變頻技術(shù)在斯太爾摩控冷上的應(yīng)用

黃亮

摘要：文章針對高速線材軋制工藝復(fù)雜、品種繁多，特別是高品質(zhì)鋼種控冷要求嚴格，不變頻或軟起動不能有效、精確、節(jié)能地調(diào)節(jié)風(fēng)量的問題，使用變頻器實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，使用WinCC組態(tài)來實現(xiàn)不同工藝參數(shù)輸入及故障直觀顯示和狀態(tài)顯示，最后通過PCS7實現(xiàn)過程控制，實現(xiàn)高品質(zhì)線材的控冷要求。

關(guān)鍵詞：斯太爾摩；PCS7；WinCC；變頻技術(shù)

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0047-03

斯太爾摩是武鋼高速線材生產(chǎn)線控制線材金相組織最關(guān)鍵的一道工序，每一條生產(chǎn)線由13臺風(fēng)機控冷，它是以上位計算機（作為人機界面客戶端）技術(shù)、可編程控制（PCS7）技術(shù)、PROFIBUS及工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)、交流變頻技術(shù)為特征的新型高品質(zhì)線材控冷系統(tǒng)，具有風(fēng)量實時性高、調(diào)節(jié)誤差小、節(jié)能等特點。對于普通線材，包括簾線鋼72A，通過風(fēng)門調(diào)節(jié)控制能滿足其控冷防止脫碳的要求，但是軋制82A、82B、彈簧鋼、電纜鋼等，就必須有1#、2#風(fēng)機風(fēng)量增加并保障所有風(fēng)機精準風(fēng)量調(diào)節(jié)，來保證其金相組織，因此保障斯太爾摩風(fēng)量嚴格可控是實現(xiàn)彈簧鋼等高品質(zhì)鋼種軋制的前提條件。

1 問題來源

國內(nèi)在線材軋制工藝中，在高速線材軋制線上，不論是單線設(shè)備模式還是雙線設(shè)備模式，對普通低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、焊條鋼等，大多都是采用不變頻、風(fēng)門控制，控制系統(tǒng)簡單，維護費用低。但是隨著高技術(shù)含量和高附加值的預(yù)應(yīng)鋼絲鋼鉸線系列盤條和鋼簾線專用鋼盤條的在國內(nèi)問世，尤其是簾線用鋼替代進口，曾創(chuàng)造出巨大的社會效益。隨著工藝技術(shù)不斷進步，素有“線材工藝品”之稱的武鋼鋼簾線優(yōu)勢已不明顯。針對重點直供用戶對簾線WLX82AE、冷鐓鋼、彈簧鋼、滾珠軸承鋼等高品質(zhì)鋼提出的要求，結(jié)合不變頻系統(tǒng)特點，老系統(tǒng)不足，調(diào)整工藝、創(chuàng)新品種勢在必行：（1）新工藝要求有合格的控冷曲線；（2）風(fēng)門控制不精確，使得高品質(zhì)鋼質(zhì)量不穩(wěn)定；（3）上位機不能實現(xiàn)對風(fēng)量的精確調(diào)整，不能監(jiān)控風(fēng)量及主要設(shè)備的狀況；（4）建設(shè)綠色企業(yè)，滿足節(jié)能、環(huán)保的需要。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

原有一級網(wǎng)絡(luò)有6個站，在網(wǎng)絡(luò)上加一個控制斯太爾摩風(fēng)機的站，實現(xiàn)風(fēng)機控冷與軋線的聯(lián)動控制。通過在原有一級以太網(wǎng)上掛一臺上位機，運行服務(wù)器的WinCC的項目，完成斯太爾摩的工藝參數(shù)和狀態(tài)進行操作與監(jiān)控。并在該網(wǎng)上新掛一個可編程控制器（S7-400PLC），完成與原有系統(tǒng)的參數(shù)傳輸通訊、變頻器與上位機的通訊、相關(guān)邏輯和數(shù)字控制和相關(guān)保護等任務(wù)。采用具備友好的人機手持操作器的變頻器（斯奈德ATV61系列變頻器），通過手持操作器設(shè)置電機屬性，通過可編程控制器設(shè)置網(wǎng)絡(luò)屬性，實現(xiàn)變頻器實時接受可編程控制器指令實現(xiàn)驅(qū)動控制，產(chǎn)生相應(yīng)的工藝曲線。

