冷轧五连轧自动化技术

控制实现
• 一、需要在暖启动OB100中向各个直流调 速装置控制字1传送W#16#9C7E，作用是 初始化控制字1，比如控制字1的位10需要 置1才能由外部PLC控制。直流调速装置 6RA70的控制字1为16位的字。 • 开车方式一般有两种 1、端子37和38由继电器控制开车 2、网络开车，对控制字1位0进行控制
SFC14和SFC15
• SFC14和SFC15是传输数据中常用系统功能 1、用SFC 14 “DPRD_DAT” 读取 DP标准从站 //PROFINET IO设备的连续数据 SFC 14的用途：如果用访问I/O或过程映像输入 表的装载ห้องสมุดไป่ตู้令L最多只能读出4个连续字节，而 SFC14能读出连续字节与用STEP 7为选定模块组 态的长度相同，如6RA70为12个字节 2、用SFC 15 “DPWR_DAT”向DP标准从站 /PROFINET IO设备 写入 连续数据
SFC14
CALL "DPRD_DAT" LADDR :=W#16#200 RET_VAL:="K1".Read_return RECORD :=P#DB1.DBX12.0 BYTE 12
SFC15
CALL "DPWR_DAT" LADDR :=W#16#100 RECORD :=P#DB11.DBX0.0 BYTE 12 RET_VAL:="1#轧机".DB_VAR13
用途
• 冷轧板带用途很广，如汽车制造、电气产 品、机车车辆、航空、精密仪表、食品罐 头等。
冷轧工艺特点
• 薄板带材当厚度小于一定限度（例如小于1毫米） 时，由于保温和均温的困难，热轧很难实现，并 且随着钢板宽厚比的增大，在无张力的热轧条件 下，要保证良好的板形也非常困难。采用冷轧方 法可以较好的解决这些问题。冷轧产品的尺寸精 度高，厚度均匀，产品性能好，较高的强度，良 好的深冲性能等 。产品表面质量好，不存在热轧 板带钢常常出现的麻点、压入氧化铁皮等缺陷。 还能根据用户要求轧出不同的表面光洁度。
轧机调速工艺模型
• 由于冷轧工艺对速度要求比较严格，速度控制基 本由张力调节来完成对电机的自动调速与张力控 制，热轧则不同，由于有活套扫描仪或活套调节 张力，轧机数量也较多，需要对各个轧机速度进 行人为地单调和联调。冷轧中K1/K2/K3/K4与K5 轧机工艺控制要求是不一样的，故首先讲解 K1/K2/K3/K4控制工艺。 • 在带钢的冷轧过程中，张力是一个极为重要的参 数，机架间带钢所承受的张力T为常数是轧制过程 处于平衡状态下的一个基本条件。维持冷轧机机 架间张力恒定对轧制过程的顺利进行，提高产品 的厚度和板形精度有重要的意义。
冷轧板带和热轧板带区别
1、热轧板带硬度低，加工容易，延展性能好。 冷轧板带硬度高，加工相对困难些，但是不易变形，强度 较高。 2、热轧板带强度相对较低,表面质量差点(有氧化\光洁度低), 但塑性好,一般为中厚板。 冷轧板带:强度高,表面光洁度高,一般为薄板,可以作为冲压 用板。 3、热轧钢板带机械性能远不及冷加工，也次于锻造加工， 但有较好的韧性和延展性。 冷轧钢板带由于有一定程度的加工硬化，韧性低，但能达 到较好的屈强比，同时由于屈服点较靠近抗拉强度，所以 使用过程中对危险没有预见性，出现断裂等情况。
K5工艺模型
说明2
• 末架轧机K5作为整个轧制过程的速度基础，对轧 制过程有很重要影响，基本要求是速度稳定，但 是其没有张力调节，故不适用工艺调节器，控制 上较为简单。 • 流程：当操作台速度给定K11>某最低速度（如 8%),则操作台给定速度作为联动基础速度。还有 一种方法是使用6RA70内部电动电位计，取代旋 钮式电位计模拟量给定，内部电动电位计速度是 数字式给定，使外部给定更为精确。
PLC控制部分
• 此次项目采用西门子CPU 315-2DP，3个DI 模块和2个DO模块，共计点位80个。 • 采用PROFIBUS通讯协议与各直流调速从 站通讯，与人机界面也采用此协议通讯。
硬件组态
• 硬件组态 由于该项目点位需求较少，并且充分利 用上6RA70的数字量输入/输出端子和模拟 量输入/输出端子，节省了一部分PLC的I/O 模块。在6RA70之间通讯也可以利用USS 协议进行装置与装置之间通讯，作数据交 换，作用是在有些不需要经过PLC处理的数 据，直接通讯会使系统运行速度加快优化 系统的目的。
