泰鋼1 780 mm六輥軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

翟周科，馬艷陽(yáng)，尤 翔，商亞丹

(1．中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032;2．陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710302)

1 前言

1 780 mm六輥可逆冷軋機(jī)軋制材質(zhì)為普通碳素鋼和低合金優(yōu)質(zhì)鋼、不銹鋼，主軋機(jī)、開(kāi)卷機(jī)和左右卷取機(jī)采用全數(shù)字交流變頻調(diào)速控制。機(jī)組采用雙CPU，全液壓推上，液壓AGC自動(dòng)控制。采用二級(jí)計(jì)算機(jī)管理，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的生產(chǎn)過(guò)程控制。機(jī)組具有軋制規(guī)程計(jì)算、道次分配、參數(shù)優(yōu)化、工作輥的正負(fù)彎輥、中間輥正彎輥控制和中間輥竄輥設(shè)定功能，工藝過(guò)程實(shí)時(shí)參數(shù)和設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)、顯示和報(bào)警功能。配備激光測(cè)速儀、張力計(jì)，自動(dòng)化程度達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

2 技術(shù)參數(shù)、設(shè)備組成及工藝流程

來(lái)料厚度/mm 2.0～5.0

最大軋制壓力/kN 25 000

來(lái)料寬度/mm 800～1 600

軋制速度/m/min 0～500～1200 m/min

卷重/t Max 33

開(kāi)卷張力/kN 8～80

成品厚度/mm 0.20(目標(biāo)0.18)～2.0(碳鋼);0.50(目標(biāo)0.3)～1.5(不銹鋼)

卷取張力/kN 18～350(v＜630 m/min);10～200(v≥630 m/min)

1 780 mm六輥軋機(jī)由上卷小車、開(kāi)卷機(jī)、開(kāi)頭矯直機(jī)、左卷取機(jī)、機(jī)前裝置、主軋機(jī)、機(jī)后裝置、右卷取機(jī)、助卷器、換輥裝置、收墊紙機(jī)、除油裝置等及液壓氣動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。

工藝流程:根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，由吊車將鋼卷吊至開(kāi)卷機(jī)前的上卷小車鞍座上，人工拆除捆帶。鋼卷由上卷小車上卷，經(jīng)開(kāi)卷機(jī)(具有卷紙功能)開(kāi)卷，經(jīng)過(guò)鏟頭將帶鋼頭部從鋼卷引出，通過(guò)開(kāi)頭機(jī)、送入軋機(jī)、再送往出口的卷取機(jī)，借助助卷器(厚帶采用鉗口)對(duì)帶鋼進(jìn)行卷取并形成軋制后張力，軋機(jī)進(jìn)行多道次往復(fù)軋制，軋制后的帶鋼經(jīng)卷取機(jī)卷取后，再由卸卷小車卸卷，送往鋼卷存放鞍座上。鋼卷在鞍座上打捆、稱重后，由吊車送到中間倉(cāng)庫(kù)存放。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

1 780 mm六輥軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)由供配電系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、厚控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。

3.1 供配電系統(tǒng)

根據(jù)軋機(jī)交流電機(jī)電壓等級(jí)及電機(jī)容量要求，系統(tǒng)配置了4臺(tái)獨(dú)立的整流變壓器，其中1#整變、2#整變?yōu)橹鳈C(jī)和卷取機(jī)同步電機(jī)供電，3#整變?yōu)殚_(kāi)卷機(jī)異步電機(jī)供電，4#為同步電機(jī)的勵(lì)磁供電。工廠提供兩路AC380V電源分別至傳動(dòng)柜和基礎(chǔ)自動(dòng)化電源進(jìn)線柜，為傳動(dòng)裝置的風(fēng)機(jī)、自動(dòng)化系統(tǒng)、交流輔助電機(jī)等供電。單線圖如圖1所示。

圖1 供配電系統(tǒng)單線圖Fig.1 Single line diagram of power supply system

3.2 基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

采用雙CPU控制，一個(gè)S7－412CPU掛接了14個(gè)ET200M站，控制液壓傳動(dòng)站、設(shè)備潤(rùn)滑站、工藝潤(rùn)滑站、AGC泵站、彎輥橫移泵站及機(jī)組輔助控制，另一個(gè) S7-416CPU掛接3條PROFIBUS－DP網(wǎng)控制厚控系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、彎輥橫移系統(tǒng)。2個(gè)CPU之間，采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，傳輸聯(lián)鎖信號(hào)。S7-416CPU主機(jī)架上配置了2個(gè) FM458，一個(gè) FM458用于傳動(dòng)系統(tǒng)控制，另一個(gè)用于厚控系統(tǒng)和彎輥橫移系統(tǒng)的控制。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主軋機(jī)、開(kāi)卷機(jī)、左右卷取機(jī)組成，主傳動(dòng)，左右卷取機(jī)采用西門子公司全新推出的中壓變頻調(diào)速裝置SINAMICS SM150系列產(chǎn)品，開(kāi)卷機(jī)采用西門子6SE70整流回饋+逆變器裝置，出入口轉(zhuǎn)向輥、收墊紙機(jī)采用西門子6SE70交流變頻裝置。

