小型棒材生產(chǎn)線控制系統(tǒng)改造

房新亮

作者通聯(lián)：萊鋼股份有限公司棒材廠 山東萊蕪市鋼城區(qū)新興路 271126

E-mail：fxl1974521@126.com

一、概述

萊鋼棒材廠小型車間是一條以生產(chǎn)Φ10、Φ12棒材產(chǎn)品為主的半連軋生產(chǎn)線。中軋機(jī)組 K11、K12軋機(jī)由西門子SIMOREG DC MASTER系列6RA24裝置各驅(qū)動(dòng)1臺直流電機(jī)，K7～K10軋機(jī)由高壓交流電機(jī)恒速集中拖動(dòng)，精軋機(jī)組6架軋機(jī)均由6RA70裝置單獨(dú)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。軋機(jī)控制系統(tǒng)為操作臺集中控制（直流電機(jī)速度給定、分合等信號直接接入直流傳動(dòng)裝置CUD1 I/O口），軋制調(diào)整難度大，電磁、溫度等干擾較強(qiáng)，造成模擬信號偏移，嚴(yán)重時(shí)損壞CUD1，影響鋼材產(chǎn)量和成材率。為此，2007年改造了軋機(jī)控制系統(tǒng)。

二、軋機(jī)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)基于PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，由高性能工業(yè)微機(jī)、PLC和全數(shù)字交、直流傳動(dòng)控制裝置構(gòu)成，輔以全分布式網(wǎng)絡(luò)（圖1）。該系統(tǒng)成本適中、結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)展應(yīng)用靈活，為減少故障點(diǎn)，盡量少用現(xiàn)場儀表。

圖1

1.控制網(wǎng)絡(luò)

（1）人機(jī)接口（HMI）。HMI圖形軟件采用 WinCC 6.0SP2。主操作室1個(gè)操作站主要用于存儲在線軋制表、生產(chǎn)報(bào)表、故障報(bào)警，顯示和打印，預(yù)設(shè)定和修改工藝參數(shù)，顯示主軋線模擬圖及軋線跟蹤畫面等。另1個(gè)操作站主要用于動(dòng)態(tài)顯示軋線各參數(shù)。

（2）基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)?？紤]系統(tǒng)先進(jìn)性、可靠性及滿足工藝控制要求前提下，結(jié)合性價(jià)比?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用1臺S7-416 PLC，主要配置CPU416-2DP和以太網(wǎng)卡各1塊，遠(yuǎn)程I/O站采用ET200M。系統(tǒng)快速性將直接影響控制精度、可靠穩(wěn)定運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，為此將遠(yuǎn)程I/O站和調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)連接至2段獨(dú)立的ProfiBus-DP網(wǎng)。6RA24、6RA70、軋機(jī)操作臺I/O站通過一段Profibus網(wǎng)絡(luò)連至PLC；冷床高速輸入輥道交流傳動(dòng)變頻器6SE70、冷床上卸鋼及齒條步進(jìn)控制I/O站、液壓站S7-200PLC及冷床操作臺I/O站通過另一段Profibus網(wǎng)絡(luò)連至PLC。

為保證主軋線系統(tǒng)控制快速性，盡量編制規(guī)范程序塊，并合理安排程序塊的調(diào)用和執(zhí)行，在軋制過程中不調(diào)用執(zhí)行和軋制過程控制無關(guān)的程序塊（如換輥程序、輥縫調(diào)整或用于機(jī)械本身的調(diào)整程序），最大限度減小程序周期。

2.通信網(wǎng)絡(luò)

（1）第一層。人機(jī)接口與PLC之間聯(lián)成工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交換。

（2）第二層。PLC、遠(yuǎn)程I/O站以及調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)之間采用ProfiBus-DP通信網(wǎng)絡(luò)，PLC將設(shè)定參數(shù)和控制指令傳送至調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，采集調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)和電氣參數(shù)送至人機(jī)接口。

三、主要軋制控制功能

1.軋線速度級聯(lián)調(diào)節(jié)

出現(xiàn)套量偏差或速度修正信號時(shí)，以級聯(lián)方式調(diào)節(jié)相應(yīng)的相鄰軋機(jī)速度，不影響其他軋機(jī)現(xiàn)有速度關(guān)系。根據(jù)上游軋機(jī)線速度增加量，軋機(jī)間延伸系數(shù)和減速機(jī)速比關(guān)系，計(jì)算出軋機(jī)電機(jī)速度給定量，確保相鄰軋機(jī)間金屬秒流量相等。由于中軋機(jī)組K7～K10軋機(jī)為1臺交流電機(jī)集中傳動(dòng)且不可調(diào)速，因此將聯(lián)調(diào)系統(tǒng)分為兩部分，以K7～K10軋機(jī)為中心向兩端進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，K11、K12軋機(jī)采用逆方向調(diào)節(jié)，K11軋機(jī)進(jìn)行加減速時(shí)，K12軋機(jī)進(jìn)行加減速，K1～K6軋機(jī)采用順方向調(diào)節(jié)，從K6軋機(jī)向下游級聯(lián)。

