粗軋機(jī)換輥系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

楊蘭萍，尹爽

（山東省冶金科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

粗軋機(jī)換輥系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

楊蘭萍，尹爽

（山東省冶金科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

粗軋機(jī)換輥系統(tǒng)應(yīng)用位移編碼器、接近開(kāi)關(guān)等作為檢測(cè)輥?zhàn)游恢貌⒍ㄎ坏墓ぞ撸捎肞LC、工控軟件STEP7 V5.4及Wincc V6.2進(jìn)行自動(dòng)控制，完成換輥液壓缸的自動(dòng)定位、自動(dòng)換輥。應(yīng)用表明，換輥裝置定位準(zhǔn)確，20 min即可完成1次換輥。

粗軋機(jī)；換輥系統(tǒng)；自動(dòng)控制系統(tǒng)；位移編碼器

1 前言

粗軋機(jī)換輥系統(tǒng)是軋鋼生產(chǎn)線的基礎(chǔ)組成部分，包括換輥車(chē)、液壓站兩部分。液壓站為軋機(jī)提供壓力油，保證換輥工作正常執(zhí)行，當(dāng)其溫度、壓力異常時(shí)容易引起站內(nèi)事故，會(huì)使換輥系統(tǒng)失靈，致使軋機(jī)機(jī)架不能正常工作，而輥?zhàn)幽p則影響板材質(zhì)量。因此換輥系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。為此，開(kāi)發(fā)換輥系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)安全快速換輥。

2 換輥系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

換輥系統(tǒng)主要設(shè)備包括換輥車(chē)、卷筒電機(jī)、液壓缸（34個(gè)）、接近開(kāi)關(guān)，另有壓力、溫度、位移等檢測(cè)元件。該系統(tǒng)可在中控室對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并通過(guò)操作臺(tái)操作換輥車(chē)與液壓缸將舊的工作輥與支撐輥拉出，將新的工作輥與支撐輥推進(jìn)軋機(jī)進(jìn)行換輥工作，保證軋鋼生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，并為保證板材質(zhì)量提供基礎(chǔ)保障。

2.1 硬件組成

控制系統(tǒng)組成：PLC選用1套Siemens S7-300控制系統(tǒng)（CPU：6ES7 315-2DP）、1個(gè)操作臺(tái)，通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程控制站及其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制。受控設(shè)備包括4臺(tái)西門(mén)子70系列變頻器（分別控制2臺(tái)工作輥小車(chē)、1臺(tái)支撐輥小車(chē)及卷筒電機(jī)）。該系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與軋機(jī)液壓站的2套Siemens S7-300控制系統(tǒng)、2臺(tái)上位機(jī)、1臺(tái)觸摸屏實(shí)時(shí)通訊，完成數(shù)據(jù)交互應(yīng)用、數(shù)據(jù)記錄；與軋機(jī)主系統(tǒng)通過(guò)DP-DP Coupuler通訊。

2.2 軟件組成

系統(tǒng)下位編程軟件采用西門(mén)子STEP7 V5.4，通過(guò)對(duì)變頻器、位置編碼器、S7-200站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，讀取各設(shè)備控制參數(shù)，并向各設(shè)備發(fā)送多個(gè)控制字，完成對(duì)變頻器、位置編碼器的精確控制。上位機(jī)中控室監(jiān)控軟件采用西門(mén)子WINCC V6.2，設(shè)計(jì)中控室監(jiān)控畫(huà)面。在畫(huà)面上可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄并報(bào)警；可以遠(yuǎn)程控制站內(nèi)設(shè)備的手動(dòng)、自動(dòng)啟動(dòng)停止；可對(duì)換輥車(chē)操作狀況、換輥車(chē)限位、液壓缸各限位到位信號(hào)、液壓缸動(dòng)作、部分液壓缸位置等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可設(shè)定液壓缸裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該液壓缸的定位控制。

2.3 換輥系統(tǒng)的控制方式

換輥系統(tǒng)的操作方式分為半自動(dòng)和手動(dòng)操作。手動(dòng)操作，可單獨(dú)操作閥臺(tái)、換輥車(chē)等設(shè)備的啟動(dòng)、停止；半自動(dòng)操作，換輥車(chē)通過(guò)主令控制小車(chē)速度、方向，小車(chē)在到達(dá)加速位、減速位、停止位時(shí)分別執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。換輥完成后軋鋼，在軋鋼狀態(tài)下，機(jī)架內(nèi)換輥用閥組不允許動(dòng)作。所有液壓缸均可手動(dòng)或自動(dòng)控制，手動(dòng)操作時(shí)，液壓缸點(diǎn)動(dòng)控制；自動(dòng)控制時(shí)，各液壓缸根據(jù)各限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)檢測(cè)自動(dòng)動(dòng)作或停止。液壓缸與換輥車(chē)聯(lián)鎖：旋轉(zhuǎn)軌道閉合前，橫移液壓缸3和4均不得動(dòng)作；換輥小車(chē)拖鉤與下工作輥掛鉤連接，軸端擋板打開(kāi)后，換輥小車(chē)方允許動(dòng)作；換輥小車(chē)?yán)鱿鹿ぷ鬏佇谐?50 mm過(guò)程中，上工作輥彎輥平衡缸不得動(dòng)作；當(dāng)換輥小車(chē)觸碰接近開(kāi)關(guān)停止后，上工作輥彎輥平衡缸才可以縮回，使上工作輥落在下工作輥上。

