安鋼半連軋控制技術(shù)的應(yīng)用 【摘要】∶簡(jiǎn)要介紹了安鋼第一軋鋼廠φ300mm棒材機(jī)組半連軋自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要說(shuō)明了電氣自動(dòng)化控制的各功能及應(yīng)用，并對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的配置、構(gòu)成作了詳細(xì)描述。 關(guān)鍵詞： 系列PLC 90-70 速度級(jí)聯(lián)調(diào) 活套自動(dòng)控制 HMI監(jiān)控系統(tǒng) Automatic control system for φ300mm bar mill Ma Shefang Wang Dongfei (Anyang Iron & Steel Croup co .ltd)（Henan Ancai Croup co .ltd） Abstract : The structure of automatic control system , which has been used inφ300mm Semi-Continuas rolled bar mill of anyang No.1 SteelRolling Plant , was introduced briefly in this paper , it mainly described the function and application of the system , and it also described the configuration and composition of the system in detail. Keywords :Series 90-70 PLC , Speed stage-combined commission , Automatic control loop, HMI monitoring system 1、前言 安鋼第一軋鋼廠φ300mm棒材機(jī)組半連軋生產(chǎn)線，是在原φ250mm機(jī)組橫列式軋機(jī)的基礎(chǔ)上改造建成的，預(yù)計(jì)年產(chǎn)能達(dá)到80萬(wàn)噸鋼材，生產(chǎn)的規(guī)格為φ20-φ28的圓鋼和螺紋鋼。工藝結(jié)構(gòu)是加熱爐仍采用三段連續(xù)是加熱爐，粗軋為500軋機(jī)軋制三道，中軋采用7架400軋機(jī)實(shí)現(xiàn)微張力自動(dòng)控制軋制，預(yù)精軋橫列式兩架300軋機(jī)。精軋一臺(tái)300軋機(jī)，單獨(dú)傳動(dòng)，它與預(yù)精軋構(gòu)成兩套圍盤軋制。在連軋系統(tǒng)中，安裝了一套用于切頭、切尾和事故碎斷1#飛剪，在預(yù)精軋前安裝了兩套活套裝置并采用了控溫軋制，成品后有倍尺飛剪，用來(lái)保證鋼材的定尺率。 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) φ300mm機(jī)組改造后的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，配置有5臺(tái)GE公司的90系列PLC，設(shè)有2個(gè)操作站，軋制區(qū)4#操作臺(tái)、精整區(qū)5#操作臺(tái)各1個(gè)，在主電室設(shè)有工程師站。在4#操作臺(tái)和主電室配有IPC 610/PCA-6186LV 研華工控機(jī)。操作界面采用CIMPLICITYHMI人機(jī)接口系統(tǒng)與軋機(jī)控制系統(tǒng)交換信息，顯示畫面采用漢字系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)的潤(rùn)滑、液壓系統(tǒng)以及軋線上各操作點(diǎn)配有4臺(tái)遠(yuǎn)程I/O站點(diǎn)，主傳動(dòng)系統(tǒng)采用GE公司DV-300系列數(shù)控裝置，每套傳動(dòng)裝置均配有1塊PROFIBUS通訊網(wǎng)卡，用于與主PLC的數(shù)據(jù)通訊。4#操作臺(tái)，工程師站、PLC之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，通訊介質(zhì)采用光纖電纜和同軸電纜，PROFIBUS的通訊介質(zhì)采用工業(yè)屏蔽雙絞線。主軋線PLC與1#切頭尾飛剪、2#倍尺飛剪、控軋系統(tǒng)PLC、冷床區(qū)控制系統(tǒng)的PLC及遠(yuǎn)程I/O通訊之間采用GENIUS網(wǎng)線控制。改造后的半連續(xù)軋制系統(tǒng)，配備了較高電氣自動(dòng)化控制，其配置如圖1所示。 圖1：自動(dòng)化控制系統(tǒng)配置圖 3、電氣自動(dòng)化控制功能 半連軋改造對(duì)電氣設(shè)備的具體要求是：電氣控制系統(tǒng)應(yīng)具有最優(yōu)的性能價(jià)格比，作為基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的PLC控制級(jí)，要求采用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò),將各可編程控制器及人機(jī)接口計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)在一起。人機(jī)接口計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)以畫面形式向操作人員提供系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示，并能輸入/修改控制數(shù)據(jù)，畫面應(yīng)簡(jiǎn)單實(shí)用利于維護(hù)，故障報(bào)警功能用于及時(shí)反映系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備的各種故障,可大大減少故障查找時(shí)間,提高系統(tǒng)的作業(yè)率。