1780mm不銹鋼六輥軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

馬艷陽，翟周科

(1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系，陜西西安710302；2.西安重型機(jī)械研究所,陜西西安710032)

1 780 mm六輥可逆冷軋機(jī)組，是在常溫狀態(tài)下，將材質(zhì)為普通碳素鋼和低合金優(yōu)質(zhì)鋼、不銹鋼，厚度為2.0～5.0 mm的經(jīng)過酸洗(可切邊或不切邊)的熱軋帶卷，經(jīng)過若干道次的軋制，使其成為具有所需厚度及表面粗糙度的各種規(guī)格的冷軋帶卷。技術(shù)參數(shù)如表1所示：

表1 1780mm六輥可逆冷軋機(jī)組技術(shù)參數(shù)

主軋機(jī)、開卷機(jī)和左右卷取機(jī)，采用全數(shù)字交流變頻調(diào)速控制。機(jī)組采用雙CPU控制，全液壓推上，液壓AGC自動(dòng)控制。采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的生產(chǎn)過程控制。機(jī)組具有軋制規(guī)程計(jì)算、道次分配、參數(shù)優(yōu)化、工作輥的正負(fù)彎輥、中間輥正彎輥控制和中間輥竄輥設(shè)定功能。工藝過程實(shí)時(shí)參數(shù)和設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)、顯示和報(bào)警功能。配備激光測(cè)速儀、張力計(jì)，自動(dòng)化程度達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 設(shè)備組成及工藝簡介

1780 mm不銹鋼六輥軋機(jī)由上卷小車、開卷機(jī)、開頭矯直機(jī)、右卷取機(jī)、機(jī)前裝置、主軋機(jī)、機(jī)后裝置、右卷取機(jī)、助卷器、換輥裝置、收墊紙機(jī)、除油裝置等及液壓氣動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。

工藝描述。根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，由吊車將鋼卷吊至開卷機(jī)前的上卷小車鞍座上，人工拆除捆帶。鋼卷由上卷小車上卷，經(jīng)開卷機(jī)(具有卷紙功能)開卷，經(jīng)過鏟頭將帶鋼頭部從鋼卷引出，通過開頭機(jī)、送入軋機(jī)、在送往出口的卷取機(jī)，借助助卷器(厚帶采用鉗口)對(duì)帶鋼進(jìn)行卷取并形成軋制張力后，軋機(jī)進(jìn)行多道次往復(fù)軋制，軋制后的帶鋼經(jīng)卷取機(jī)卷取后，再由卸卷小車卸卷，送往鋼卷存放鞍座上。鋼卷在鞍座上打捆、稱重后，由吊車送到中間倉庫存放。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

1 780 mm不銹鋼六輥軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)由供配電系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、厚控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。

2.1 供配電系統(tǒng)

根據(jù)軋機(jī)交流電機(jī)電壓等級(jí)及電機(jī)容量要求，系統(tǒng)配置了4臺(tái)獨(dú)立的整流變壓器，其中1#整變、2#整變?yōu)橹鳈C(jī)和卷取機(jī)同步電機(jī)供電，3#整變?yōu)殚_卷機(jī)異步電機(jī)供電，4#為同步電機(jī)的勵(lì)磁供電。工廠提供兩路AC380V電源分別至傳動(dòng)柜和基礎(chǔ)自動(dòng)化電源進(jìn)線柜，為傳動(dòng)裝置的風(fēng)機(jī)、自動(dòng)化系統(tǒng)、交流輔助電機(jī)等供電。單線圖如圖1所示。

圖1 供配電系統(tǒng)單線圖

2.2 基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

采用雙CPU控制，一個(gè)S7-412CPU掛接了14個(gè)ET200M站，控制液壓傳動(dòng)站、設(shè)備潤滑站、工藝潤滑站、AGC泵站、彎輥橫移泵站及機(jī)組輔助控制，另一個(gè)S7-416CPU掛接3條PROFIBUS-DP網(wǎng)控制厚控系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、彎輥橫移系統(tǒng)。2個(gè)CPU之間，采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，傳輸連鎖信號(hào)。S7-416CPU主機(jī)架上配置了2個(gè)FM458，一個(gè)FM458用于傳動(dòng)系統(tǒng)控制，另一個(gè)用于厚控系統(tǒng)和彎輥橫移系統(tǒng)的控制。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主軋機(jī)、開卷機(jī)、左右卷取機(jī)組成，主傳動(dòng)，左右卷取機(jī)采用西門子公司全新推出的中壓變頻調(diào)速裝置SINAMICS SM150系列產(chǎn)品，開卷機(jī)采用西門子6SE70整流回饋+逆變器裝置，出入口轉(zhuǎn)向輥、收墊紙機(jī)采用西門子6SE70交流變頻裝置。

