全连轧棒材线自动化控制系统设计与实现

要求进行需求分析。通过系统设计要确定过程计算机的任务， 过程自 动化解决问题的方法， 过程ｉ￣机系统结构、 － Ｉ － 硬件设置 以及程序构成。 系统设计时要本着高可靠性、高利用率、良好的响应特 性、 操作性好、 通用性好以及经济效益高的原则来进行设计。 设计阶段应从以下几方面考虑：首先根据应用 目 标确定 系统规模， 在确定 Ｒ Ｍ和 Ｒ Ｍ的容量后， Ａ ０ 主要考虑 Ｉ０的 ／
的小断面轧件用回转式剪刃剪切，速度低的大断面轧件用曲 柄式剪刃剪切。 分段飞剪具有切尾及优化剪切功能。 分段后的
倍尺轧件由冷床输入辊道和液压驱动的制动拨料装置送到步 进式冷床的齿槽内， 轧件在拨料装置拨送过程中， 依靠轧件与
制动块之间的滑动摩擦制动停止。轧件在矫直板段渡过高温
阶段后 ， 被送至冷床上进行冷却。 轧件在冷床上边冷却边步进
不拉钢。 轧件的张力是通过 电机 电流间接获得 。 首先记 录下轧 件的进入本机架而未进入 下机架时本机架 电流的变化来 调节
备。 软件系统采用实时监控软件。 基础级与传动装置通讯的网 络采用当今欧洲流行的现场总线方式，即 Ｐ Ｏ ＩＵ Ｐ网 Ｒ ＦＢ ＳＤ 络，对轧线的设备进行速度给定及控制信号传送并实时对其 状态进行监控。 全车间自动化系统硬件配置略。 它由ＰＥ 传 Ｉ、 动设备、 工作站三部分构成。 Ｓ Ｍ Ｎ — ０ Ｉ 作为 五台 Ｉ Ｅ ＳＳ ４０ Ｅ Ｅ ７ Ｐ 自动化控制的基础，按工艺要求分区完成相应的生产过程控 制。ｌ ４号 Ｐ 下挂 １５ 一 Ｅ Ｉ ．Ｍ通讯速率的Ｐ Ｏ ＩＵ — Ｐ网， ＲＦ Ｓ Ｄ Ｂ 凡符合此协议的所有设备均上网。直流传动设备为 Ｓ Ｍ Ｎ Ｅ Ｉ ＥＳ ６ Ａ０ Ｒ ７ 系列 ， 交流传动设备为 Ｓ Ｍ Ｎ Ｓ ７ Ｅ Ｉ Ｅ Ｓ６Ｅ０系列， 均采用 Ｍ ＳＥ ＲＶ ＳＣ Ｐ Ａ Ｔ ＲＤ ＩＥ Ｂ 通讯卡。直流传动数据交换较多， 采用
“Ｐ ４ 通讯模式 ， 文 ６ ＰＯ ” 报 个字 长。交 流变频采 用“Ｐ ３ 通讯 Ｐ０ ”
轧机的转速， 从而基本维持电流不变。电机电流变化频繁， 特 别是轧件进入活套调节后 由下游级联调速引起的电流波动更
是不可控制的。 实践 表明 ， 的控制 对轧件头部 控制相当有 张力 效， 而对全程往往失控 。因此 ， 张力 的控制应在轧 件空越机架 时进行。
方的卸钢小车装置升起， 托起链条上的钢材层， 将其平移放至 冷床输出辊道上。成组轧件被冷床输出辊道送往定尺冷飞剪 机，在定尺冷飞剪机前后磁力装置的辅助下被连续剪切成商 品材长度。被冷飞剪机剪切后的商品材由剪后辊道加速送至 双辊道装置的第一组辊道上 ，经快速移钢装置将运动中的钢 材排快速卸至双辊道装置的第二组辊道上，同时已在双辊道
系， 最好有 自 适应 自 学习功能 ， 使得模型的设定计算精度更接近 不断变化的实际过程。其后利用计算机灵活的指令编制相应的 程序。最后进入系统的硬件、 软件分调， 继而联调出适用于生 产的轧制程序。
