連軋管機(jī)組電氣控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

（山西太鋼不銹鋼鋼管有限公司，山西太原 030003）

概述

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無縫鋼管的用途越來越廣泛，用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高[1]。特別是API 標(biāo)準(zhǔn)的石油套管和油氣管，精度要求較高輥道管，機(jī)械設(shè)備專用管，不但在鋼級和焊縫質(zhì)量上有嚴(yán)格的要求，對鋼管的直線度也有很高的要求[2]。根據(jù)設(shè)備和工藝特征的不同，目前國內(nèi)已建和在建的無縫鋼管熱連軋生產(chǎn)線可分為MPM、PQF 和FQM 3 種類型[3]。

太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司5 萬噸不銹鋼無縫管廠主要生產(chǎn)不銹鋼鋼管。其矯直機(jī)為輥式鋼管矯直機(jī)。本文主要論述連軋管機(jī)組電氣控制系統(tǒng)以及其裝備特點(diǎn)。

1 機(jī)械設(shè)備組成

包括上料裝置，主傳動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向箱，曲軸傳動(dòng)裝置，機(jī)架裝配，主機(jī)座裝配，出口入口卡盤，回轉(zhuǎn)送進(jìn)裝置，中間床身，傳動(dòng)軸，過渡齒輪箱、芯棒潤滑裝置，芯棒裝置，芯棒定心裝置，成品管快速拉出裝置，出料臺架。

2 電氣控制技術(shù)介紹

軋管機(jī)電氣控制系統(tǒng)組成包括軋管機(jī)主機(jī)速度控制，送進(jìn)電機(jī)跟蹤控制，機(jī)組自動(dòng)化控制、HMI 等。本設(shè)備系統(tǒng)配置水平如下：

軋管機(jī)主傳動(dòng)、送進(jìn)傳動(dòng)均采用全數(shù)字交流變頻傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)裝置選用西門子產(chǎn)品，與PLC通訊采用PROFIBUS-DP。其中主傳動(dòng)整流裝置帶有能量回饋功能。

PLC控制系統(tǒng)選用西門子公司生產(chǎn)的S7-300-2DP 系列，用遠(yuǎn)程I/O 控制方案?？刂葡到y(tǒng)中將遠(yuǎn)程I/O 模塊分散配置于系統(tǒng)各控制柜、操作臺內(nèi)。在軋管機(jī)操作臺安裝HMI 人機(jī)界面，通過PROFIBUS網(wǎng)與PLC通訊，PLC與傳動(dòng)裝置、HMI 人機(jī)界面構(gòu)成一體化自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有獨(dú)特的調(diào)整參數(shù)預(yù)顯示功能、軋制狀態(tài)監(jiān)控及故障綜合報(bào)警功能。軋制過程中速度、電流等主要參數(shù)都顯示在屏幕上。操作人員亦可隨時(shí)調(diào)用查閱機(jī)、電、液設(shè)備的操作說明、維護(hù)要點(diǎn)、注意事項(xiàng)等相關(guān)內(nèi)容。低壓電氣元件選用施奈德產(chǎn)品。主要檢測元件如：編碼器、接近開關(guān)等選用進(jìn)口產(chǎn)品。

2.1 傳動(dòng)控制系統(tǒng)

軋制主傳動(dòng)采用一臺交流電機(jī)傳動(dòng)，送進(jìn)采用另一臺交流電機(jī)，兩臺電機(jī)軋制速度由編碼器控制實(shí)現(xiàn)同步，電機(jī)傳動(dòng)裝置選用西門子變頻器6SE70 系列，編碼器反饋，調(diào)速精度可達(dá)到0.1%，完全能滿足軋制要求。系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：

通過配置通訊板實(shí)現(xiàn)與PLC可編程序控制器的通訊，大量的數(shù)據(jù)信息如：裝置工作狀態(tài)、故障時(shí)的故障診斷信息等數(shù)據(jù)均可通過網(wǎng)絡(luò)與PLC交換并顯示在HMI 人機(jī)界面上。

豐富的故障診斷功能，在系統(tǒng)中設(shè)置多達(dá)數(shù)十種的故障診斷與報(bào)警，任何常見故障都可準(zhǔn)確判斷，如：失測速、電源缺相等，使系統(tǒng)維護(hù)工作量大大減少。

2.2 PLC控制系統(tǒng)

軋管機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)用一套PLC裝置，PLC控制系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程I/O 控制方案。PLC選用西門子公司的S7-300-2DP 系列。PLC與傳動(dòng)裝置、HMI 人機(jī)界面間信號傳送采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式進(jìn)行（PROFIBUS-DP 網(wǎng)）。整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成一體化自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）用通訊的方式代替了點(diǎn)對點(diǎn)的多線連接傳送方式，從根本上解決了由于連線原因造成的故障，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了維護(hù)工作量。

