棒材生产线自动控制简介

三轧钢生产过程自动化控制系统运行情况介绍

一、自动化系统配置

本系统中的自动化控制系统采用SIEMENS的S7-400PLC，采用集中—分布式的网络结构构成满足热连轧的全过程的自动化系统，符合现代控制理论要求的标准、开放的控制思想。

采用工业计算机和HMI监控软件组成的二级计算机控制系统对轧制生产线的各种数据和信号进行显示和记录，HMI监控软件采用SIEMENS的最新的WINCC V6，它能够充分兼容和更有效地发挥西门子PLC的强大功能。

主轧操作台I/O都采用ET200M远程I/O系统，与CPU416构成PROFIBUS-DP工业现场总线系统。所有的远程I/O 的数据采集与传输都通过PROFIBUS-DP来完成，这样不仅节省了大量的电缆费用，而且大大提高了数据采集的可靠性。各个轧机的控制由6RA70全数字直流调速装置及辊道变频控制通过扩展PROFIBUS-DP总线模块CP443-5与S7-400PLC进行通讯。（注：PROFIBUS是一种用于工厂自动化现场级监控和现场设备层数据通讯与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通讯控制从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。）HT1、HT2、HT3，HT4、HT5、HT6通过SIEMENS的6RA70全数字直流调速装置的S00软件来控制，减少了主轧线CPU的程序量。

二、传动系统配置

直流传动系统全部采用西门子公司最新一代的6RA70全数字直流调速装置.粗中轧机传动控制为磁场可逆，精轧机采用6RA70电枢可逆四象限，以西门子6RA70为核心，采用大功率柜结构，二者通过可靠的嫁接技术共同组成电机的调速装置。注：以上所有直流调速装置均已经过我公司的授权修改，不用向西门子公司购买密码就能够随意使用其内部的SOO自由功能块。6RA70装置本身提供了对传动系统完备的监控保护与故障自诊断功能。可检测缺相、过压、欠压、过流、过载、堵转、超速、测速故障、失磁、欠磁等各种控制系统故障。

三、6RA70扩容简介

6RA70装置的扩容改造方式随着国产可控硅技术水平、可靠性的不断提高而被越来越多的用户接受，低廉的价格，方便的维护使其在工业生产中充满了活力。

6RA70装置的扩容存在的方式根据各个自动化集成商的特点各有不同，但其基本构成是完全一致的。这就是触发脉冲的隔离与放大、检测信号的采集以及大功率整流柜等。其中涉及系统可靠性的关键有两个部分。

♦脉冲隔离与放大接口

♦功率柜

脉冲功率与放大接口是连接6RA70与功率柜的重要环节，其可靠性直接影响到设备的运行。众所周知当触发脉冲在系统运行时产生干扰，会使系统出现交流环流情况，此种情形下供电电网将被瞬时相间短路，烧毁可控硅。由于目前国内采用的可控硅为流控型晶闸管，因此其实际上为可控导通不可控关断，这样几种因素就能导致其出现逆变颠覆的危险。其中最可能出现的就是在正反组切换过程中脉冲的突然丢失。因此不难看出脉冲隔离与放大环节可靠性的重要。

大功率整流柜是直流传动系统的具体执行机构，可靠、出力大、耐冲击负荷也就成了检测功率柜的重要标准。因此在选择器件及压接工艺、风道设计上成了功率单元的关键技术。在这一点上，我们选择了国内合资公司生产的可控硅，并在散热器加工、压接、检测全程监控、保证可靠。功率柜风道及结构是我公司在总结国内较先进的几家大公司的基础上，从新优化设计出来的，具有风道短、体积小散热好的特点。

二、控制原理介绍

（一）速度级联控制

在钢材连轧机中，为保证成品质量，以成品机架（末机架）为基准机架，保持其速度不变，并作为基准速度设定，其前面机架速度根据金属秒流量相等的原理，自动按比例设定；在轧制过程中来自活套闭环控制的调节量、手动干预调节量，依次按逆轧制方向对其前面的各机架速度作增减，实现级联控制。速度级联控制是连轧生产线电气控制思想的精华。

根据各机架秒流量相等的原理有：

S 1 ×V1 = S 2 ×V2 = ... = S n −1 ×V n −1 = S n ×V n

(1)

式中S1 - Sn为各机架孔形截面积；V1 -Vn为各机架线速度；n为机架号。

由(2)式得：

(2) 由延伸率定义：

式中 En 为n 机架的延伸率，E n > 1。则有：

(3)

(3)式即为速度级联设定和级联调节的基本关系式。由末机架速度，再根据(3)式依次计算

出前面各机架速度，即可实现速度的自动设定。在轧制过程中，保持末机架速度不变，来

自动操作或手动干预以及各机架间活套调节的调节量也遵循(1)或(2)式关系，对各机架速 度进行调节。根据线速度和电机转速之间的关系，即可求得电机转速设定值N ：

式中：

N ：电机转速设定值

I ：变速箱减速比

D ：轧辊直径

V ：轧辊线速度。

（二）活套高度闭环控制

在钢材连轧线中，为保证成品质量，避免由于各种原因导致的推钢、拉钢，在机架之间设置了活套装置，而活套控制也是连轧机自动控制的关键之一。活套是由于在机架间存储了多余轧线长度的轧件而引起的，也正是由于这些多余的轧件，起到了对轧件推拉的有效缓冲。在控制过程中，以活套套量为目标，以速度调节为手段，即可达到控制活套的目的。

具体方法为：当活套套量超过设定值时，就降低上游机架的速度；反之，则升高上游机架的速度，采用PI 控制法，即套量差：

∆L = L – L0 S n

= —— V n × S n −1

V n −1 S n −1 ——

S n

E n = V n —— E n V n −1 = 60i ——×V πD

N = (4)

式中∆L为活套套量差；L为套量实际值；L0为套量设定值。

活套调节量参与速度级联运算，即某机架活套调节量变化，会同时改变其上游的所有机架速度，以保证上游机架调节的快速性。

（三）起落套控制

同样，活套起落也直接影响到正常轧钢。如果起套过早，轧件未咬入下游机架，就会产生堆钢，堵钢，造成事故；如果起套过晚，通常情况下会造成拉钢；如果落套过早，一般情况下会造成堆钢；如果落套过晚，将会产生钢尾现象，严重时会影响到轧制节奏。活套起落控制通常分为自动和手动两种方式。自动方式靠电机咬钢电流作为检测信号，当活套相邻两机架同时含钢的瞬间起套；当活套上游机架无钢落套。活套手/自动旋钮只限制自动而不限制手动,即手动优先。

（四）咬钢补偿控制

在正常轧制过程中，轧机主传动由于大负荷的冲击将会出现一定的速降，然后再恢复。如果这个速降比较小，这个速降产生的速差会使机架之间的金属秒流量短时不等，使活套利用速差引起的金属堆积迅速的达到高度设定值。但是如果这个速降过大，就会导致金属堆积过多，产生很大的活套，容易导致堆钢事故。我们采用咬钢补偿控制来有效的控制速降范围，又能保证正常轧制速度。也就是在轧件咬入之前，给轧机的速度给定附加一定的补偿量，在轧机咬钢后撤消这部分补偿量。这样轧机在咬钢产生速降的时候是在补偿值的基础上的速降，使真正的速降（低于轧制速度部分）比较小，这样既有利于活套起套，也有利于传动系统快速恢复速降，进入稳定轧制状态。

2014年1月17日