轧制主要控制设备
• 冷轧所需设备相对热轧不多，主要有冷轧 机组、卷曲机、开卷机、控制柜等。 卷曲机：成卷轧制必不可少的设备，用于 将带钢卷曲成卷。 开卷机：开卷机是金属板材校平的专用设 备,用于校平钢板，不平整板可根据相关配 置组成开卷、校平、剪切生产线和其它板 材制品生产线。
• 直流电气传动部分主要用在轧机和卷曲控制 冷轧机组由主电机、主传动和主机座（工作机座） 组成。其中： 1、主电机使用直流电机。 2、主机座由机架、轧辊、轴承座、压下装置 和平衡装置等组成。 ①机架是承受轧延力的部件,闭式机架有较好 的刚度,但开式机架换辊较方便。 ②轧辊是轧延金属的部件,辊身为工作部分,轴 头用于传动。 ③压下装置用来调节轧辊的压下量。 ④平衡装置用于消除压下螺丝等处游隙的影 响，以免受载时产生冲击。
轧机与卷曲机速度匹配关系
• 轧机机组中在操作台上由于只有末架轧机K5有速 度调节给定，其他轧机依赖K5轧机速度和张力进 行速度控制。 K5轧机速度环中的速度反馈传送K4轧机速度给定 K3003，同时传送给卷曲机速度给定K3003。 K4轧机经过工艺调节器等功能块处理后的信号 K9434传送给K3轧机速度给定K3003。 K3轧机经过工艺调节器等功能块处理后的信号 K9434传送给K2轧机速度给定K3003 。 K2轧机经过工艺调节器等功能块处理后的信号 K9434传送给K1轧机速度给定K3003 。
• 开车 在无故障（如润滑油压正常、6RA70通讯正常、 急停正常、快熔信号正常等）及各条件允许状况 下开车。 • 读取各6RA70电流、转速、运行状态等传送于触 摸屏或人机界面显示，6RA70对应100%为16384 • 写入控制命令、速度、张力调节量等，速度和张 力由操作台电位计微调给定，张力设定值有人机 界面给定。点动或爬行可以直接将信号传入 6RA70，由其自由搭建的内部功能框图完成，或 者由PLC程序完成。
• 卷曲机工艺模型
说明3
• 卷曲机在工艺控制上较为复杂，速度基于末架轧 机速度，由于卷曲机无张力计或张力传感器，需 要内部计算张力，卷径也在变化并参与调节中。 而热轧中的控制一般来说只需要速度快慢给定， 辅助气缸等控制，所以较为简单。 • 张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大 的力，即输出多少牛顿。反应到电机轴即能控制 电机的输出转距。 • 由于卷径在带材收集过程中是变化的，卷径计算 由6RA70电动电位计功能块自动计算，卷径输出 与操作台张力微调给定作为附加的速度给定
生产工艺流程
• 冷轧板带的轧制方法虽有单张和成卷、单 机座和多机座之分，但它们的生产工艺过 程基本相似。冷轧薄板、带钢中有3大典型 产品：镀层板、汽车板与电工硅钢板。其 生产工艺流程大致如下图
工艺概念说明
• 酸洗：通常指清洁金属表面的一种方法。一般将 制件浸入硫酸等的水溶液，以除去金属表面的氧 化物等薄膜。是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处 理或中间处理. • 淬火：将钢加热到临界温度以上某一温度，保温 一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大 于临界冷却速度的冷速快冷到某特定以下（或附 近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理 工艺。 • 退火：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时 间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时 是控制冷却)的一种金属热处理工艺。
K1/K2/K3/K4工艺模型
说明1
• 主要处理四个信号：上一架轧机速度，电位计张 力微调信号，张力反馈信号，张力设定值。 • 流程：张力信号反馈和张力设定值之差△T偏差量 连接入工艺调节器进行PID调节作为速度系数， 与电位计张力微调信号和上一架轧机速度的微调， 共同作为此轧机速度。轧制就是对工艺调节器进 行使能。 • 总结为跟随上一架轧机速度作为基速，通过张力 反馈，与张力设定值比较，其偏差量再利用工艺 调节器PID调节功能块，作用于速度给定的源， 以达到张力调节的目的。
HMI人机界面