作為下屬設(shè)備控制級(jí)，由全數(shù)字控制的直流可控硅調(diào)速系統(tǒng)及各類檢測(cè)傳感元件組成，根據(jù)上級(jí)設(shè)定系統(tǒng)所發(fā)出的各種指令,準(zhǔn)確地驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作。 3.1、軋機(jī)速度級(jí)聯(lián)調(diào)控制 級(jí)聯(lián)調(diào)速是為了使控制系統(tǒng)或操作人員能夠調(diào)整軋線某一相鄰機(jī)架的速度關(guān)系,而不影響其他機(jī)架間已有的速度關(guān)系?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)通過(guò)級(jí)聯(lián)速度設(shè)定及自動(dòng)級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式為各機(jī)架提供速度給定。速度級(jí)聯(lián)系統(tǒng)通過(guò)主PLC實(shí)現(xiàn)，級(jí)聯(lián)速度設(shè)定是通過(guò)確定軋制線基準(zhǔn)速度和各機(jī)架延伸率，來(lái)確定各機(jī)架速度關(guān)系的，依逆行設(shè)定速度。 自動(dòng)級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)是用活套調(diào)節(jié)器的有套量偏差，或微張力控制時(shí)產(chǎn)生的速度修正信號(hào),對(duì)相應(yīng)的相鄰機(jī)架，或級(jí)聯(lián)方向上含同一根鋼的機(jī)架的速度進(jìn)行修正，相關(guān)機(jī)架間的設(shè)定速比不影響其它機(jī)架的速度配合關(guān)系。 由級(jí)聯(lián)速度設(shè)定、自動(dòng)級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)綜合產(chǎn)生的各機(jī)架線速度,再根據(jù)對(duì)應(yīng)機(jī)架的工作輥徑及齒輪減速比等因素，匯總折算為電機(jī)軸轉(zhuǎn)速,然后線性變換為速度給定信號(hào), 由主PLC通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)傳送給主傳動(dòng)速度調(diào)節(jié)裝置DV-300。速度級(jí)聯(lián)關(guān)系應(yīng)在前后兩根鋼之間斷開(kāi)時(shí),減小前面軋件對(duì)后面軋件的速度干擾。為了減少軋線起動(dòng)對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)的沖擊，各直流傳動(dòng)機(jī)架按緩慢斜率逐漸加速到設(shè)定速度。當(dāng)任一機(jī)架起動(dòng)失敗時(shí)系統(tǒng)給出報(bào)警。 3.2`、機(jī)架間速度關(guān)系的手動(dòng)調(diào)整 操作人員可隨時(shí)對(duì)任一相鄰間機(jī)架的速度關(guān)系進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，當(dāng)設(shè)定速度偏差過(guò)大，超過(guò)機(jī)架間自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用范圍或有意識(shí)關(guān)閉自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)速度設(shè)定進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。操作時(shí)操作工通過(guò)觀察進(jìn)行調(diào)整，消除機(jī)架間的堆鋼和拉鋼現(xiàn)象。在級(jí)聯(lián)速度設(shè)定系統(tǒng)中用手動(dòng)干預(yù),直接修改機(jī)架的延伸率。手動(dòng)調(diào)整可通過(guò)選擇機(jī)架，用增/減開(kāi)關(guān)來(lái)完成。 3.3、微張力自動(dòng)控制 微張力控制是使各機(jī)架之間的軋件按微小張力進(jìn)行軋制，微張力是用來(lái)檢測(cè)和調(diào)整相鄰機(jī)架間速度關(guān)系的。主PLC系統(tǒng)設(shè)有微張力調(diào)節(jié)器，通過(guò)微張力調(diào)節(jié)器，根據(jù)檢測(cè)的張力大小偏差產(chǎn)生速度修正信號(hào)，調(diào)整機(jī)架速度來(lái)維持張力值不變，實(shí)現(xiàn)前后機(jī)架間的負(fù)荷平衡，保證產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)電機(jī)電流的大小,間接求出機(jī)架間張力的大小,用微張力調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制靜態(tài)精度。 3.4、活套自動(dòng)控制 活套是用來(lái)檢測(cè)和調(diào)整相鄰機(jī)架間的速度關(guān)系，實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制的設(shè)備。