國(guó)豐1450mm熱軋薄板廠粗軋控制系統(tǒng)研究

摘 要：介紹國(guó)豐1450熱軋薄板廠粗軋控制系統(tǒng)的主要機(jī)械設(shè)備和三級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及主要功能。

關(guān)鍵詞：粗軋；傳動(dòng)；基礎(chǔ)自動(dòng)化；過(guò)程自動(dòng)化

1 粗軋區(qū)的工藝簡(jiǎn)介

粗軋是帶鋼熱連軋過(guò)程中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，粗軋區(qū)指從加熱爐爐去輥道到熱卷箱入口輥道之間的區(qū)域，爐區(qū)送來(lái)的135mm厚度的高溫連鑄板坯先經(jīng)高壓水除鱗除去其表面的爐生氧化鐵皮及附著的殘留保護(hù)渣，然后進(jìn)入粗軋機(jī)組進(jìn)行3-5道次可逆軋制，軋制成30～38mm厚的中間坯，隨后進(jìn)入熱卷箱卷區(qū)域。

2 粗軋區(qū)主要機(jī)械設(shè)備介紹

粗軋控制系統(tǒng)所控制的設(shè)備主要包括加熱爐出口高壓除磷箱、入口輥道、入口側(cè)導(dǎo)板、R1四輥可逆粗軋機(jī)、E1立輥軋機(jī)、出口側(cè)導(dǎo)板、出口輥道、廢坯推出裝置，介質(zhì)系統(tǒng)等。其中R1四輥可逆粗軋機(jī)是設(shè)置在熱連軋帶鋼生產(chǎn)線粗軋區(qū)的關(guān)鍵設(shè)備，R1四輥可逆粗軋機(jī)位于E1立輥軋機(jī)之后、粗軋機(jī)后工作輥道之前，與E1立輥軋機(jī)、粗軋機(jī)前后工作輥道、側(cè)導(dǎo)板配合完成從連鑄坯料軋制到中間坯的軋制過(guò)程。奇道次R1四輥可逆粗軋機(jī)要與E1立輥軋機(jī)形成連軋，長(zhǎng)板坯最后一道次R1四輥可逆粗軋機(jī)要與熱卷箱形成連軋。R1四輥可逆粗軋機(jī)本體由機(jī)架裝配、軋輥及軸承、壓下裝置、平衡裝置、軋輥抬升、階梯墊裝置、機(jī)架輥、軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)和冷卻裝置、平臺(tái)及梯子、配管等組成。本軋機(jī)采用電動(dòng)壓下方式空載調(diào)整輥縫。在電動(dòng)壓下裝置和上支承輥軸承座之間裝有液壓輥縫調(diào)整油缸，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整輥縫以控制板形、平直度。即保證軋制板坯的厚度公差符合工藝要求。立輥軋機(jī)位于四輥粗軋機(jī)入口側(cè)，與R1粗軋機(jī)形成緊湊布置，用于改善軋件邊部質(zhì)量和控制板坯頭尾形狀，提高成材率。立輥軋機(jī)只有在奇道次進(jìn)行軋制，并且與四輥軋機(jī)形成連軋。在偶道次僅打開(kāi)起導(dǎo)向作用，立輥輥面速度根據(jù)板坯軋制速度進(jìn)行設(shè)定，開(kāi)口度根據(jù)來(lái)料板寬進(jìn)行設(shè)定，一般比板坯寬度寬約50mm。它包括粗軋立輥主傳動(dòng)裝置、全液壓側(cè)壓系統(tǒng)、液壓自動(dòng)寬度控制系統(tǒng)、粗軋立輥工作輥冷卻、粗軋立輥機(jī)架輥等。它采用全液壓壓下裝置，設(shè)有液壓自動(dòng)寬度控制HAWC和自動(dòng)短行程控制SSC，SSC用于控制大側(cè)壓引起的頭、尾形狀誤差。HAWC長(zhǎng)行程液壓缸允許帶負(fù)荷進(jìn)行側(cè)壓，主要用于修正軋制力變化引起的寬度誤差。

3 粗軋區(qū)控制系統(tǒng)介紹

如圖1所示，粗軋區(qū)控制系統(tǒng)分三級(jí)：零級(jí)傳動(dòng)控制系統(tǒng)、一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、二級(jí)機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)。

3.1 零級(jí)傳動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1.1 主傳動(dòng)控制系統(tǒng)。主傳動(dòng)包括粗軋機(jī)上、下兩臺(tái)主電機(jī)，主電機(jī)功率為2×7000KW，是大功率凸極同步電動(dòng)機(jī)，功率部分采用全數(shù)字交交變頻矢量控制的交流調(diào)速裝置。交交變頻裝置由三臺(tái)電網(wǎng)自然換流，無(wú)環(huán)流可逆變流器，整流變壓器，勵(lì)磁主回路及調(diào)速矢量控制系統(tǒng)所組成?？刂撇糠植捎肨DC+SIMADYN-D控制系統(tǒng)方案，主要完成以下功能：閉環(huán)控制和矢量控制、狀態(tài)機(jī)、速度調(diào)節(jié)、電機(jī)保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、故障信號(hào)邏輯處理、電流控制、電機(jī)的功率因數(shù)控制、位置控制、負(fù)荷平衡控制、本地操作及信息的顯示等。