開卷機(jī)異步電機(jī)電機(jī)功率730 kW，AC 520/660 V,420/1500 r/min，卷取機(jī)同步電機(jī)電機(jī)功率4000 kW，AC3300 V，350/1250 r/min，主軋機(jī)同步電機(jī)電機(jī)功率7 000 kW，AC3300 V，360/980 r/min。開卷機(jī)選用了一臺(tái)800 kW的整流裝置和兩臺(tái)600 kW的逆變器并聯(lián)使用來控制開卷電機(jī)。主軋機(jī)、左右卷取機(jī)3臺(tái)電機(jī)配置了2臺(tái)10.5 MVA整流裝置并聯(lián)為3臺(tái)10.5 MVA的逆變器供電。3臺(tái)同步電機(jī)分別配置了3個(gè)勵(lì)磁裝置，勵(lì)磁由西門子6RA70裝置控制。傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖3所示。

開卷機(jī)、左右卷取機(jī)穿帶時(shí)為速度系統(tǒng)，正常軋制時(shí)為張力系統(tǒng)，主軋機(jī)上下輥由1臺(tái)電機(jī)經(jīng)減速箱連接，穿帶和正常軋制時(shí)均為速度系統(tǒng)。速度系統(tǒng)反饋采用霍普納編碼器，并帶有超速保護(hù)。張力系統(tǒng)采用ABB張力計(jì)，直接張力閉環(huán)控制。卷徑計(jì)算采用機(jī)前機(jī)后轉(zhuǎn)向輥上的編碼器進(jìn)行線速度采集。

圖3 傳動(dòng)系統(tǒng)圖

2.4 厚控系統(tǒng)

厚控系統(tǒng)采用的是液壓壓上的AGC系統(tǒng)。采用moog D791電液伺服閥，song位移傳感器，MPM480壓力傳感器。最大軋制力可達(dá)25 000 kN。厚控系統(tǒng)具有恒輥縫控制、軋制壓力控制、輥縫位置控制、厚度預(yù)控、厚度監(jiān)控、秒流量控制等功能。

2.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由L1和L2兩級(jí)系統(tǒng)組成，L1級(jí)負(fù)責(zé)設(shè)備級(jí)的監(jiān)控，包括液壓站的啟動(dòng)和停止、設(shè)備狀態(tài)、傳動(dòng)系統(tǒng)的合閘和分閘、傳動(dòng)電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速的參數(shù)顯示等；L2級(jí)主要負(fù)責(zé)軋制規(guī)程的予設(shè)定。L1級(jí)由一臺(tái)工程師站ES1和一臺(tái)客戶端L1 HMI組成，分別放在計(jì)算機(jī)室和操作室。L2級(jí)由一臺(tái)服務(wù)器、一臺(tái)工程師站ES2和一臺(tái)客戶端L2 HMI組成，分別放在計(jì)算機(jī)室和操作室。計(jì)算機(jī)室和操作室分別設(shè)有一個(gè)兩光口和八電口的交換機(jī)，計(jì)算機(jī)室和操作室用光纖將兩邊的以太網(wǎng)連接起來，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示。

圖4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 硬件選型特點(diǎn)

(1)多網(wǎng)絡(luò)；

(2)厚控系統(tǒng)采用FM458模塊，分時(shí)處理，響應(yīng)速度更快，精度更高；

(3)傳動(dòng)系統(tǒng)選用西門子公司的中壓變頻調(diào)速裝置SINAMICS SM150系列，IGCT使2.3～7.2 kV的大功率中壓變頻調(diào)速裝置獲得高動(dòng)態(tài)性能，它通過一個(gè)真正的標(biāo)準(zhǔn)程序，對(duì)0～9 000 r/min范圍內(nèi)的傳動(dòng)速度，進(jìn)行精確的控制。冷卻系統(tǒng)采用水冷單元，與風(fēng)冷相比較極大的減少了噪音。

3.2 軟件特點(diǎn)

程序編制采用CFC更直觀，查找故障更方便；傳動(dòng)系統(tǒng)配置了PDA，調(diào)試及故障診斷更方便。

3.3 檢測(cè)儀表的特點(diǎn)

檢測(cè)元件均選用進(jìn)口元件，ABB張力計(jì)、beta激光測(cè)速、瑞美測(cè)厚儀，song磁尺位移傳感器可靠性高，精度更高。

4 結(jié)束語

泰鋼1 780mm不銹鋼六輥可逆冷軋機(jī)組，是國內(nèi)自主設(shè)計(jì)的最寬的六輥軋機(jī)，設(shè)計(jì)選型先進(jìn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，功能先進(jìn)，保障機(jī)組高效穩(wěn)定運(yùn)行，為以后六輥軋機(jī)的設(shè)計(jì)提供了很好的參考。