备阶段，若发现异常钢卷，操作人员需在钢卷搬运设备的操作盘上进行钢卷更换操作。钢卷装入活套后，在通板作业中若出现跑偏、板翘曲等异常情况，需从自动操作切换为手动操作，进行带钢回拉和重新通板作业。在焊接作业中，若焊接判定装置判断出现焊接温度异常或电极加压异常，就需要在操作侧进行重新焊接操作。另外，由于持续使用焊机时，电极轮表面磨损会导致焊接不良，因此需要定期进行刀具研磨，研磨后还需调整电极轮的高度。此外，还需定期将焊接时产生的切板搬运至废料箱。最后，梳理操作人员为防止故障而进行的手动操作后，发现在钢卷准备阶段处理捆带卷绕不良（每班5次），以及钢卷装入活套后钢卷出料时端部检测异常（每班15次），这两项操作的发生频率较高，成为增加操作人员工作负荷的关键因素。 为此，构建了从出口侧控制室对入口侧设备进行远程监控的系统（图1）。 监控对象包括入口侧钢卷通板情况、焊接情况以及装入生产线前的钢卷情况等。此外，为确认钢卷编号打印效果，以及详细掌握焊接废料排出装置等设备的运行状态，需要设置多个摄像头。另外，在无人化试运行期间，出口侧控制室设置的监视器也暴露出一些问题，如画面尺寸小、画面数量过多导致无法瞬间确认等。针对这些问题，采取了以下措施：1）监视器分屏数从9分屏变更为4分屏；2）增加通过切换信号进行画面切换的功能；3）增加监视器数量；4）调整监视器的位置和角度。 由于监控点较多，通过在需要确认时显示必要的图像，并按照便于查看的画面布局（按照生产线运行方向顺序：活套→出料装置→剪切机→焊接机）进行设置，从而满足了操作需求。 在构建远程监控系统时，以往的模拟方式需要为每个摄像头延长通信同轴电缆。在该项目中，由于需在出口侧控制室对入口侧设备进行远程监控，势必敷设长距离传输电缆，同时大量摄像头的布设也会大幅增加工程建设成本。因此，采用了可将通信电缆集成到一根光纤的网络摄像头方式。此外，通过使用编码器将模拟信号转换为数字信号，能够将现有的模拟摄像头信号接入网络，实现了对现有模拟摄像头的再利用。再者，采用网络摄像头后，支持以太网供电（PoE）技术，从而减少了工程工作量。PoE是一种利用局域网（LAN）电缆从网络传输电力的技术。网络中使用的LAN电缆由8根带绝缘外皮的导线两两绞合而成，通过使用数据通信以外的备用线可以实现电源供应。在选择设备时，需要注意以下几点：1）所需连接设备的端口数量。有些集线器并非所有端口都支持PoE供电。2）PoE支持集线器的供电能力。需确保其能够满足所有连接设备的最大功耗。3）供电侧（集线器）和受电侧（摄像头等）均为支持PoE的设备型号。 另一方面，网络摄像头系统存在通信设备故障会同步影响多台监视器的短板，可增设备用设备以规避该风险。此外，考虑到传输延迟问题，准备了两个通信设备系统以分散通信量，确保了满足操作要求的通信速度，从而成功构建了系统。 为了能从出口侧控制室操作入口侧设备，在出口侧控制室增设了入口侧控制室的各操作盘（可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、入口侧输送设备、焊接机等）。 在出口侧控制室增设入口侧操作盘时，首先考虑在入口侧主干PLC的总线通信中添加插槽，但当时没有可用插槽，而且模块维护已停止，无法进行模块对应。其次，考虑从入口侧控制室的远程输入输出（RIO，RemoteI/O）通过多芯电缆延长至出口侧控制室，但由于入口侧RIO的备用输入输出点数不足，最终放弃了该方案。随即研究了使用通用定序器进行信号分支的方法。