3.1.2 輔傳動(dòng)控制系統(tǒng)。輔傳動(dòng)包括粗軋區(qū)域的所有輥道、立輥傳動(dòng)、粗軋機(jī)電動(dòng)壓下、廢坯推出，立輥傳動(dòng)采用同步機(jī)，輥道、廢坯推出和粗軋機(jī)電動(dòng)壓下采用交流異步電動(dòng)機(jī)。輔傳動(dòng)系統(tǒng)均使用了整流回饋式公共直流母線供電的交直交變頻方式，具有制動(dòng)能量回饋電網(wǎng)功能。國(guó)豐1450mm熱軋帶鋼粗軋采用西門子6SE70系列變頻調(diào)速裝置，逆變功率器件采用IGBT，主回路采用兩電平PWM調(diào)制，控制回路采用矢量（VC）控制或標(biāo)量（即V/F）控制?？刂茊卧狢UVC上安裝有微處理器及其外圍電路，其中I/O接口用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)輸入和控制信號(hào)輸出，RS-232用于通過(guò)參數(shù)設(shè)置單元PMU連接調(diào)試電腦，RS-485用于系統(tǒng)構(gòu)成USS網(wǎng)絡(luò)。輔傳動(dòng)與一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)CBP通訊板完成。

3.2 一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

粗軋基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由3個(gè)TDC和1個(gè)S7-400共四個(gè)控制單元構(gòu)成，3個(gè)TDC分別控制R1四輥可逆粗軋機(jī)、E1立輥軋機(jī)和公共部分，S7-400用于介質(zhì)系統(tǒng)的控制。TDC是德國(guó)西門子公司用于工業(yè)控制的新一代產(chǎn)品，它是多CPU系統(tǒng)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，能夠處理開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的過(guò)程控制和計(jì)算各種通訊任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)軋鋼工藝的高速、復(fù)雜的控制功能。TDC采用模塊式結(jié)構(gòu)，由機(jī)架UR5213、CPU模塊CPU551、輸入輸出模塊SM500、DP通訊模塊CP50M0、以太網(wǎng)通訊模塊CP5100及高速GDM通訊CP5210組成。HMI畫(huà)面采用西門子的WINCC，其強(qiáng)大的圖形功能使生產(chǎn)狀態(tài)的可視性很強(qiáng)，便于操作和維護(hù)。PDA過(guò)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，極大方便故障分析。

系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了由高速以太網(wǎng)、高速全局?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)存網(wǎng)GDM、Profibus_DP網(wǎng)等組成的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)熱連軋信息量大、通信速度快的要求。并針對(duì)不同的通信任務(wù)合理分配通信資源，大大提高系統(tǒng)效率。系統(tǒng)主干網(wǎng)是高速以太網(wǎng)，波特率為100兆，采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，最多可以連接1000個(gè)控制單元，連接著所有需要通訊的控制單元，主要有TDC主站、HMI畫(huà)面操作終端、HMI畫(huà)面服務(wù)器、文件服務(wù)器、工程師站、S7-400介質(zhì)站等，開(kāi)放的以太網(wǎng)接口使連接全局管理系統(tǒng)變得十分方便，能夠滿足復(fù)雜的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制。全局?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)存網(wǎng)GDM連接TDC機(jī)架，用于需快速響應(yīng)的數(shù)據(jù)通訊，例如材料跟蹤和其他邏輯功能單元的通訊。GDM又與PDA過(guò)程數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)相連，使PDA快速收集到各TDC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理，使處理分析結(jié)果在最短的時(shí)間得出，對(duì)故障診斷、生產(chǎn)、操作起到指導(dǎo)作用。各主站采用Profibus_DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接遠(yuǎn)程I/O設(shè)備、輔傳動(dòng)系統(tǒng)，節(jié)省了大量電器元件和電纜，不但減少投資，而且提高系統(tǒng)可靠性。

粗軋基礎(chǔ)自動(dòng)化的控制功能主要有粗軋區(qū)域水、電、風(fēng)、氣公共設(shè)施的監(jiān)督控制、板坯跟蹤、順序控制、速度控制、數(shù)據(jù)管理（設(shè)定值分配、實(shí)際值收集與處理）、側(cè)導(dǎo)板控制、R1電動(dòng)壓下EGC控制、R1液壓壓下HGC控制、自動(dòng)厚度AGC控制、換輥和標(biāo)定、立輥AWC控制、立輥短行程SSC控制、動(dòng)態(tài)板型DPC控制、自動(dòng)位置控制、模擬軋鋼、介質(zhì)系統(tǒng)控制等。

3.3 二級(jí)機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)

二級(jí)機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)為Windows 2003 Server 英文版和Windows XP Professional 英文版，應(yīng)用服務(wù)器軟件為subsys for Windows v8.1，數(shù)據(jù)庫(kù)為Oracle 10G標(biāo)準(zhǔn)版系統(tǒng)。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃管理、生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)管理、原始數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)管理、過(guò)程監(jiān)視、過(guò)程日志、軋線物料跟蹤、粗軋?jiān)O(shè)定和自學(xué)習(xí)模型計(jì)算等。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的實(shí)際情況和客戶提出的要求，國(guó)豐1450mm熱軋帶鋼粗軋控制系統(tǒng)進(jìn)行了不斷的完善和改進(jìn)，該熱連軋自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠，操作維護(hù)方便，滿足生產(chǎn)工藝要求，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的目的，可在國(guó)內(nèi)同類生產(chǎn)線上推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]王誠(chéng).TDC在寶鋼2050粗軋生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀表，2006（4）.

[2]上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.寶鋼2050熱軋粗軋基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)速度控制及電動(dòng)壓下控制的研究.

作者簡(jiǎn)介：張守群（1972，1-），男，河北省唐山人，助理工程師，主要從事自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)工作。