小型棒材生产线控制系统改造

2010-08-25房新亮

设备管理与维修 2010年7期

房新亮

作者通联：莱钢股份有限公司棒材厂山东莱芜市钢城区新兴路 271126

E-mail：fxl1974521@126.com

一、概述

莱钢棒材厂小型车间是一条以生产Φ10、Φ12棒材产品为主的半连轧生产线。中轧机组 K11、K12轧机由西门子SIMOREG DC MASTER系列6RA24装置各驱动1台直流电机，K7～K10轧机由高压交流电机恒速集中拖动，精轧机组6架轧机均由6RA70装置单独驱动直流电机。轧机控制系统为操作台集中控制（直流电机速度给定、分合等信号直接接入直流传动装置CUD1 I/O口），轧制调整难度大，电磁、温度等干扰较强，造成模拟信号偏移，严重时损坏CUD1，影响钢材产量和成材率。为此，2007年改造了轧机控制系统。

二、轧机控制系统

控制系统基于PROFIBUS-DP网络，由高性能工业微机、PLC和全数字交、直流传动控制装置构成，辅以全分布式网络（图1）。该系统成本适中、结构简单、扩展应用灵活，为减少故障点，尽量少用现场仪表。

图1

1.控制网络

（1）人机接口（HMI）。HMI图形软件采用 WinCC 6.0SP2。主操作室1个操作站主要用于存储在线轧制表、生产报表、故障报警，显示和打印，预设定和修改工艺参数，显示主轧线模拟图及轧线跟踪画面等。另1个操作站主要用于动态显示轧线各参数。

（2）基础自动化系统。考虑系统先进性、可靠性及满足工艺控制要求前提下，结合性价比。基础自动化系统采用1台S7-416 PLC，主要配置CPU416-2DP和以太网卡各1块，远程I/O站采用ET200M。系统快速性将直接影响控制精度、可靠稳定运行和产品质量，为此将远程I/O站和调速传动系统连接至2段独立的ProfiBus-DP网。6RA24、6RA70、轧机操作台I/O站通过一段Profibus网络连至PLC；冷床高速输入辊道交流传动变频器6SE70、冷床上卸钢及齿条步进控制I/O站、液压站S7-200PLC及冷床操作台I/O站通过另一段Profibus网络连至PLC。

为保证主轧线系统控制快速性，尽量编制规范程序块，并合理安排程序块的调用和执行，在轧制过程中不调用执行和轧制过程控制无关的程序块（如换辊程序、辊缝调整或用于机械本身的调整程序），最大限度减小程序周期。

2.通信网络

（1）第一层。人机接口与PLC之间联成工业以太网，实现信息交换。

（2）第二层。PLC、远程I/O站以及调速传动系统之间采用ProfiBus-DP通信网络，PLC将设定参数和控制指令传送至调速传动系统，采集调速传动系统状态和电气参数送至人机接口。

三、主要轧制控制功能

1.轧线速度级联调节

出现套量偏差或速度修正信号时，以级联方式调节相应的相邻轧机速度，不影响其他轧机现有速度关系。根据上游轧机线速度增加量，轧机间延伸系数和减速机速比关系，计算出轧机电机速度给定量，确保相邻轧机间金属秒流量相等。由于中轧机组K7～K10轧机为1台交流电机集中传动且不可调速，因此将联调系统分为两部分，以K7～K10轧机为中心向两端进行速度调节，K11、K12轧机采用逆方向调节，K11轧机进行加减速时，K12轧机进行加减速，K1～K6轧机采用顺方向调节，从K6轧机向下游级联。

2.轧线速度设定自适应

由于储存在轧制程序表的辊径、速比、计算速度等初始设定参数存在误差，在轧制过程中，这些误差会通过活套控制以速度修正信号的形式作用于相应轧机，形成真实速度配合关系。轧线速度设定自适应功能根据速度修正信号先调节相应轧机延伸率，进而修正速度设定值，使下一个轧件轧制时，各轧机间处于最佳配合状态。为将操作人员经验融入到自动化系统中，主操作台设有轧机速度微调按钮，用于人工调节轧机间速度协调关系。经人工确认，系统自动存储此时轧机速度，作为该轧制程序的级联速度设定。

3.轧线速度冲击补偿

当轧机咬钢或运行中产生冲击负荷，速度会瞬间降低，轧机间正常速度关系被破坏，易形成轧件堆积。速度冲击补偿功能是在轧件进入轧机之前提高此轧机速度，帮助轧件顺利咬入轧机，减小和消除速度波动。以精轧机组速降补偿为例，当第一架轧机6RA70直流传动装置发出负荷信号，表明该轧机已经咬钢，而当前轧机尚无负荷信号，后续当前轧机在原给定转速基础上叠加一速降补偿系数（通过画面设定速度百分比），作为当前速度给定量。当本轧机收到6RA70装置负荷信号后，叠加速度消除，以当前设定速度运行。

4.轧件跟踪控制

微张力控制、活套及活套起套控制、飞剪控制、夹送辊、冷床及轧件运输顺序控制等需要了解轧件头、尾位置。通过轧件跟踪信号，实时监控轧件头、尾位置，判断轧制过程中堆钢等故障。可利用直流传动装置检测电流实现轧件跟踪信号监测（较之热金属检测仪，可大幅降低投资成本），如通过装置S00选项中B138自由功能块的限幅值监控器，当监测到实际电流高于设定的电流百分比C1时，认为该轧机已经咬钢，当实际电流数高于设定的电流百分比C2时，认为该轧机已经抛钢。运行中电流波动范围受C1～C2控制。