換輥車(chē)變頻控制，由端子輸入控制啟、停，速度由操作人員通過(guò)主令給定，變頻控制方式設(shè)定為V/f控制，加速時(shí)間5 s、減速時(shí)間5 s，啟用RS觸發(fā)器U952。由于工作輥小車(chē)行程短，基于安全性操作的考慮，最大轉(zhuǎn)速限定為小車(chē)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的70％。支撐輥換輥車(chē)卷筒電機(jī)由變頻控制，當(dāng)支撐輥換輥車(chē)正向運(yùn)行時(shí)拖動(dòng)卷筒電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，該變頻器無(wú)需工作。支撐輥換輥車(chē)反向運(yùn)行時(shí)，在支撐輥小車(chē)加速點(diǎn)前，卷筒電機(jī)以D1速度運(yùn)行；在支撐輥小車(chē)減速點(diǎn)后，卷筒電機(jī)以D2速度運(yùn)行；當(dāng)小車(chē)在加速與減速點(diǎn)之間，卷筒電機(jī)速度等于小車(chē)速度乘一定系數(shù)，此系數(shù)為經(jīng)驗(yàn)值。根據(jù)支撐輥小車(chē)行程、卷筒電機(jī)參數(shù)、卷纜長(zhǎng)度與卷筒內(nèi)外直徑綜合考慮，使卷筒電機(jī)與換輥車(chē)線速度相同，并參考實(shí)際運(yùn)行情況得出。

2.4 應(yīng)用位置編碼器檢測(cè)液壓缸位置

應(yīng)用編碼器檢測(cè)位置的液壓缸有導(dǎo)衛(wèi)護(hù)板、支撐輥抬升缸等共計(jì)6個(gè)。由于位移傳感器的安裝位置不同，而傳感器靈敏度較高，每個(gè)液壓缸均需單獨(dú)標(biāo)定，使其檢測(cè)位移與實(shí)際位移相符。導(dǎo)衛(wèi)護(hù)板機(jī)械安裝時(shí)，為使得左右護(hù)板不傾斜，需單個(gè)護(hù)板分別設(shè)定工作位置，單獨(dú)動(dòng)作。

支撐輥抬升缸的定位有上限、下限2個(gè)限位。支撐輥抬升缸在上限或下限時(shí)，支撐輥換輥車(chē)可動(dòng)作；反之換輥車(chē)不可動(dòng)作。上、下限根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作位置，由操作人員在上位機(jī)輸入設(shè)定。

2.5 位置編碼器的液壓缸位置檢測(cè)及計(jì)算

CPU經(jīng)SM 338模塊通過(guò)RS-422總線讀取絕對(duì)值編碼器的碼值，并將輸入值由格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼，由程序通過(guò)以下計(jì)算得出被檢測(cè)位置：

其中：D為液壓缸全行程，Ms為編碼器最小碼值，Mx為編碼器最大碼值，P為液壓缸的當(dāng)前位置，Mi為當(dāng)前碼值。位移傳感器選用磁致伸縮位移傳感器，檢測(cè)數(shù)值精確可靠，其位置可精確至0.02 mm，完全可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要。

3 應(yīng)用效果

粗軋機(jī)換輥?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用后，操作人員通過(guò)觸摸屏監(jiān)測(cè)換輥車(chē)限位狀態(tài)、液壓缸動(dòng)作，讀取液壓缸的準(zhǔn)確位置，操作方便，避免了遠(yuǎn)距離看不清限位燈而作出錯(cuò)誤判斷現(xiàn)象，解決了因機(jī)架內(nèi)水油多接近開(kāi)關(guān)易壞、需經(jīng)常更換的問(wèn)題。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中卷纜隨換輥小車(chē)動(dòng)作，平滑穩(wěn)定；換輥系統(tǒng)20 min完成1次換輥，達(dá)到了快速換輥的要求。

Development of the Automatic Control System for Rougher Roll Changing System

YANG Lan-ping,YIN Shuang
（Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

The automatic control system for rougher roll changing system used displacement encoder and proximity switch to detect and locate the site of rolls and adopted the PLC,STEP7 V5.4 and Wincc V6.2 to control the roll changing system automatically, accomplishing automatic positioning of the hydraulic cylinders and automatic roll changing.Applications showed that the positioning of the roll changing device was accurate and it accomplished roll changing in 20 minutes.

roughing mill;roll change control system;automatic control system;displacement encoder

TP273

B

1004-4620（2011）04-0055-02

2011-06-28

楊蘭萍，女，1977年生，2002年畢業(yè)于濟(jì)南大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)為山東省冶金科學(xué)研究院助理工程師，從事電氣自動(dòng)化技術(shù)工作。