该方法是将PLC的输出信号在入口侧RIO和操作盘之间接入通用定序器，然后将信号分支至出口侧控制室设置的操作盘（图2）。对于PLC的输入信号，将入口侧控制室和出口侧控制室双方操作盘的信号接入通用定序器，通过操作地点选择开关，仅将拥有操作权限的操作盘信号输出至PLC和RIO。通过这种方式，无需更新PLC和变更RIO点数，即可在出口侧控制室增设入口侧PLC操作盘。 以下介绍除增设操作盘以外实施的其他各项措施。 以往在CAL作业流程中，钢卷搬运设备将钢卷输送至机组入口后，现场操作人员需目视检查是否存在异常钢卷（内径下垂、边缘裂纹、外周折损），并针对各种异常情况进行手动处理。 为实现入口侧无人化，对设备进行了改造，使出口侧控制室的操作人员能够进行钢卷检查和异常处理。 采用钢卷台车作为将钢卷搬运至机组入口的工具，考虑到搬运路线经过出口侧控制室附近，在出口侧控制室附近新设了可检查钢卷的工位。在该检查工位设置了高画质摄像头，并构建了监控系统，以便在出口侧控制室的监视器上进行检查。 通过上述措施，在将钢卷搬运至入口侧之前进行检查，当需要详细目视监控时，出口侧控制室的操作人员能够及时应对。此外，在出口侧控制室附近的作业位置新设了托架式剪切机设备，以便发现外周折损或内径变形的钢卷时，能够在出口侧将其取出并进行异常处理。 由于现有钢卷端部检测传感器的检测率较低，无法通过自动预设控制（APC）将钢卷端部准确吸附到磁性传送带上，导致空转故障频繁发生。为防止这种异常情况，在钢卷准备阶段需要入口侧操作人员手动干预。具体来说，在钢卷装入活套前，操作人员需用粉笔在钢卷端面上标记钢卷端部位置，每次出现异常时都要通过手动操作调整钢卷端部位置后再进行操作（图3）。 为消除因现有设备问题导致的人工操作，对端部检测传感器进行了更新。在选择传感器时，对各CAL采用的方式进行了对比研究。首先，光电传感器（PH）类型在处理薄材的生产线中有效，但在本次无人化的CAL中，由于存在板翘曲严重的物料，判断其端部位置检测精度较差，因此，未予以采用。其次，激光测距仪在检测厚材时表现良好，但在检测薄材时会出现未检测到的情况。故而选择了在相同板尺寸的设备中有应用实绩、检测范围和间隙间隔较大的涡流传感器进行更新。 更新后，虽然检测率有所提高，但在部分薄板材上仍存在未检测到的情况，未能完全消除人工操作。 在进行原因调查时，针对每个钢卷确认传感器输出的到钢卷端部位置的距离，发现传感器输出信号存在一定的频率波动。该信号波动幅值超出钢卷端部识别阈值，这也是反复调整检测阈值后，仍频繁发生漏检与过检问题的根本原因。经查明，这是由于安装传感器的压紧辊微小振动叠加到了传感器输出上。为此，尝试通过提高压紧辊的压紧力等振动对策，但没有效果。观察钢卷端部出料时的状态发现，无论是薄材还是厚材，经过压紧辊后，由于板翘曲较大，钢卷端部都会有抬起的现象。基于此，通过移动传感器的安装位置消除了误检，从而实现了无需手动操作。 该项目以实现CAL入口侧控制室无人化为改造目标，通过实现设备监控与生产操作的远程化管控，彻底消除故障处置过程中的人工手动操作环节。本文主要围绕以下对策进行了阐述：1）引入网络摄像头实现监控远程化；2）利用通用定序器实现操作远程化；3）构建以钢卷预处理为目的的监控系统并设置托架剪切机设备；4）通过变更钢卷端部检测传感器的安装位置提高检测率，从而消除手动操作。项目建成投运后，CAL入口侧实现了完全无人化。
2026年07月10日
星期五
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