2.2 工作原理

2.2.1 可編程控制器的原理。可編程控制器（PLC）是一種以微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動化控制為目標的新型控制裝置。是可編程序、組態(tài)自由、模塊化、接口廣的智能控制器。其抗干擾能力強，更是針對于工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的專用的控制器。我國大量使用的PLC產(chǎn)品主要有西門子公司的S7系列、三菱公司的F系列、美國GE公司的GE系列等。其中西門子公司的S7系列控制器在過程控制領(lǐng)域，以其結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、功能全等優(yōu)點占有重要地位。

2.2.3 工業(yè)以太網(wǎng)及DP網(wǎng)的工作原理。工業(yè)以太網(wǎng)以其價格低廉、全開放、全數(shù)字化和操作簡便，在工業(yè)領(lǐng)域得到良好的應(yīng)用。它實現(xiàn)了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的開放網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)營銷信息通過三級即企業(yè)級，即通過以太網(wǎng)傳送給二級工藝級網(wǎng)絡(luò)，二級再以太網(wǎng)傳送給一級，并在一級現(xiàn)場級以太網(wǎng)中共享。在這信息時代的工業(yè)領(lǐng)域，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

PROFIBUS-DP協(xié)議包含編碼器行規(guī)、變速傳動行規(guī)、過程監(jiān)視行規(guī)等，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有極強的針對性。它使用RS485、光纖等傳輸方式，傳輸速率高，可靠性高，并且支持多主系統(tǒng)，與工業(yè)控制中，各類設(shè)備獨立而又互聯(lián)的特征相仿，因此，在一級網(wǎng)絡(luò)上的傳動驅(qū)動器之間、驅(qū)動器與控制器之間，基本都采用DP網(wǎng)。

3 實現(xiàn)過程

3.1 參數(shù)流從操作站給到原控制器ROD的實現(xiàn)

從操作站到控制器是通過以太網(wǎng)連接實現(xiàn)通訊的，在WinCC服務(wù)器數(shù)據(jù)通道組態(tài)里，組態(tài)一條從風(fēng)機變頻控制器站到服務(wù)器的數(shù)據(jù)通道。通過此數(shù)據(jù)通道建立畫面與控制器的數(shù)據(jù)共享，也就是在WinCC服務(wù)器能讀取到控制器的各類控制和狀態(tài)信息，再通過WinCC畫面本身，做一個友好的、可視化程度高的界面，便于崗位素質(zhì)較低的操作人員操作使用。例如：從操作站各類參數(shù)輸入畫面（Stelmor_modif_1_A.PDL）如圖2，選擇其中任何一臺風(fēng)機就按相應(yīng)按鈕，選擇后顯示綠色，根據(jù)工藝可以任意輸入合法數(shù)據(jù)來調(diào)整風(fēng)機的風(fēng)量，下載按鈕提供了“一鍵下載”的功能，使操作方便有效。要實現(xiàn)此功能，在畫面建一個結(jié)構(gòu)型變量ROD/MOD?_ROD_A風(fēng)機控制的基本參數(shù)組（如風(fēng)機的選擇）存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊。同時將轉(zhuǎn)速等存入WinCC對應(yīng)的FAN控制器（即畫面對FAN建立的通道，每一個通道對應(yīng)一個控制器的數(shù)據(jù)塊的地址，通過WinCC變量組態(tài)來實現(xiàn)）。

4 結(jié)語

目前，武鋼高速線材生產(chǎn)線鋼簾線的產(chǎn)量達30萬噸/年，其他高附加值線材產(chǎn)量達20萬噸/年。鋼簾線在全國的市場占有率達50%，彈簧鋼、冷鐓鋼等高品質(zhì)產(chǎn)品直銷山東等地。線材質(zhì)量的決定性因素不止有線材表面質(zhì)量的優(yōu)劣，更是要由其金相組織決定其延展性、伸縮性和彈性等指標。在線材生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品成形之前，使用水冷控制，而整個工藝過程，斯太爾摩才是控制其金相組織的關(guān)鍵工序。需要大范圍精確可調(diào)的風(fēng)量，就必須有精確、平滑可調(diào)的電機轉(zhuǎn)速，因此，變頻技術(shù)在斯太爾摩控冷上是至關(guān)重要的，是不可或缺的。

參考資料

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（責(zé)任編輯：周 瓊）