２ 工艺简介
算机、 仪表、 电气全部采用 Ｐ Ｃ三电合一” （） Ｌ“ ； ２ 设备控制， 包
ｓ ｓｅ ｉｓａｌａ ｄ ｅ ｅｙ ｋｎ ｆｆｎ ｔ ｎ ｏ ｅ ｌ ｅ ｙ ｔｍ ｎ ｔｌ ｎ ｖ ｒ ｉｄ ｏ ｕ ｃｉ ｆｒａｉ ． ｏ ｚ Ｋｅ ｏ ｄ ｃ ｌｕａｏ ， ｐ ｅ ，ｅ ｓｏ ，ｏ ｐ ｃ ｎｒ ｌ ｃ ｍｐ ｒ ｏ ， ｎｅ ｒｌｃ ｌｕ ｕ ｙ Ｗ ｒ ｓ ａｃ ｌｔｒ ｓｅ ｄ ｔｎ ｉｎ ｌｏ ， ｏ ｔ ， ｏ ａｉ ｎ ｉｔｇａ ａｃ ｌ ｓ ｏ ｓ
Ａｂ ｔａ ｔ ｔｉ ｔｘ ｉｔｏ ｕ ｅ ｔｅ ｕｏ ｔ ｎ ｏ ｔ ｌ ｈ ｓ ｓｅ ｓｒ ｃ ｈ ｓ ｅ ｔ ｎｒｄ ｃ ｄ ｈ ａ ｔｍａｉ ｃ ｎ ｒ ｔｅ ｙ ｔｍ ａ ｔｅ ａ ｄ ａ ｅ ｈ ｔ ｌ ｏ ｏ ｔ ｈ ｈ ｒ ｗ ｒ ｔａ ａｌ ｃ ｎ ｅ ｔｔｅ ｏ — ｉｅ ｄ ｓｇ ｔ ｋ ａ ｄ ｒａｉ ｓ Ｄ ｔｉ ｄ ｄ ｓ ｒ ｅ ｔ ｋ ｌ ｅ ａ ｔｍａｉｎ ｃ ｎｒｌ ｏ ｎ ｃ ｈ ｎ— ｌ ｅ ｉｎ ｓｉ ｎ ｅ ｚ ． ｅａｌ ｅ ｃｉ ｓ ｓｉ ｉ ｕｏ ｔ ｏ ｔ ｎ ｃ ｌ ｅ ｅ ｂ ｃ ｎ ｏ ｏ
ｔ ｅ Ｓ ｓｅ Ｄｅ ｉｎ ａ ｄ Ｒｅ ｌ ｅ ｈ ｙ ｔｍ ｓｇ ｎ ａｉ ｓ ｚ
Ｃ ａｇｈ Ｉ ｎ＆ Ｓ ｅ（ｒｕ ）Ｃ ． ｔ．Ｌ Ａ ｏｇ ａ ｇ Ｚ Ａ Ｇ Ｊ ｎ ｉ ｈｎｚｉ ｒ ｏ ｔ ｌＧｏｐ ｏ Ｌｄ Ｉ Ｎ Ｈ ｎ ｌ ｎ Ｈ Ｎ ｕｘａ ｅ ｉ
前进 ， 条末段用对齐辊道将 轧件一端对齐 ， 在齿 然后再 由动齿
第一作者简介： 廉宏亮， １７ 年生， ９２ 男，９０ １９ 年毕业于太原冶金工业学校电气 自动化专业， 现在长钢轧钢厂从事电气 自动化 工作， 助理工程师。邮编： ６３ 。 ０ ０ １ ４
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关 键 词 计 算机
速 度 张 力 活套 控 制 比例 积 分
文献标 识 码 ： Ａ
中图 分类 号 ：Ｐ ７ Ｔ２３
Ｃｏ ｓ ｃ ｔｏ ｙ Ｍ ｉ ｌｕ ａ ｏ ｔ ｍａ ｅ ｔ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅ ｕ ｉｎ Ｂａ ｌ Ｃａｃ ｌｔ ｒ Ａｕ ｏ ｔ ｏ Ｃｏ ｔｏ ｌ
装置的第二组辊道上 的钢材排被卸至链式移钢号 Ｌ ７ 由主操作 台工作站将轧制程序表中各机架基速下转 Ｐ 。这些基速是 Ｅ Ｉ 根据金属秒流量公式 ＝ ， —ｌ 第 ｎ （ 架延伸系数， 第 ｎ 架轧辊线速度， —ｌ 是第 ｎ 架轧辊线速度 ） —ｌ 理论计
点数 、 ／ Ａ Ｄ及 Ｄ Ａ的数量 ， ／ 尽可能节省硬件 ， 又要使软件尽 量简化 ， 以实现软硬件构成的最佳 比。接着进行 Ｃ Ｕ以及系 Ｐ 统软件 的选择 ，Ｃ Ｕ的性能 以及 系统软件 的后续支持能力和 Ｐ
