窄带钢五机架冷连轧机电气控制系统
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• 该套PLC系统，以VIPA公司的Speed7系列的CPU 315-2AG12作为主站，从站数 量达到了16个。作为主站的CPU 315-2AG12，本机自带1M内存（50%程序， 50%数据），运算速度高达每毫秒100,000指令，主要采集各个从站的数据， 同时向各个从站传递指令，控制整个轧机；1-5#机架从站主要功能是接受主 站传输的指令和数据（例如合闸、运行、速度给定等）以控制每个机架电机， 同时向主站传递信息和数据（例如故障、速度反馈、电流反馈等）以反映每 个机架电机的状态；1-5#架旁操作箱从站分别采集各个机架控制的开关量信 号；卷取机从站主要功能是传递卷取电机的各种信息和接受主站的各种指令， 同时还进行卷取卷径的计算以实现张力恒定；两个压下从站的功能是控制15#压下十台电机，同时还计算2#和5#压下驱动侧和操作侧的位置；系统200V 从站主要采集主操作台对整个机列的操作信号；TP270触摸屏，通过MPI与 CPU 315-2AG12通讯，主要用于显示各种机列数据（例如机列速度、卷取卷径 和设备的故障情况等）。
• 带材卷径计算出来后，即可通过程序计算出所需的卷取 张力值，当卷径较小速度又较快时，卷取电机的速度有 可能超过基速，电机则需要弱磁，此时电机的力矩会减 小，为了获得恒定的力矩，需要从卷取机直流装置中读 取电机的实时转速，计算出弱磁的倍数，按倍数加大卷 取电机的电流给定，以补偿弱磁后的力矩减小。
应用效果
直流驱动单元
• 直流电机的直流驱动单元采用的是C.T公司的 MENTOR--Ⅱ系列全数字直流控制装置。该系 列全数字直流控制装置具有典型的双闭环控制 特性，全数字菜单式参数设定，并可在线调整， 可编程的模拟量和开关量输入输出，速度反馈 可选择电枢电压、测速发电机和码盘，电流环 参数自整定功能，装置自检功能，自带小功率 磁场驱动及可配套的磁场控制模块FXM5。为 了节省投资，1-5#机架直流驱动单元都选用单 象限工作的不可逆全数字直流控制装置及磁场 控制模块FXM5，采用磁场换向的控制方式， 满足点动时对反向的工作要求。
五机架冷连轧机PLC系统配置图
窄带钢五机架冷连轧机的电气控制 系统的总体需求
• 窄带钢五机架冷连轧机的电气控制系统需 要实现：机列的逻辑控制、直流传动控制、 速度级联控制、机架间张力闭环控制和卷 取张力控制。
机列的逻辑控制和直流传动控制
• 这两部分的控制属于基本控制，逻辑控制 上主要是在容错方面做了较多工作，因为 直流装置采用的是不可逆装置，而工作中， 各单机又需要反向点动，做好电机磁场的 换向及避免各种误操作对设备造成损坏尤 为重要。直流传动控制由于采用了全数字 直流控制装置，保证了对给定信号的快速 精确和稳定可靠地响应，并能准确地反馈 各种信号。
窄带钢五机架冷连轧机电气控 制系统
第9组 彭书钰 刘文浩 余佳
核心PLC的组成
• 作为控制核心的PLC，选择了VIPA公司300S系列的CPU作为PROFIBUS系统的主 站，在主操作台设置了IM253DP从站和一块TP270触摸屏，在两个压下控制柜 和卷取控制柜分别设置了S7-200从站，同时控制1-5#机架的直流控制装置都安 装了PROFIBUS扩展板MD24，在1-5#机架的机旁操作箱以及卷取操作台都分别 设置了VIPA公司的IM253DP作为从站。
邻下游机架的出口线速度，Ki+1是相邻下游机 架的延伸率。
张力闭环控制
• 连轧机机架间张力的变化主要是由金属秒流量的变化引起的， 由于在轧制过程中，辊缝基本上是不做调节的，所以改变轧机 的速度就能改变金属秒流量，从而达到控制张力的目的。
• 轧制过程中，PLC定时对机架间的张力反馈值进行采样，根据相 应的张力给定计算出张力偏差值，调用PID控制指令，计算出张 力调节信号，变换为速度信号形式，分配给相应的机架，达到 通过速度实现对张力控制的目的。
卷取机张力控制
• 卷取机的张力控制由卷取机的从站S7-200来完成，为了 使卷取机以恒张力的卷取特性工作，就必须实时计算卷 取机的带材卷径；本系统将测速辊的编码器接入S7-200 的高速计数通道中，以计算带材长度，同时将卷取机的 测速编码器的零脉冲接入高速计数通道，在S7-200的程 序中做了事件中断，本系统设置了卷取机的测速编码器 每转10转，调用一次中断程序，算出两次的长度差，即 可算出卷径。
速度级联控制
