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　　概況
 
　　濟(jì)源鋼鐵公司高速線材車間為全連續(xù)式高速線材車間，設(shè)計(jì)速度為 100m/s，設(shè)計(jì)產(chǎn)量為35 萬噸/年，原料為150x150x9000 連鑄坯。產(chǎn)品尺寸為圓鋼∅5.5~16mm；螺紋鋼∅8~14mm。該生產(chǎn)線是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試的高速線材生產(chǎn)線，代表國(guó)內(nèi)的最高水平。
　　本系統(tǒng)控制范圍包括加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)、中軋區(qū)、預(yù)精軋區(qū)、預(yù)水冷段、精軋區(qū)、水冷段、夾送輥吐絲機(jī)區(qū)。
 
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
 
　　濟(jì)源高線基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用以 PLC為核心的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，見圖1。PLC機(jī)型采用GE90-70。HMI 操作站采用 GE CIMPLICITY 人機(jī)接口系統(tǒng)。監(jiān)控網(wǎng)采用通用以太網(wǎng)，連接 PLC與各 HMI 操作站系統(tǒng)，用于傳輸人機(jī)接口(HMI)的監(jiān)控操作信息并可通過該網(wǎng)進(jìn)行 PLC 編程監(jiān)控。由 PLC下掛的傳動(dòng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用 ProrfiBus DP，連接各個(gè)直流傳動(dòng)裝置和變頻器?，F(xiàn)場(chǎng)總線采用 GENUIS， 用于連接分散 I/O 系統(tǒng)及PLC之間的通訊。 基礎(chǔ)自動(dòng)化的所有控制功能集中在 PLC內(nèi)完成，各傳動(dòng)裝置作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照 PLC 系統(tǒng)的指令控制軋機(jī)速度。全線通過配備三級(jí)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，相互通訊、資源共享、并行運(yùn)算、形成集中管理分散控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。由于控制分散，可靠性增強(qiáng)，局部設(shè)備的故障不影響全局，而監(jiān)控集中，則可使操作及管理人員掌握全局。

　　GE90-70 PLC
　　對(duì)軋機(jī)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)來說，GE90-70 PLC能滿足各種復(fù)雜的、高速的實(shí)時(shí)控制要求，且具有很高的可靠性及性能價(jià)格比。 
　　 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)
　　系統(tǒng)采用 TCP/IP 以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控計(jì)算機(jī) HMI 與 PLC 控制器之間的數(shù)據(jù)傳遞，信號(hào)聯(lián)絡(luò)和通訊 
　　 傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)
　　系統(tǒng)采用 Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 PLC控制器與各直流傳動(dòng)之間的通訊。該網(wǎng)絡(luò)為西門子傳動(dòng)產(chǎn)品的專用配套網(wǎng)絡(luò)， 
　　現(xiàn)場(chǎng)總線
　　系統(tǒng)采用 GENUIS 網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)場(chǎng)控制總線，主要用于分散 I/O 系統(tǒng)及進(jìn)行 PLC 控制器之間的通訊。該網(wǎng)絡(luò)為GE 公司 PLC產(chǎn)品及傳動(dòng)產(chǎn)品的專用配套網(wǎng)絡(luò)。
 
　　監(jiān)控系統(tǒng) 
 
　　HMI操作站
　　主操作人員與軋機(jī)控制系統(tǒng)交換信息的主要界面為 CIMPLICITY HMI 人機(jī)接口系統(tǒng)，系統(tǒng)為全中文界面，彩色圖形畫面顯示。本系統(tǒng)選用三套 CIMPLICITY HMI 人機(jī)接口計(jì)算機(jī)，一臺(tái)作為服務(wù)器，另兩臺(tái)作為客戶機(jī)。三套系統(tǒng)的界面完全相同，便于電氣人員的檢修與維護(hù)。在服務(wù)器上操作人員可完成如下所述的所有功能；在客戶機(jī)上操作人員可完成除“設(shè)定”外的所有功能，即僅可監(jiān)視而無權(quán)操作和設(shè)定軋線系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能劃分為以下幾大類:
　　(1)    設(shè)定：
　　通過軋制程序表進(jìn)行軋線設(shè)定數(shù)據(jù)的編制、修改、存儲(chǔ)、檢索、下裝、上裝。在生產(chǎn)過程中通過部分操作畫面來修改那些要經(jīng)常修正的參數(shù)。
　　(2)    監(jiān)控： 
　　 軋線工藝概況及軋線設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的顯示。 利用棒形圖顯示整個(gè)主傳動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流的百分比。利用數(shù)據(jù)表顯示各機(jī)架在軋制過程中的各種參數(shù)。 
　　 系統(tǒng)運(yùn)行模式及控制功能的選擇及狀態(tài)顯示。 
　　 液壓站、潤(rùn)滑站等輔助設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)顯示。
　　(3)   分析： 
　　 軋件跟蹤信號(hào)顯示畫面，用于檢驗(yàn)各機(jī)架咬鋼情況及頭尾跟蹤系統(tǒng)工作狀況。 
　　 各熱金屬檢測(cè)器、活套掃描器的診斷畫面，分析軋線各種檢測(cè)元件的的工作狀況。
　　(4)   診斷系統(tǒng)：
　　利用診斷系統(tǒng)可方便地查找合閘條件、運(yùn)行條件、過鋼條件的每一個(gè)環(huán)節(jié)。診斷信息按層次分類，不同的狀態(tài)顯示不同的文字和顏色。