（2）避免導(dǎo)致大范圍的布線，不但可以降低電纜成本，并且可使現(xiàn)場進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整或功能擴(kuò)展時(shí)具有較高的靈活性。

（3）采用分散配置遠(yuǎn)程I/O 的控制方式使每個(gè)遠(yuǎn)程I/O 控制單元都有明確的控制范圍。使現(xiàn)場的調(diào)試與維護(hù)更加簡單。

2.3 PLC主要功能：

機(jī)組順序及工藝聯(lián)鎖控制：負(fù)責(zé)整個(gè)機(jī)組的工藝自動(dòng)化操作，包括各系統(tǒng)的啟、?？刂?，相互間的連鎖，工作制的選擇等。設(shè)備檢測,電磁閥的控制，采用遠(yuǎn)程I/O模塊控制。事故時(shí)PLC作出相應(yīng)的處理。主令控制及狀態(tài)顯示：

(1)通過配置在操作臺內(nèi)的遠(yuǎn)程I/O模塊接收處理來自操作臺上的操作控制指令并傳送至PLC，PLC根據(jù)操作指令及相應(yīng)聯(lián)鎖條件對控制系統(tǒng)進(jìn)行主令控制。

(2）接受來自數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的軋管機(jī)工作參數(shù)，在HMI 人機(jī)界面屏幕上以畫面的形式集中顯示，取代操作臺上的模擬儀表。

故障檢測及分類報(bào)警：PLC通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集傳動(dòng)系統(tǒng)等的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷系統(tǒng)各部分是否處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)檢測到系統(tǒng)故障時(shí)，PLC將根據(jù)檢測到的故障及軋管機(jī)目前的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)和報(bào)警提示。基礎(chǔ)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通訊：通過配置相應(yīng)的通訊模塊完成與遠(yuǎn)程I/O、傳動(dòng)系統(tǒng)、HMI 人機(jī)操作界面的通訊。

3 軋機(jī)特點(diǎn)

在軋機(jī)的設(shè)計(jì)中，充分吸取了已經(jīng)設(shè)計(jì)投產(chǎn)的兩輥冷軋管機(jī)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn),對軋機(jī)使用中發(fā)現(xiàn)的不完善之處作改進(jìn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化了設(shè)備性能參數(shù)設(shè)計(jì)而成，使軋機(jī)更符合不銹鋼的軋制特點(diǎn)。

（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)用高強(qiáng)度尼龍片基傳動(dòng)平皮帶傳動(dòng)，受力均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、平穩(wěn)，軋機(jī)系統(tǒng)具過載保護(hù)功能。而大皮帶輪可起到飛輪作用，便于工作機(jī)架啟動(dòng)；同時(shí)又可減輕負(fù)扭矩對主電動(dòng)機(jī)沖擊。

（2）主電機(jī)和絲杠傳動(dòng)電機(jī)用交流變頻電機(jī),控制系統(tǒng)采用西門子全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng),電機(jī)維護(hù)成本低,系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。

（3）采用氣囊離合器和液壓鉗盤式制動(dòng)器與大皮帶輪相連接，裝料或處理事故時(shí)不必要停開主電機(jī)就能夠使軋機(jī)快速制動(dòng)、準(zhǔn)確停車，快速啟動(dòng)軋制，主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作狀態(tài)好。同時(shí)對軋機(jī)系統(tǒng)具有過載保護(hù)功能。

（4）采用 PLC程序控制上料,出料，穿管等工序，自動(dòng)化程度高。

結(jié)語

本文主要論述了太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司5 萬噸不銹鋼無縫管廠連軋管機(jī)組電氣控制系統(tǒng)以及其裝備特點(diǎn)。該生產(chǎn)線配備了完整的工藝檢測裝置和高水平的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，生產(chǎn)線建成后，改善了公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高了整體經(jīng)濟(jì)效益，提升企業(yè)競爭力。

[1]劉鐵航.現(xiàn)代鋼管連軋機(jī)調(diào)整原理與操作方法淺談[J].軋鋼,2009,(2)：26-29.

[2]易興斌.熱軋無縫鋼管軋機(jī)選型的探討[J].鋼鐵技術(shù),2007,(6)：20-21.

[3]李道剛.淺議無縫鋼管連軋機(jī)組的軋制中心線[J].鋼管,2010(3)：94-95.