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(chǎn)線于2004年投產(chǎn)，經(jīng)過不斷優(yōu)化，年產(chǎn)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(fā)生燒可控硅的情況。現(xiàn)采用外部增加風(fēng)機的方式運行，對其進行更換18#機架整個傳動系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)。現(xiàn)行的自動化系統(tǒng)活套調(diào)節(jié)功能差；粗軋、中軋微張力功能未投用；曾經(jīng)投入使用過，但效果不好，容易堆鋼；軋制表優(yōu)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(guān)。

一、改造構(gòu)想

根據(jù)上述自動化及傳動系統(tǒng)存在的問題，經(jīng)過現(xiàn)場了解及分析，建議對軋線自動化系統(tǒng)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(tǒng)進行更換，包括傳動系統(tǒng)交流開關(guān)、晶閘管變流裝置及相應(yīng)保護裝置、控制及勵磁裝置等。

二、技術(shù)方案

直流傳動系統(tǒng)采用德國西門子公司SIMOREG DC Master 6RA70全數(shù)字調(diào)速裝置，功率單元配以國產(chǎn)功率柜，其控制系統(tǒng)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(shè)備投資。全數(shù)字控制系統(tǒng)性能好，可靠性高，可以滿足高動態(tài)品質(zhì)與高調(diào)速精度的要求。對傳動系統(tǒng)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(diào)速系統(tǒng)最佳控制性能的自動優(yōu)化功能。

三、軋件跟蹤系統(tǒng)改造

軋線程序中，所有的控制功能都基于軋件跟蹤系統(tǒng)，即軋件跟蹤系統(tǒng)直接影響到軋線的各個控制功能。由于原來的跟蹤系統(tǒng)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(qū)分，導(dǎo)致活套調(diào)節(jié)的速度級聯(lián)系統(tǒng)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(wěn)定，尺寸超差較嚴重，直接影響成品尺寸。

現(xiàn)利用現(xiàn)有的檢測設(shè)備對軋件跟蹤系統(tǒng)程序進行改造，PLC從傳動系統(tǒng)取出軋機的軋制或空載電流信號，并結(jié)合現(xiàn)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(tài)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(lián)關(guān)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(tǒng)在突加負載時產(chǎn)生動態(tài)速降，在設(shè)備咬鋼時影響軋機間設(shè)定的正確金屬流量關(guān)系，使機架間軋件堆拉，且一定量的動態(tài)速降有助于機架間的活套形成。可在PLC和傳動系統(tǒng)中進行適量動態(tài)速降補償，以消除動態(tài)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(fù)，保證咬鋼后的500 mS左右時間內(nèi)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(shè)定的初始速度運轉(zhuǎn)，被用來控制活套形成。起套后，進入穩(wěn)定軋制過程，活套控制系統(tǒng)便使活套保持在給定的套高范圍內(nèi)，實現(xiàn)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(yīng)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(chǎn)品質(zhì)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(fù)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(tǒng)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(guān)鍵。

2.速度調(diào)節(jié)量。計算出的力矩調(diào)節(jié)量不能直接控制線速度的變化，要使之變化成與延伸系數(shù)相匹配的數(shù)值。

七、飛剪控制

起停式飛剪電氣控制系統(tǒng)為控制及傳動一體化的產(chǎn)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(shù)字控制單元的直流調(diào)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(chǎn)生的脈沖數(shù)與軋輥所轉(zhuǎn)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(shù)器累加上游機架碼盤的脈沖數(shù)，當計數(shù)到設(shè)定值時啟動飛剪。

倍尺飛剪的剪切控制可根據(jù)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(shù)有一定的對應(yīng)關(guān)系，所有通過對出口軋機編碼器脈沖數(shù)的測量，同理論設(shè)定剪切長度對應(yīng)的脈沖數(shù)進行比較，發(fā)出剪切指令。由于脈沖同出口軋件長度的對應(yīng)關(guān)系同軋機的速度沒有關(guān)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(shù)器模板完成，比較輸出為硬件中斷輸出，響應(yīng)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(yīng)急剪切方式，該方式是給據(jù)軋件的出口速度和設(shè)定的剪切長度，計算出軋件運行的時間，由PLC延時后，發(fā)出剪切指令，飛剪進行剪切。

八、現(xiàn)場安裝及調(diào)試

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