剪机处 ， 被分段飞剪机前夹送辊夹住送入曲柄／ 回转组合式分
段飞剪 ， 剪切成适应冷床长度的商品材倍尺长度。 剪切速度高
４ ３ 飞剪 、 ． 摆剪控制 切头 及倍 尺飞 剪一 台是 用 ２号 Ｐ 与 传 动装 置 ６ Ａ ０ Ｅ Ｉ Ｒ ７
模式， 报文 ２ 个字长。各 Ｐ Ｃ和工作站用 １Ｍ通讯速率的以 Ｌ ０ 太网连接。Ｐ 采用 Ｃ ４３ 通讯卡 ， Ｅ Ｉ Ｐ４ 一ｌ 工作站采 Ｃ １１ 网 Ｐ６３ 卡。工作站为标准工业微机， Ｐ Ⅲ ０ ， Ｃ ＵＰ ７０ 内存 １８ 硬盘 ２Ｍ， ２Ｇ ２ 英寸彩显。 号、 号 Ｐ 用于响应要求不高的逻辑控 ０ ，１ ０ ｌ Ｉ Ｅ
精轧机组采用活套控制， 实现无扭无张力轧制。 轧件在活
套器内形成一定的套量（ 套高约 ３０一 ）活套扫描器检测的 ０ ，
实际套高与设定高度比较， 通过比例积分 ＰＤ调节器， Ｉ 自动调 节上游机架的转速， 使其偏差趋于零。 为使系统稳定， 设定 ４ ０衄 高度的活套死区。 － ５ 在控制过 程中， 对偏差较大的套量将其积分分量 Ｈ 级联调整上游各机 Ｉ 架， 对偏差较小的套量只将其比例分量 Ｈ 对本机架调整。这 ｐ 样， 整个调节系统既保证了快速性又获得了相对稳定性， 达到最 佳控制。
整个车间的计算机系统拟采用基础级 ＋ 监控级计算机系 统。基础级计算机主要完成车间内部各工艺功能的控制， 如： 精轧机的自动活套控制和飞剪的自动剪切控制等。监控级计 算机是通过通讯网络， 接收和采集有关信息， 实现对车间生产 和产品自动化管理。整个网络系统分为基础级现场总线网和
生 产控 制监 控级 网 ，并 预 留 了向上一 级 网络 发展 的接 口设
制、 活套控制自动调节的速度变化 ， 作为下一根轧件的轧制速
度。 通过这种自 学习的过程， 很快就能得到符合实际轧制的轧
机电机转速。 并可及时自动记录下各轧机的工作转速， 通过存 储功能、 构成符合生产要求的最新轧制程序表。
粗、 中轧机组采用 微张力 控制。 此功能 的 目的是调节各机
架的速度， 保持轧件的张力在一定范围内， 做到不堆钢， 基本
提供了可靠 的保证 。 １ 设计步骤 初步设计 时首先 要对用户提 出的关于生产过程 自动化的
长钢棒 材车 间年设计 生产 １ 一舛 ０ 钢和螺 纹钢 ３ ６ 圆 ０
万 ｔ工艺布置图略） 原料采用 １０ｌｎ 大断面连铸坯。 （ 。 ５ ｉ ｎ２ 连铸
坯热装热送进入加热炉 ， ｌ 架轧机一火 连续轧制成 材。精 经 ７ 轧机采用平 、 立交替 布置 ， 实现无扭活套 轧制。轧线 预留了无 头轧制段 ， 为实现无头轧制 工艺 留下了空间 。 精轧机组 轧出的轧件经 轧后 输送辊道 被送至倍 尺分段飞
件 的堆拉情况采用级联方 式人工调整某一 机架及上 游所 有机 架 的转速 ，Ｐ Ｃ自动记 录下人工 干预 的速度 变化 和微 张力控 Ｌ
