安鋼半連軋控制技術的應用
【摘要】∶簡要介紹了安鋼第一軋鋼廠φ300mm棒材機組半連軋自動化控制系統的結構，主要說明了電氣自動化控制的各功能及應用，并對自動控制系統的配置、構成作了詳細描述。
關鍵詞： 系列PLC 90-70 速度級聯調 活套自動控制 HMI監(jiān)控系統
Automatic control system for φ300mm bar mill
Ma Shefang Wang Dongfei
(Anyang Iron & Steel Croup co .ltd)（Henan Ancai Croup co .ltd）
Abstract : The structure of automatic control system , which has been used inφ300mm Semi-Continuas rolled bar mill of anyang No.1 SteelRolling Plant , was introduced briefly in this paper , it mainly described the function and application of the system , and it also described the configuration and composition of the system in detail.
Keywords :Series 90-70 PLC , Speed stage-combined commission , Automatic control loop, HMI monitoring system
1、前言
安鋼第一軋鋼廠φ300mm棒材機組半連軋生產線，是在原φ250mm機組橫列式軋機的基礎上改造建成的，預計年產能達到80萬噸鋼材，生產的規(guī)格為φ20-φ28的圓鋼和螺紋鋼。工藝結構是加熱爐仍采用三段連續(xù)是加熱爐，粗軋為500軋機軋制三道，中軋采用7架400軋機實現微張力自動控制軋制，預精軋橫列式兩架300軋機。精軋一臺300軋機，單獨傳動，它與預精軋構成兩套圍盤軋制。在連軋系統中，安裝了一套用于切頭、切尾和事故碎斷1#飛剪，在預精軋前安裝了兩套活套裝置并采用了控溫軋制，成品后有倍尺飛剪，用來保證鋼材的定尺率。
2、自動控制系統的基本結構
φ300mm機組改造后的自動化控制系統，配置有5臺GE公司的90系列PLC，設有2個操作站，軋制區(qū)4#操作臺、精整區(qū)5#操作臺各1個，在主電室設有工程師站。在4#操作臺和主電室配有IPC 610/PCA-6186LV 研華工控機。操作界面采用CIMPLICITYHMI人機接口系統與軋機控制系統交換信息，顯示畫面采用漢字系統。現場的潤滑、液壓系統以及軋線上各操作點配有4臺遠程I/O站點，主傳動系統采用GE公司DV-300系列數控裝置，每套傳動裝置均配有1塊PROFIBUS通訊網卡，用于與主PLC的數據通訊。4#操作臺，工程師站、PLC之間的通訊采用工業(yè)以太網，通訊介質采用光纖電纜和同軸電纜，PROFIBUS的通訊介質采用工業(yè)屏蔽雙絞線。主軋線PLC與1#切頭尾飛剪、2#倍尺飛剪、控軋系統PLC、冷床區(qū)控制系統的PLC及遠程I/O通訊之間采用GENIUS網線控制。改造后的半連續(xù)軋制系統，配備了較高電氣自動化控制，其配置如圖1所示。
圖1：自動化控制系統配置圖3、電氣自動化控制功能半連軋改造對電氣設備的具體要求是：電氣控制系統應具有最優(yōu)的性能價格比，作為基礎自動化系統的PLC控制級，要求采用實時通信網絡,將各可編程控制器及人機接口計算機聯結在一起。人機接口計算機系統應以畫面形式向操作人員提供系統工作狀態(tài)顯示，并能輸入/修改控制數據，畫面應簡單實用利于維護，故障報警功能用于及時反映系統有關設備的各種故障,可大大減少故障查找時間,提高系統的作業(yè)率。作為下屬設備控制級，由全數字控制的直流可控硅調速系統及各類檢測傳感元件組成，根據上級設定系統所發(fā)出的各種指令,準確地驅動機械設備動作。
3.1、軋機速度級聯調控制級聯調速是為了使控制系統或操作人員能夠調整軋線某一相鄰機架的速度關系,而不影響其他機架間已有的速度關系。控制系統應通過級聯速度設定及自動級聯調節(jié)相結合的方式為各機架提供速度給定。速度級聯系統通過主PLC實現，級聯速度設定是通過確定軋制線基準速度和各機架延伸率，來確定各機架速度關系的，依逆行設定速度。
自動級聯調節(jié)是用活套調節(jié)器的有套量偏差，或微張力控制時產生的速度修正信號,對相應的相鄰機架，或級聯方向上含同一根鋼的機架的速度進行修正，相關機架間的設定速比不影響其它機架的速度配合關系。
