棒材直流主傳動改造及自動化程序升級

寶鋼集團 八鋼公司軋鋼廠 楚亞杰

八鋼棒材生產線于2004年投產，經過不斷優化，年產量已提高到100萬t。但由于自動化程序仍然存在很多問題，18#機架的負荷越來越大，造成傳動裝置容量偏小，發生燒可控硅的情況。現采用外部增加風機的方式運行，對其進行更換18#機架整個傳動系統，以滿足生產。現行的自動化系統活套調節功能差；粗軋、中軋微張力功能未投用；曾經投入使用過，但效果不好，容易堆鋼；軋制表優化功能未投入；1#、2#飛剪存在切頭、切尾長度不準等問題，可能與軋件速度檢測有關。

一、改造構想

根據上述自動化及傳動系統存在的問題，經過現場了解及分析，建議對軋線自動化系統程序進行全面升級。傳動方面，建議對18#主軋機全套直流傳動系統進行更換，包括傳動系統交流開關、晶閘管變流裝置及相應保護裝置、控制及勵磁裝置等。

二、技術方案

直流傳動系統采用德國西門子公司SIMOREG DC Master 6RA70全數字調速裝置，功率單元配以國產功率柜，其控制系統核心部分采用西門子原裝控制板，既完全具有6RA70的高性能指標，又降低了設備投資。全數字控制系統性能好，可靠性高，可以滿足高動態品質與高調速精度的要求。對傳動系統的控制采用了靈活多樣的軟件模塊，可以滿足各種不同控制的要求，并具備調速系統最佳控制性能的自動優化功能。

三、軋件跟蹤系統改造

軋線程序中，所有的控制功能都基于軋件跟蹤系統，即軋件跟蹤系統直接影響到軋線的各個控制功能。由于原來的跟蹤系統比較簡單，并且只跟蹤軋件的頭部，沒有對尾部進行跟蹤，造成相鄰的2個軋件無法區分，導致活套調節的速度級聯系統直接影響下一個軋件的軋制，使得粗、中軋在頭部咬入過程中速度不穩定，尺寸超差較嚴重，直接影響成品尺寸。

現利用現有的檢測設備對軋件跟蹤系統程序進行改造，PLC從傳動系統取出軋機的軋制或空載電流信號，并結合現場熱金屬檢測器信號，采取一定的抗干擾措施，便可得到各機架的有鋼或無鋼信號，進行咬鋼檢測，精確檢測軋件頭尾位置。完成電機動態速降補償、活套起落控制，并對軋件尾部準確判斷，精確做到尾部脫離軋機后，級聯關系即脫離下游軋機，與上游相連，保證下一軋件正常軋制，不受前一軋件的影響。

四、咬鋼補償控制

電氣傳動系統在突加負載時產生動態速降，在設備咬鋼時影響軋機間設定的正確金屬流量關系，使機架間軋件堆拉，且一定量的動態速降有助于機架間的活套形成。可在PLC和傳動系統中進行適量動態速降補償，以消除動態速降的不良影響。即在軋件到達前將軋機速度提高，咬鋼后約200 mS將速度給定恢復，保證咬鋼后的500 mS左右時間內軋件的金屬流量。

五、活套自動控制

起套控制是在軋輥咬鋼后，其上游機架以略高于正常設定的初始速度運轉，被用來控制活套形成。起套后，進入穩定軋制過程，活套控制系統便使活套保持在給定的套高范圍內，實現無張力軋制。收套控制是當軋件尾端離開前一個機架前，下一個機架間活套應降低到最低套高位置，防止尾部擺動。

六、微張力自動控制

微張力控制是保證高速棒線材軋機順利軋制和提高產品質量的必要手段，目的是使中軋機組各機架之間的軋件按微小的張力進行軋制。張力控制是一個復雜的過程，棒線材一般采用“電流-速度”間接微張力控制法，在實踐中有以下兩個難點。

1.無張力矩的存儲。在該系統中沒有測張元件，微張控制的控制目標是使軋機在微張力矩下軋制。所以，微張力矩的計算與存儲就成為微張控制中的關鍵。

2.速度調節量。計算出的力矩調節量不能直接控制線速度的變化，要使之變化成與延伸系數相匹配的數值。

七、飛剪控制

起停式飛剪電氣控制系統為控制及傳動一體化的產品，其可編程控制器（PLC）采用德國西門子公司的S7-300系列PLC，完成飛剪工藝控制及飛剪傳動邏輯控制。飛剪電機采用直流電機，其傳動核心單元采用SIEMENS全數字控制單元的直流調速裝置而成。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。安裝在上游機架電機軸上的碼盤所產生的脈沖數與軋輥所轉過的角度成正比，也與軋件所走過的距離成正比。當HMD檢測到軋件頭部或尾部時，啟動高速計數器累加上游機架碼盤的脈沖數，當計數到設定值時啟動飛剪。

倍尺飛剪的剪切控制可根據檢測方式的不同分為脈沖測量方式和延時方式。對于脈沖測量方式，由于出口軋機軋輥周長同實際軋件長度及軋機電機后脈沖編碼器的脈沖數有一定的對應關系，所有通過對出口軋機編碼器脈沖數的測量，同理論設定剪切長度對應的脈沖數進行比較，發出剪切指令。由于脈沖同出口軋件長度的對應關系同軋機的速度沒有關系，所以該方式檢測的軋機長度不受出口軋機速度波動的影響，另外由于脈沖的測量和比較有高速計數器模板完成，比較輸出為硬件中斷輸出，響應很快，不受程序掃描周期的影響。該方式為正常倍尺剪切的最佳選擇。延時剪切方式又稱應急剪切方式，該方式是給據軋件的出口速度和設定的剪切長度，計算出軋件運行的時間，由PLC延時后，發出剪切指令，飛剪進行剪切。

八、現場安裝及調試

需要調試的設備必須滿足試車條件。直流傳動柜現場安裝及單體調試需要3天時間。自動化程序調試，單體試車10天，聯動試車3 ～ 5天，第15天達到熱負荷試車條件。