　　(5)   報(bào)警系統(tǒng)： 
　　 故障報(bào)警信息自動(dòng)登錄。
　　事故及報(bào)警信息在報(bào)警畫面中顯示，有報(bào)警發(fā)生時(shí)間，持續(xù)時(shí)間，物理名稱，報(bào)警等級(jí)，報(bào)警信息中文說明等信息。 
　　  直流傳動(dòng)故障代碼可在此畫面中查到具體含義。 
 
　　 CP2 集中操作臺(tái)
生產(chǎn)過程中需要快速反應(yīng)或頻繁進(jìn)行的操作通過 CP2集中操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)，這類操作有:
　　各區(qū)域的正常“起/停”操作。

　　全線的快速、緊急停車。
　　軋機(jī)的手動(dòng)調(diào)速。
　　夾送輥夾送方式的選擇。 
　　卡斷剪的操作
　　輥道及其它運(yùn)送設(shè)備操作 
 
　　就地操作箱
　　系統(tǒng)設(shè)有必要的就地操作臺(tái)箱設(shè)備。用于軋機(jī)換輥、檢修、點(diǎn)動(dòng)、冷卻水閥的就地開關(guān)和保護(hù)罩的開閉等操作。
 
　　系統(tǒng)主要控制功能 
 
　　軋機(jī)的起動(dòng)和停止:    
　　全線軋機(jī)分成粗軋區(qū)、中軋區(qū)、預(yù)精軋區(qū)、精軋區(qū)、吐絲機(jī)夾送輥區(qū)，以區(qū)域?yàn)閱挝环謩e控制軋機(jī)正常起動(dòng)和停止。每個(gè)區(qū)域正常的啟車、停車通過 CP2 主操作臺(tái)上相應(yīng)區(qū)域的“啟動(dòng)/停止”按鈕實(shí)現(xiàn)。當(dāng)軋線出現(xiàn)故障，未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車，可通過 CP2 主操作臺(tái)上該區(qū)域的快速停車按扭或就地操作箱上的快速停車按鈕進(jìn)行該區(qū)域的快速停車。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，快速停車無效時(shí)可通過 CP2 上的全線緊急停車按鈕直接分閘停車。為減少軋線起動(dòng)對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)的沖擊，軋線各傳動(dòng)裝置按一緩慢斜率逐漸加速到設(shè)定速度，系統(tǒng)設(shè)定正常起停 10s、快速停車3s達(dá)到速度給定的100%。
　　軋線速度級(jí)聯(lián)系統(tǒng)
　　本系統(tǒng)通過速度設(shè)定級(jí)聯(lián)及自動(dòng)調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)相結(jié)合的方式為軋線各機(jī)架的速度提供速度給定。其中速度設(shè)定級(jí)聯(lián)即通過確定軋線基準(zhǔn)速度（本系統(tǒng)采用精軋機(jī)出口速度）和各機(jī)架延伸率來確定各機(jī)架的設(shè)定速度；自動(dòng)調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)是指定用活套調(diào)節(jié)器或微張力調(diào)解器產(chǎn)生的速度修正率，通過級(jí)聯(lián)的方式對(duì)各機(jī)架的速度進(jìn)行修正。為保證精軋出口速度的穩(wěn)定，本系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)方向?yàn)槟孳堉品较蚣磸木垯C(jī)開始向軋線上游級(jí)聯(lián)。 由速度設(shè)定級(jí)聯(lián)及自動(dòng)調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)綜合產(chǎn)生各機(jī)架線速度給定，再根據(jù)對(duì)應(yīng)機(jī)架的工作輥徑及減速機(jī)速比等折算為電機(jī)軸轉(zhuǎn)速，然后線性變換為速度給定信號(hào)，通過實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)由PLC送給主傳動(dòng)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 
 
