连轧管机组电气控制系统研究与应用

（山西太钢不锈钢钢管有限公司，山西太原 030003）

概述

随着国民经济的发展，无缝钢管的用途越来越广泛，用户对产品质量的要求也越来越高[1]。特别是API 标准的石油套管和油气管，精度要求较高辊道管，机械设备专用管，不但在钢级和焊缝质量上有严格的要求，对钢管的直线度也有很高的要求[2]。根据设备和工艺特征的不同，目前国内已建和在建的无缝钢管热连轧生产线可分为MPM、PQF 和FQM 3 种类型[3]。

太原钢铁（集团）有限公司5 万吨不锈钢无缝管厂主要生产不锈钢钢管。其矫直机为辊式钢管矫直机。本文主要论述连轧管机组电气控制系统以及其装备特点。

1 机械设备组成

包括上料装置，主传动系统和转向箱，曲轴传动装置，机架装配，主机座装配，出口入口卡盘，回转送进装置，中间床身，传动轴，过渡齿轮箱、芯棒润滑装置，芯棒装置，芯棒定心装置，成品管快速拉出装置，出料台架。

2 电气控制技术介绍

轧管机电气控制系统组成包括轧管机主机速度控制，送进电机跟踪控制，机组自动化控制、HMI 等。本设备系统配置水平如下：

轧管机主传动、送进传动均采用全数字交流变频传动系统。传动装置选用西门子产品，与PLC通讯采用PROFIBUS-DP。其中主传动整流装置带有能量回馈功能。

PLC控制系统选用西门子公司生产的S7-300-2DP 系列，用远程I/O 控制方案。控制系统中将远程I/O 模块分散配置于系统各控制柜、操作台内。在轧管机操作台安装HMI 人机界面，通过PROFIBUS网与PLC通讯，PLC与传动装置、HMI 人机界面构成一体化自动化网络。

计算机系统具有独特的调整参数预显示功能、轧制状态监控及故障综合报警功能。轧制过程中速度、电流等主要参数都显示在屏幕上。操作人员亦可随时调用查阅机、电、液设备的操作说明、维护要点、注意事项等相关内容。低压电气元件选用施奈德产品。主要检测元件如：编码器、接近开关等选用进口产品。

2.1 传动控制系统

轧制主传动采用一台交流电机传动，送进采用另一台交流电机，两台电机轧制速度由编码器控制实现同步，电机传动装置选用西门子变频器6SE70 系列，编码器反馈，调速精度可达到0.1%，完全能满足轧制要求。系统主要特点如下：

通过配置通讯板实现与PLC可编程序控制器的通讯，大量的数据信息如：装置工作状态、故障时的故障诊断信息等数据均可通过网络与PLC交换并显示在HMI 人机界面上。

丰富的故障诊断功能，在系统中设置多达数十种的故障诊断与报警，任何常见故障都可准确判断，如：失测速、电源缺相等，使系统维护工作量大大减少。

2.2 PLC控制系统

轧管机的自动化系统用一套PLC装置，PLC控制系统采用远程I/O 控制方案。PLC选用西门子公司的S7-300-2DP 系列。PLC与传动装置、HMI 人机界面间信号传送采用网络通讯方式进行（PROFIBUS-DP 网）。整个控制系统构成一体化自动化网络。系统具有如下优点：

（1）用通讯的方式代替了点对点的多线连接传送方式，从根本上解决了由于连线原因造成的故障，提高了系统的可靠性，减少了维护工作量。

（2）避免导致大范围的布线，不但可以降低电缆成本，并且可使现场进行系统调整或功能扩展时具有较高的灵活性。

（3）采用分散配置远程I/O 的控制方式使每个远程I/O 控制单元都有明确的控制范围。使现场的调试与维护更加简单。

2.3 PLC主要功能：

机组顺序及工艺联锁控制：负责整个机组的工艺自动化操作，包括各系统的启、停控制，相互间的连锁，工作制的选择等。设备检测,电磁阀的控制，采用远程I/O模块控制。事故时PLC作出相应的处理。主令控制及状态显示：

(1)通过配置在操作台内的远程I/O模块接收处理来自操作台上的操作控制指令并传送至PLC，PLC根据操作指令及相应联锁条件对控制系统进行主令控制。

(2）接受来自数据网络的轧管机工作参数，在HMI 人机界面屏幕上以画面的形式集中显示，取代操作台上的模拟仪表。

故障检测及分类报警：PLC通过网络实时采集传动系统等的工作状态数据，判断系统各部分是否处于正常工作状态。当检测到系统故障时，PLC将根据检测到的故障及轧管机目前的工作状态进行相应的保护和报警提示。基础自动化网络通讯：通过配置相应的通讯模块完成与远程I/O、传动系统、HMI 人机操作界面的通讯。

3 轧机特点

在轧机的设计中，充分吸取了已经设计投产的两辊冷轧管机的调试经验,对轧机使用中发现的不完善之处作改进设计、优化了设备性能参数设计而成，使轧机更符合不锈钢的轧制特点。

（1）主传动系统用高强度尼龙片基传动平皮带传动，受力均匀，运转可靠、平稳，轧机系统具过载保护功能。而大皮带轮可起到飞轮作用，便于工作机架启动；同时又可减轻负扭矩对主电动机冲击。

（2）主电机和丝杠传动电机用交流变频电机,控制系统采用西门子全数字调速系统,电机维护成本低,系统可靠稳定。

（3）采用气囊离合器和液压钳盘式制动器与大皮带轮相连接，装料或处理事故时不必要停开主电机就能够使轧机快速制动、准确停车，快速启动轧制，主电机运转平稳，工作状态好。同时对轧机系统具有过载保护功能。

（4）采用 PLC程序控制上料,出料，穿管等工序，自动化程度高。

结语

本文主要论述了太原钢铁（集团）有限公司5 万吨不锈钢无缝管厂连轧管机组电气控制系统以及其装备特点。该生产线配备了完整的工艺检测装置和高水平的自动化控制系统，生产线建成后，改善了公司的产品结构，提高了整体经济效益，提升企业竞争力。

[1]刘铁航.现代钢管连轧机调整原理与操作方法浅谈[J].轧钢,2009,(2)：26-29.

[2]易兴斌.热轧无缝钢管轧机选型的探讨[J].钢铁技术,2007,(6)：20-21.

[3]李道刚.浅议无缝钢管连轧机组的轧制中心线[J].钢管,2010(3)：94-95.