在链式移钢台架上边移动。钢材排经三段链式移钢机落入钢 材收集臂中， 并由收集臂将收集好的钢材平放至收集辊道上，
然后送至 自动打包机处进行自动打包。
３ 自动化 系统的 组成
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总第 ９ ６期 ２０ ０４年第 ４ 期 文章编号 ：６ ２—１５ （０ ４ ０ ０ ４ ０ １７ １２ ２０ ）４— ０ ９— ２
山西 冶金
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＭＥＴＡＬＬ ＵＲＧＹ
Ｔｏａ ６ ｔｌ９
ＮＯ ４， ０ ４ ． ２ ０
长治钢 铁集 团公 司轧钢 厂一车 间于 ２０ 年 ７ ０２ 月开始建
软件的丰富程度。在开发控制程序时要根据轧线的控制要求，
给出数学模型公 式来描述 生产过程 中各个工艺参 数 的定量关
设 ，０３ ４ ２０ 年 月投入试生产。全线采用了先进的计算机控制 系统， 该系统体现了当前轧钢 自动化控制的几个特点： １ 计 （）
算机而得 。 一旦 Ｐ 接受 后， Ｅ Ｉ 只要更改 最末一架轧机 的实际的
设定值 ， Ｌ Ｐ Ｃ即可 自动推算出其余上游轧机实际要求的轧辊 线速度。 由于最初的轧制程序表是一个理论计算 ， 与实际有偏 差。 通常在试轧时， 往往用 ８ ％最高轧制速度试轧。 Ｏ 轧钢前可 在主操作台上人工单独调整任一机架转速。轧钢时可根据轧
制 和 炉 温 控 制 Ｃ Ｕ采 用 带 Ｐ Ｏ ＩＵ — Ｐ接 口的 ４４ Ｐ Ｒ ＦＢ Ｓ Ｄ １—
收稿 日期 ：０４—０ ２０ ７—２ ６
全连轧棒材线 自动化控制系统设计与实现
长治钢铁 （ 团） 限公 司 廉宏 亮 张军 霞 集 有
摘 要 介 绍 了 自动 化 控制 系统在 全 连轧棒 材 线 上 的设 计与 实现 ．详 细 阐述 了棒 材 线 自动 化控 制 系
统 的硬 件 配 置及各 种 功 能的 实现 。
括交 、 流传 动装置 、 台（ ） 直 操作 箱 通过 Ｐ Ｏ ＩＵ — Ｐ Ｒ ＦＢ Ｓ Ｄ 现场总
线连网， 大大减少了电缆使用量， 降低了建设成本， 还为系统 提供了更大的灵活性和扩展性；（）工作站具备全厂设备监 ３ 控、 参数设定、 轧件跟踪、 故障诊断、 模拟轧制趋势分析等多项 功能， 构成完善友好的人机界面， 为产品质量、 作业率的提高
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５ ０・
２０ ０４年第 ４ 期
大降低，更为先进的是能以全厂 Ｐ Ｃ连网，方便实现数据交 Ｌ
换。 ４２ 轧机速度控制 ．
条送到冷床末端 的收集 链条装置上 ，收集链根据不 同的成 品
规格以不同的步距步进动作 ， 形成不堆叠的钢材层， 当收集链
上收集 的轧件根数 达到冷剪机剪切根数时 ，设置在 收集链下