　　機(jī)架間速度關(guān)系的手動(dòng)調(diào)整
當(dāng)設(shè)定速度偏差過大，超過機(jī)架間自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用范圍（5%）；或機(jī)架間自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)， 操作人員可對(duì)任一相鄰機(jī)架的速度關(guān)系進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整， 消除機(jī)架間的堆鋼和拉鋼現(xiàn)象。手動(dòng)干預(yù)直接作用于速度設(shè)定級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，修改機(jī)架的延伸率。 
 
　　微張力自動(dòng)控制
　　本系統(tǒng)的前 12 個(gè)機(jī)架采用微張力控制，設(shè)有微張力調(diào)節(jié)器，其作用是根據(jù)檢測(cè)的張力大小偏差產(chǎn)生速度修正信號(hào)，調(diào)整機(jī)架速度以維持張力值不變。從而實(shí)現(xiàn)其前后機(jī)架間的速度匹配以保證產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)通過檢測(cè)電機(jī)電流的大小，間接求出機(jī)架間張力的大小，通過 PLC 中的微張力調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。 
 
　　活套自動(dòng)控制
　　活套是用來檢測(cè)和調(diào)整相鄰機(jī)架間的速度關(guān)系從而實(shí)現(xiàn)無張力軋制的一種手段， 適合于軋件截面較小的場(chǎng)合?；钐卓刂品譃榛钐渍{(diào)節(jié)器的控制和起套輥控制。 系統(tǒng)設(shè)有5 個(gè)立活套和1 個(gè)側(cè)活套， 根據(jù)活套設(shè)定高度與活套掃描器檢測(cè)的活套高度的偏差產(chǎn)生速度修正信號(hào)，調(diào)整機(jī)架速度維持活套高度在給定值上不變，從而實(shí)現(xiàn)其前后機(jī)架間正確的速度配合。各活套產(chǎn)生的速度修正信號(hào)，均改變其前一機(jī)架的速度，并以同樣的比率向該機(jī)架以及上游機(jī)架進(jìn)行速度級(jí)聯(lián)控制，終止至本只鋼的尾部所在機(jī)架。 
 
　　速度設(shè)定自適應(yīng)功能
　　機(jī)架間自動(dòng)調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)（活套、微張力等）產(chǎn)生的速度修正信號(hào)反映設(shè)定的機(jī)架間速度關(guān)系（延伸率） 的誤差。 速度設(shè)定自適應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)穩(wěn)定軋制時(shí)這一誤差的大小修正對(duì)應(yīng)機(jī)架的延伸率，這樣就可以將在自動(dòng)調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)中才能修正的誤差提前到在速度設(shè)定級(jí)聯(lián)中消除。 這一修正后的延伸率將使下一根鋼到來時(shí)機(jī)架間的速度配合關(guān)系處于最佳狀態(tài)。 
 
　　沖擊速度（動(dòng)態(tài)速降）補(bǔ)償
　　沖擊速度補(bǔ)償系統(tǒng)于咬鋼之前在正常的軋機(jī)設(shè)定速度上迭加一速度增量， 咬鋼后將上述增量撤銷，從而達(dá)到減小以致消除動(dòng)態(tài)速度降影響的目的。另一方面，一定量的沖擊速度降有助于精軋機(jī)架間的活套形成，初始套量的大小可通過改變沖擊速度補(bǔ)償值進(jìn)行控制。 
 
　　軋件頭尾跟蹤及故障檢測(cè)
　　控制系統(tǒng)對(duì)軋件進(jìn)行頭尾跟蹤，以產(chǎn)生所需的控制信號(hào)及實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)的順序控制。頭尾跟蹤的另一目的是進(jìn)行軋件故障（跑鋼）檢測(cè)并起動(dòng)報(bào)警或切廢等。
　　吐絲機(jī)前夾送輥的控制
　　包括夾送輥動(dòng)作時(shí)序的控制和夾送輥的張力、速度控制。
 
　　小結(jié)
 
　　本套軋線控制系統(tǒng)由我院電氣調(diào)試人員獨(dú)立開發(fā)，系統(tǒng)控制功能齊全、可靠性高，為我院創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，確立了我院在棒線材領(lǐng)域國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地位。