由級聯速度設定、自動級聯調節(jié)綜合產生的各機架線速度,再根據對應機架的工作輥徑及齒輪減速比等因素，匯總折算為電機軸轉速,然后線性變換為速度給定信號, 由主PLC通過PROFIBUS網傳送給主傳動速度調節(jié)裝置DV-300。速度級聯關系應在前后兩根鋼之間斷開時,減小前面軋件對后面軋件的速度干擾。為了減少軋線起動對設備及電網的沖擊，各直流傳動機架按緩慢斜率逐漸加速到設定速度。當任一機架起動失敗時系統給出報警。
3.2`、機架間速度關系的手動調整
操作人員可隨時對任一相鄰間機架的速度關系進行手動調整，當設定速度偏差過大，超過機架間自動調節(jié)系統作用范圍或有意識關閉自動調節(jié)系統時，對速度設定進行人工調節(jié)。操作時操作工通過觀察進行調整，消除機架間的堆鋼和拉鋼現象。在級聯速度設定系統中用手動干預,直接修改機架的延伸率。手動調整可通過選擇機架，用增/減開關來完成。
3.3、微張力自動控制
微張力控制是使各機架之間的軋件按微小張力進行軋制，微張力是用來檢測和調整相鄰機架間速度關系的。主PLC系統設有微張力調節(jié)器，通過微張力調節(jié)器，根據檢測的張力大小偏差產生速度修正信號，調整機架速度來維持張力值不變，實現前后機架間的負荷平衡，保證產品質量。系統通過檢測電機電流的大小,間接求出機架間張力的大小,用微張力調節(jié)器進行控制靜態(tài)精度。
3.4、活套自動控制
活套是用來檢測和調整相鄰機架間的速度關系，實現無張力軋制的設備。主PLC中設有活套調節(jié)器，活套調節(jié)器是根據檢測的活套高度偏差，產生速度修正信號,調整機架速度以維持活套高度（活套量)在給定值上不變，實現前后機架速度秒流量平衡。活套的起落是通過起套輥，改變軋件的金屬流動方向生成的。使軋件在軋制過程中生成自由的弧形，保證軋制過程中無張力軋制。起套輥伸出和收回信號來自軋件頭尾跟蹤信號。由于起套輥動作執(zhí)行機構延遲性，起套輥伸出信號要比預期到達的伸出位置，提前一個延遲時間。當軋件尾端接近活套的前一機架時,開始收套，活套高度將按一定斜率下降為零，以避免軋件甩尾，最后起套輥收回。
3.5、HMI監(jiān)控系統 (人機接口)
操作人員通過CIMPLICITYHMI人機接口系統與軋機控制系統交換信息，顯示畫面采用中文漢字系統。系統提供了方便靈活的選擇、設定和監(jiān)控功能。采用CIMPLICITY系統,操作人員可通過鍵盤和鼠標，對軋線參數進行手動設定,也可對存貯的軋制程序直接調用，進行自動設定。操作工可通過屏幕方便地對軋制程序表進行輸入或修改。
3.6、軋線設定系統
軋線設定系統用于選擇軋機組態(tài)，指各主軋線機架的延伸率及各軋機的輥徑等。所有設定均采用工藝參數，與電機及傳動系統的參數無關，對于直流傳動的主軋線，則根據設定的延伸率、輥徑、輥
環(huán)修正系數、K3出口速度等自動計算出各機架的速度給定值，保證連續(xù)軋機各點金屬流量相等。
顯示畫面顯示了各機架的百分比速度,便于操作人員核對系統設定的速度與對應機架電機最高轉速之間是否有足夠的裕量，當該速度裕量過小時系統給出報警。
3.7、飛剪的剪切控制
在中軋機組中設有切頭、切尾飛剪，PLC通過接收熱檢及編碼器信號，對軋件進行切頭、切尾。當發(fā)生故障時，飛剪對軋件進行碎斷。在切頭及碎斷時，飛剪的剪切速度高于軋件速度的5%-15%。飛剪控制設有兩個檢測回路，一個是飛剪電機編碼器與PLC的高速計數器組成的回路，另一個是軋件頭、尾從熱檢HMD到飛剪剪刃的檢測回路。無論軋制速度的高低，軋件從HMD到飛剪所走過的距離是固定的。安裝在上游電機軸上的編碼器產生的脈沖數與軋輥轉過的角度成正比，這也與軋件所走過的長度成正比。當熱檢HMD檢測到軋件頭部或尾部時，啟動PLC高速計數器累加的脈沖數，計數到達設定的值時飛剪剪切。
4、結束語安鋼一軋廠φ300mm機組改造后的半連軋自動化控制動系統，實現了橫列式改造為半連軋自動控制系統的先例，控制系統的結構、配置以及軟件都是比較先進的。改造后設備的運行穩(wěn)定，設備事故、工藝事故逐漸減少，小時產量由原60t上升到100t，增加了可觀的經濟效。
[參考文獻]
[1]劉京華等主編 小型連軋機的工藝與電氣控制。冶金工業(yè)出版社，2000.7
[2] 劉元揚等主編 自動檢測和過程控制。 冶金工業(yè)出版社，2000.3
安鋼半連軋控制技術的應用[參考文獻]
1、《小型連軋機的工藝與電氣控制》
新疆八一鋼鐵(集團)公司《小型連軋機的工藝與電氣控制》編寫組編著
冶金工業(yè)出版社，2000.7
2、《自動檢測和過程控制 》
/ 劉元揚, 劉德溥編.
北京: 冶金工業(yè)出版社, 1980.10
3、《電氣自動控制》
/姚樵耕,俞文根編著
北京-機械工業(yè)出版社 2005