開(kāi)卷機(jī)異步電機(jī)電機(jī)功率730 kW，AC520/660 V，420/1 500 r/min，卷取機(jī)同步電機(jī)電機(jī)功率4 000 kW，AC3 300 V，350/1 250 r/min，主軋機(jī)同步電機(jī)電機(jī)功率7 000 kW，AC3 300 V，360/980 r/min。開(kāi)卷機(jī)選用了一臺(tái)800 kW的整流裝置和兩臺(tái)600 kW的逆變器并聯(lián)使用來(lái)控制開(kāi)卷電機(jī)。主軋機(jī)、左右卷取機(jī)3臺(tái)電機(jī)配置了2臺(tái)10.5 MVA整流裝置并聯(lián)為3臺(tái)10.5 MVA的逆變器供電。3臺(tái)同步電機(jī)分別配置了3個(gè)勵(lì)磁裝置，勵(lì)磁由西門子6RA70裝置控制。傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖3所示。

開(kāi)卷機(jī)、左右卷取機(jī)穿帶時(shí)為速度系統(tǒng)，正常軋制時(shí)為張力系統(tǒng)，主軋機(jī)上下輥由1臺(tái)電機(jī)經(jīng)減速箱連接，穿帶和正常軋制時(shí)均為速度系統(tǒng)。速度系統(tǒng)反饋采用霍普納編碼器，并帶有超速保護(hù)。張力系統(tǒng)采用ABB張力計(jì)，直接張力閉環(huán)控制。卷徑計(jì)算采用機(jī)前機(jī)后轉(zhuǎn)向輥上的編碼器進(jìn)行線速度采集。

3.4 厚控系統(tǒng)

厚控系統(tǒng)采用的是液壓壓上的AGC系統(tǒng)。采用moog D791電液伺服閥，song位移傳感器，MPM480壓力傳感器。最大軋制力可達(dá)25 000 kN。厚控系統(tǒng)具有恒輥縫控制、軋制壓力控制、輥縫位置控制、厚度預(yù)控、厚度監(jiān)控、秒流量控制等功能。

3.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

圖2 PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 PLC network structure

圖3 傳動(dòng)系統(tǒng)圖Fig.3 Drive system

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由L1和L2兩級(jí)系統(tǒng)組成，L1級(jí)負(fù)責(zé)設(shè)備級(jí)的監(jiān)控，包括液壓站的啟動(dòng)和停止、設(shè)備狀態(tài)、傳動(dòng)系統(tǒng)的合閘和分閘、傳動(dòng)電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速的參數(shù)顯示等;L2級(jí)主要負(fù)責(zé)軋制規(guī)程的予設(shè)定。L1級(jí)由一臺(tái)工程師站ES1和一臺(tái)客戶端L1 HMI組成，分別放在計(jì)算機(jī)室和操作室。L2級(jí)由一臺(tái)服務(wù)器、一臺(tái)工程師站ES2和一臺(tái)客戶端L2 HMI組成，分別放在計(jì)算機(jī)室和操作室。計(jì)算機(jī)室和操作室分別設(shè)有一個(gè)兩光口和八電口的交換機(jī)，計(jì)算機(jī)室和操作室用光纖將兩邊的以太網(wǎng)連接起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示。

圖4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.4 Network topology of computer control system

4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

4.1 硬件選型特點(diǎn)

(1)多網(wǎng)絡(luò);

(2)厚控系統(tǒng)采用FM458模塊，分時(shí)處理，響應(yīng)速度更快，精度更高;

(3)傳動(dòng)系統(tǒng)選用西門子公司的中壓變頻調(diào)速裝置SINAMICS SM150系列，IGCT使2.3～7.2 kV的大功率中壓變頻調(diào)速裝置獲得高動(dòng)態(tài)性能，它通過(guò)一個(gè)真正的標(biāo)準(zhǔn)程序，對(duì)0～9 000 r/min范圍內(nèi)的傳動(dòng)速度，進(jìn)行精確的控制。冷卻系統(tǒng)采用水冷單元，與風(fēng)冷相比較極大的減少了噪音。

4.2 軟件特點(diǎn)

程序編制采用CFC更直觀，查找故障更方便;傳動(dòng)系統(tǒng)配置了PDA，調(diào)試及故障診斷更方便。

4.3 檢測(cè)儀表的特點(diǎn)

檢測(cè)元件均選用進(jìn)口元件，ABB張力計(jì)、beta激光測(cè)速、瑞美測(cè)厚儀，song磁尺位移傳感器可靠性高，精度更高。

5 結(jié)束語(yǔ)

泰鋼1 780 mm六輥可逆冷軋機(jī)組是國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的最寬的六輥軋機(jī)，設(shè)計(jì)選型先進(jìn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，功能先進(jìn)，保障機(jī)組高效穩(wěn)定運(yùn)行，為以后六輥軋機(jī)的設(shè)計(jì)提供了很好的參考。

該機(jī)組2010年6月通過(guò)驗(yàn)收。使用情況表明，運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品綜合質(zhì)量達(dá)到同類設(shè)備國(guó)際先進(jìn)水平。

［1］ 劉新．冶金過(guò)程自動(dòng)化基礎(chǔ)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2006．

［2］ 鄭申白，史東日，馬勁紅．軋制過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009．

［3］ 天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究院編著．電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990．