• 在冷连轧机的轧制过程中，各机架的速度匹配 关系应始终遵循金属秒流量相等的原则，针对 五机架连轧机，确定3#机架为机列速度基准机 架，1#和2#机架按逆向级联方式进行，4#和5# 机架按顺向级联方式进行。
• 按照金属秒流量相等的原则，第i机架的速度 计算公式是：
• Vi=Vi+1/Ki+1 • 公式中，Vi是本机架的出口线速度，Vi+1是相
• 采用上述控制技术，窄带钢五机架冷连轧 机的机列速度从90m/min，提高到 240m/min，张力控制实现了自动闭环，带 负荷试车一次成功，运行一年半时间，PLC 和直流控制装置未出现任何故障，设备可 靠性高，经济效益十分显著。
Hale Waihona Puke Baidu
• 带材卷径计算出来后，即可通过程序计算出所需的卷取 张力值，当卷径较小速度又较快时，卷取电机的速度有 可能超过基速，电机则需要弱磁，此时电机的力矩会减 小，为了获得恒定的力矩，需要从卷取机直流装置中读 取电机的实时转速，计算出弱磁的倍数，按倍数加大卷 取电机的电流给定，以补偿弱磁后的力矩减小。
应用效果
直流驱动单元
• 直流电机的直流驱动单元采用的是C.T公司的 MENTOR--Ⅱ系列全数字直流控制装置。该系 列全数字直流控制装置具有典型的双闭环控制 特性，全数字菜单式参数设定，并可在线调整， 可编程的模拟量和开关量输入输出，速度反馈 可选择电枢电压、测速发电机和码盘，电流环 参数自整定功能，装置自检功能，自带小功率 磁场驱动及可配套的磁场控制模块FXM5。为 了节省投资，1-5#机架直流驱动单元都选用单 象限工作的不可逆全数字直流控制装置及磁场 控制模块FXM5，采用磁场换向的控制方式， 满足点动时对反向的工作要求。
五机架冷连轧机PLC系统配置图
窄带钢五机架冷连轧机的电气控制 系统的总体需求
• 窄带钢五机架冷连轧机的电气控制系统需 要实现：机列的逻辑控制、直流传动控制、 速度级联控制、机架间张力闭环控制和卷 取张力控制。
机列的逻辑控制和直流传动控制
• 这两部分的控制属于基本控制，逻辑控制 上主要是在容错方面做了较多工作，因为 直流装置采用的是不可逆装置，而工作中， 各单机又需要反向点动，做好电机磁场的 换向及避免各种误操作对设备造成损坏尤 为重要。直流传动控制由于采用了全数字 直流控制装置，保证了对给定信号的快速 精确和稳定可靠地响应，并能准确地反馈 各种信号。
窄带钢五机架冷连轧机电气控 制系统
第9组 彭书钰 刘文浩 余佳
核心PLC的组成
• 作为控制核心的PLC，选择了VIPA公司300S系列的CPU作为PROFIBUS系统的主 站，在主操作台设置了IM253DP从站和一块TP270触摸屏，在两个压下控制柜 和卷取控制柜分别设置了S7-200从站，同时控制1-5#机架的直流控制装置都安 装了PROFIBUS扩展板MD24，在1-5#机架的机旁操作箱以及卷取操作台都分别 设置了VIPA公司的IM253DP作为从站。
邻下游机架的出口线速度，Ki+1是相邻下游机 架的延伸率。
张力闭环控制
• 连轧机机架间张力的变化主要是由金属秒流量的变化引起的， 由于在轧制过程中，辊缝基本上是不做调节的，所以改变轧机 的速度就能改变金属秒流量，从而达到控制张力的目的。
• 轧制过程中，PLC定时对机架间的张力反馈值进行采样，根据相 应的张力给定计算出张力偏差值，调用PID控制指令，计算出张 力调节信号，变换为速度信号形式，分配给相应的机架，达到 通过速度实现对张力控制的目的。
卷取机张力控制
• 卷取机的张力控制由卷取机的从站S7-200来完成，为了 使卷取机以恒张力的卷取特性工作，就必须实时计算卷 取机的带材卷径；本系统将测速辊的编码器接入S7-200 的高速计数通道中，以计算带材长度，同时将卷取机的 测速编码器的零脉冲接入高速计数通道，在S7-200的程 序中做了事件中断，本系统设置了卷取机的测速编码器 每转10转，调用一次中断程序，算出两次的长度差，即 可算出卷径。
速度级联控制
• 在冷连轧机的轧制过程中，各机架的速度匹配 关系应始终遵循金属秒流量相等的原则，针对 五机架连轧机，确定3#机架为机列速度基准机 架，1#和2#机架按逆向级联方式进行，4#和5# 机架按顺向级联方式进行。
• 按照金属秒流量相等的原则，第i机架的速度 计算公式是：
• Vi=Vi+1/Ki+1 • 公式中，Vi是本机架的出口线速度，Vi+1是相
• 采用上述控制技术，窄带钢五机架冷连轧 机的机列速度从90m/min，提高到 240m/min，张力控制实现了自动闭环，带 负荷试车一次成功，运行一年半时间，PLC 和直流控制装置未出现任何故障，设备可 靠性高，经济效益十分显著。
Hale Waihona Puke Baidu