主PLC中設(shè)有活套調(diào)節(jié)器，活套調(diào)節(jié)器是根據(jù)檢測(cè)的活套高度偏差，產(chǎn)生速度修正信號(hào),調(diào)整機(jī)架速度以維持活套高度（活套量)在給定值上不變，實(shí)現(xiàn)前后機(jī)架速度秒流量平衡?；钐椎钠鹇涫峭ㄟ^(guò)起套輥，改變軋件的金屬流動(dòng)方向生成的。使軋件在軋制過(guò)程中生成自由的弧形，保證軋制過(guò)程中無(wú)張力軋制。起套輥伸出和收回信號(hào)來(lái)自軋件頭尾跟蹤信號(hào)。由于起套輥動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)延遲性，起套輥伸出信號(hào)要比預(yù)期到達(dá)的伸出位置，提前一個(gè)延遲時(shí)間。當(dāng)軋件尾端接近活套的前一機(jī)架時(shí),開(kāi)始收套，活套高度將按一定斜率下降為零，以避免軋件甩尾，最后起套輥收回。 3.5、HMI監(jiān)控系統(tǒng) (人機(jī)接口) 操作人員通過(guò)CIMPLICITYHMI人機(jī)接口系統(tǒng)與軋機(jī)控制系統(tǒng)交換信息，顯示畫面采用中文漢字系統(tǒng)。系統(tǒng)提供了方便靈活的選擇、設(shè)定和監(jiān)控功能。采用CIMPLICITY系統(tǒng),操作人員可通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)，對(duì)軋線參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)定,也可對(duì)存貯的軋制程序直接調(diào)用，進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定。操作工可通過(guò)屏幕方便地對(duì)軋制程序表進(jìn)行輸入或修改。 3.6、軋線設(shè)定系統(tǒng) 軋線設(shè)定系統(tǒng)用于選擇軋機(jī)組態(tài)，指各主軋線機(jī)架的延伸率及各軋機(jī)的輥徑等。所有設(shè)定均采用工藝參數(shù)，與電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)無(wú)關(guān)，對(duì)于直流傳動(dòng)的主軋線，則根據(jù)設(shè)定的延伸率、輥徑、輥 環(huán)修正系數(shù)、K3出口速度等自動(dòng)計(jì)算出各機(jī)架的速度給定值，保證連續(xù)軋機(jī)各點(diǎn)金屬流量相等。 顯示畫面顯示了各機(jī)架的百分比速度,便于操作人員核對(duì)系統(tǒng)設(shè)定的速度與對(duì)應(yīng)機(jī)架電機(jī)最高轉(zhuǎn)速之間是否有足夠的裕量，當(dāng)該速度裕量過(guò)小時(shí)系統(tǒng)給出報(bào)警。 3.7、飛剪的剪切控制 在中軋機(jī)組中設(shè)有切頭、切尾飛剪，PLC通過(guò)接收熱檢及編碼器信號(hào)，對(duì)軋件進(jìn)行切頭、切尾。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，飛剪對(duì)軋件進(jìn)行碎斷。在切頭及碎斷時(shí)，飛剪的剪切速度高于軋件速度的5%-15%。飛剪控制設(shè)有兩個(gè)檢測(cè)回路，一個(gè)是飛剪電機(jī)編碼器與PLC的高速計(jì)數(shù)器組成的回路，另一個(gè)是軋件頭、尾從熱檢HMD到飛剪剪刃的檢測(cè)回路。無(wú)論軋制速度的高低，軋件從HMD到飛剪所走過(guò)的距離是固定的。安裝在上游電機(jī)軸上的編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)與軋輥轉(zhuǎn)過(guò)的角度成正比，這也與軋件所走過(guò)的長(zhǎng)度成正比。當(dāng)熱檢HMD檢測(cè)到軋件頭部或尾部時(shí)，啟動(dòng)PLC高速計(jì)數(shù)器累加的脈沖數(shù)，計(jì)數(shù)到達(dá)設(shè)定的值時(shí)飛剪剪切。 4、結(jié)束語(yǔ) 安鋼一軋廠φ300mm機(jī)組改造后的半連軋自動(dòng)化控制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了橫列式改造為半連軋自動(dòng)控制系統(tǒng)的先例，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置以及軟件都是比較先進(jìn)的。改造后設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備事故、工藝事故逐漸減少，小時(shí)產(chǎn)量由原60t上升到100t，增加了可觀的經(jīng)濟(jì)效。 [參考文獻(xiàn)] [1]劉京華等主編 小型連軋機(jī)的工藝與電氣控制。冶金工業(yè)出版社，2000.7 [2] 劉元揚(yáng)等主編 自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制。 冶金工業(yè)出版社，2000.3 安鋼半連軋控制技術(shù)的應(yīng)用 [參考文獻(xiàn)] 1、《小型連軋機(jī)的工藝與電氣控制》 新疆八一鋼鐵(集團(tuán))公司《小型連軋機(jī)的工藝與電氣控制》編寫組編著 冶金工業(yè)出版社，2000.7 2、《自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制 》 / 劉元揚(yáng), 劉德溥編. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1980.10 3、《電氣自動(dòng)控制》 /姚樵耕,俞文根編著 北京-機(jī)械工業(yè)出版社 2005