• 此次项目采用西门子触摸屏TP 177B color PN/DP,该触摸屏为5.7寸全彩屏，可以满足 PROFIBUS和PROFINET各种应用环境。 画面编程软件为WINCC Flexible 。 • 在人机界面中监视了电气传动的电流、速 度、运行状况及张力设定。
• 人机界面附加说明 在人机界面中通常也可以加入对轧机 机组和卷曲机的启停电气控制和运行状态 等，根据客户要求和需求设计。在此项目 中是通过操作台启停控制轧机机组和卷取 机，张力反馈数值显示通过6RA70模拟量 输出端子输出到数显表上，节省了PLC的模 拟量输出模块。
• 直流调速装置6RA70端子说明
• 三相桥式全控整流电路
• 主操作台操作说明
• 操作控制基本要求 1、对轧机机组、卷曲机、压下装置的启停控制，压 下装置一般是交流电机的正反转来控制压下量。 2、允许各轧机和卷曲机的点动或者爬行正反转。 3、运行状态显示，如正常运行、快熔故障、通讯故 障、风机运行等。 4、电流、速度、张力等数字显示。 5、速度调节给定（仅末架轧机和卷曲机），张力设 定（人机界面），张力调节给定（包括卷曲机）。 6、能够急停和故障复位卷曲复位。
冷轧和热轧的主要区别
• 热轧 热轧：是以板坯（主要为连铸坯）为原料，经加热后由粗 轧机组及精轧机组制成带钢。热钢带由平板链运送和冷却 至设定温度，由卷取机卷成钢带卷，冷却后的钢带卷，根 据用户的不同需求，经过不同的精整作业线。简单点儿来 说，一块钢坯在加热后精过几道轧制，再切边，矫正成为 钢板（带）。 • 冷轧 冷轧：用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连 轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使 轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能 将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热镀锌 厂的原料。轧硬卷重一般在6~13.5吨。
冷轧带钢自动化工艺讲解
讲解：王治巍
概述
• 冷轧定义： 是再结晶下的轧制,但一般理解为使用常温轧 制材料的轧制. 厚度在0.15~以上 的称为板,0.15~ 以下的称为箔。 冷轧板（带）钢规格： 厚度 10mm以下 常用的宽度为：145、183、233、245、255、 273、285、295、315、335、355、435、515、 540、585、680、715、850、1000、1250、 1500、1800、2000等。
轧机控制
• 轧机采用直流电机传动控制，直流电机900KW五台，由 西门子全数字直流调速装置6RA70调速，该装置主要特点： 1、用脉冲编码器反馈时，调节器精度达到0.006%数字给定； 调节器精度模拟量给定0.1。 2、开环和闭环控制电子模块是全数字调速装置的核心硬件， 内置微处理器。 3、电流调节器和速度调节器通过自动优化得到调节器的相 关PI参数、磁化曲线。 4、通过选择斜坡上升、下降、过渡圆弧等时间来实现制动、 加速度的曲线过渡，减少因速度突变而引起的电流过大现 象及机械冲击现象，有利于延长电器和机械寿命。 5、6RA70装置提供了丰富的自由软件模块连接，可以通过 开关量连接和模拟量连接能任意配置所需的控制功能。
张力给定与读取
张力给定：触摸屏界面输入，经PLC处理后， 传送直流调速装置6RA70进行调节。 数学公式： （张力设定/100）*16384=K3004 其中K3004为控制字4 张力计读取信号直接进入6RA70搭建的功 能里运算。
HMI显示数学公式
• 读取值/16384 取整 数据块中间值*量程= 标准值 注：读取值为电流或速度 量程为电机额定电流或额定转速
冷轧机械设备
二辊冷轧机整体图
轧辊的转动、转向和转速是靠主传动系统的驱动和控制来实现的。
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自动化控制部分
• 现以天津静海五连冷轧生产线举例讲解说 明 该项目为五机架连轧生产线，控制设备组 成包括五台轧机、一台卷曲机、主操作台 一台、机旁操作箱五个、张力计四个、辊 缝仪五个、直流控制柜六台、PLC控制柜一 台、压下电机控制柜一台等。