2.軋線速度設(shè)定自適應(yīng)

由于儲存在軋制程序表的輥徑、速比、計(jì)算速度等初始設(shè)定參數(shù)存在誤差，在軋制過程中，這些誤差會通過活套控制以速度修正信號的形式作用于相應(yīng)軋機(jī)，形成真實(shí)速度配合關(guān)系。軋線速度設(shè)定自適應(yīng)功能根據(jù)速度修正信號先調(diào)節(jié)相應(yīng)軋機(jī)延伸率，進(jìn)而修正速度設(shè)定值，使下一個(gè)軋件軋制時(shí)，各軋機(jī)間處于最佳配合狀態(tài)。為將操作人員經(jīng)驗(yàn)融入到自動(dòng)化系統(tǒng)中，主操作臺設(shè)有軋機(jī)速度微調(diào)按鈕，用于人工調(diào)節(jié)軋機(jī)間速度協(xié)調(diào)關(guān)系。經(jīng)人工確認(rèn)，系統(tǒng)自動(dòng)存儲此時(shí)軋機(jī)速度，作為該軋制程序的級聯(lián)速度設(shè)定。

3.軋線速度沖擊補(bǔ)償

當(dāng)軋機(jī)咬鋼或運(yùn)行中產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，速度會瞬間降低，軋機(jī)間正常速度關(guān)系被破壞，易形成軋件堆積。速度沖擊補(bǔ)償功能是在軋件進(jìn)入軋機(jī)之前提高此軋機(jī)速度，幫助軋件順利咬入軋機(jī)，減小和消除速度波動(dòng)。以精軋機(jī)組速降補(bǔ)償為例，當(dāng)?shù)谝患苘垯C(jī)6RA70直流傳動(dòng)裝置發(fā)出負(fù)荷信號，表明該軋機(jī)已經(jīng)咬鋼，而當(dāng)前軋機(jī)尚無負(fù)荷信號，后續(xù)當(dāng)前軋機(jī)在原給定轉(zhuǎn)速基礎(chǔ)上疊加一速降補(bǔ)償系數(shù)（通過畫面設(shè)定速度百分比），作為當(dāng)前速度給定量。當(dāng)本軋機(jī)收到6RA70裝置負(fù)荷信號后，疊加速度消除，以當(dāng)前設(shè)定速度運(yùn)行。

4.軋件跟蹤控制

微張力控制、活套及活套起套控制、飛剪控制、夾送輥、冷床及軋件運(yùn)輸順序控制等需要了解軋件頭、尾位置。通過軋件跟蹤信號，實(shí)時(shí)監(jiān)控軋件頭、尾位置，判斷軋制過程中堆鋼等故障?？衫弥绷鱾鲃?dòng)裝置檢測電流實(shí)現(xiàn)軋件跟蹤信號監(jiān)測（較之熱金屬檢測儀，可大幅降低投資成本），如通過裝置S00選項(xiàng)中B138自由功能塊的限幅值監(jiān)控器，當(dāng)監(jiān)測到實(shí)際電流高于設(shè)定的電流百分比C1時(shí)，認(rèn)為該軋機(jī)已經(jīng)咬鋼，當(dāng)實(shí)際電流數(shù)高于設(shè)定的電流百分比C2時(shí)，認(rèn)為該軋機(jī)已經(jīng)拋鋼。運(yùn)行中電流波動(dòng)范圍受C1～C2控制。

5.軋制及成品支數(shù)統(tǒng)計(jì)

利用各軋機(jī)間負(fù)荷信號及鋼坯長度計(jì)算軋制支數(shù)，統(tǒng)計(jì)成品支數(shù)。以提高準(zhǔn)確性，支數(shù)統(tǒng)計(jì)可通過人機(jī)界面進(jìn)行增減干涉。另外，開機(jī)時(shí)部分軋機(jī)啟動(dòng)電流過大，易造成統(tǒng)計(jì)失誤，因此啟動(dòng)信號發(fā)出后，一般需要經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)，方可進(jìn)行支數(shù)統(tǒng)計(jì)。

控制系統(tǒng)改造后，棒材生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，停機(jī)時(shí)間減少，效果良好。

1 新疆八一鋼鐵（集團(tuán)）公司“小型連軋機(jī)工藝與電氣控制”編寫組.小型連軋機(jī)工藝與電氣控制.冶金工業(yè)出版社,2003.6