連軋管機組電氣控制系統研究與應用

（山西太鋼不銹鋼鋼管有限公司，山西太原 030003）

概述

隨著國民經濟的發展，無縫鋼管的用途越來越廣泛，用戶對產品質量的要求也越來越高[1]。特別是API 標準的石油套管和油氣管，精度要求較高輥道管，機械設備專用管，不但在鋼級和焊縫質量上有嚴格的要求，對鋼管的直線度也有很高的要求[2]。根據設備和工藝特征的不同，目前國內已建和在建的無縫鋼管熱連軋生產線可分為MPM、PQF 和FQM 3 種類型[3]。

太原鋼鐵（集團）有限公司5 萬噸不銹鋼無縫管廠主要生產不銹鋼鋼管。其矯直機為輥式鋼管矯直機。本文主要論述連軋管機組電氣控制系統以及其裝備特點。

1 機械設備組成

包括上料裝置，主傳動系統和轉向箱，曲軸傳動裝置，機架裝配，主機座裝配，出口入口卡盤，回轉送進裝置，中間床身，傳動軸，過渡齒輪箱、芯棒潤滑裝置，芯棒裝置，芯棒定心裝置，成品管快速拉出裝置，出料臺架。

2 電氣控制技術介紹

軋管機電氣控制系統組成包括軋管機主機速度控制，送進電機跟蹤控制，機組自動化控制、HMI 等。本設備系統配置水平如下：

軋管機主傳動、送進傳動均采用全數字交流變頻傳動系統。傳動裝置選用西門子產品，與PLC通訊采用PROFIBUS-DP。其中主傳動整流裝置帶有能量回饋功能。

PLC控制系統選用西門子公司生產的S7-300-2DP 系列，用遠程I/O 控制方案。控制系統中將遠程I/O 模塊分散配置于系統各控制柜、操作臺內。在軋管機操作臺安裝HMI 人機界面，通過PROFIBUS網與PLC通訊，PLC與傳動裝置、HMI 人機界面構成一體化自動化網絡。

計算機系統具有獨特的調整參數預顯示功能、軋制狀態監控及故障綜合報警功能。軋制過程中速度、電流等主要參數都顯示在屏幕上。操作人員亦可隨時調用查閱機、電、液設備的操作說明、維護要點、注意事項等相關內容。低壓電氣元件選用施奈德產品。主要檢測元件如：編碼器、接近開關等選用進口產品。

2.1 傳動控制系統

軋制主傳動采用一臺交流電機傳動，送進采用另一臺交流電機，兩臺電機軋制速度由編碼器控制實現同步，電機傳動裝置選用西門子變頻器6SE70 系列，編碼器反饋，調速精度可達到0.1%，完全能滿足軋制要求。系統主要特點如下：

通過配置通訊板實現與PLC可編程序控制器的通訊，大量的數據信息如：裝置工作狀態、故障時的故障診斷信息等數據均可通過網絡與PLC交換并顯示在HMI 人機界面上。

豐富的故障診斷功能，在系統中設置多達數十種的故障診斷與報警，任何常見故障都可準確判斷，如：失測速、電源缺相等，使系統維護工作量大大減少。

2.2 PLC控制系統

軋管機的自動化系統用一套PLC裝置，PLC控制系統采用遠程I/O 控制方案。PLC選用西門子公司的S7-300-2DP 系列。PLC與傳動裝置、HMI 人機界面間信號傳送采用網絡通訊方式進行（PROFIBUS-DP 網）。整個控制系統構成一體化自動化網絡。系統具有如下優點：

（1）用通訊的方式代替了點對點的多線連接傳送方式，從根本上解決了由于連線原因造成的故障，提高了系統的可靠性，減少了維護工作量。

（2）避免導致大范圍的布線，不但可以降低電纜成本，并且可使現場進行系統調整或功能擴展時具有較高的靈活性。

（3）采用分散配置遠程I/O 的控制方式使每個遠程I/O 控制單元都有明確的控制范圍。使現場的調試與維護更加簡單。

2.3 PLC主要功能：

機組順序及工藝聯鎖控制：負責整個機組的工藝自動化操作，包括各系統的啟、停控制，相互間的連鎖，工作制的選擇等。設備檢測,電磁閥的控制，采用遠程I/O模塊控制。事故時PLC作出相應的處理。主令控制及狀態顯示：

(1)通過配置在操作臺內的遠程I/O模塊接收處理來自操作臺上的操作控制指令并傳送至PLC，PLC根據操作指令及相應聯鎖條件對控制系統進行主令控制。

(2）接受來自數據網絡的軋管機工作參數，在HMI 人機界面屏幕上以畫面的形式集中顯示，取代操作臺上的模擬儀表。

故障檢測及分類報警：PLC通過網絡實時采集傳動系統等的工作狀態數據，判斷系統各部分是否處于正常工作狀態。當檢測到系統故障時，PLC將根據檢測到的故障及軋管機目前的工作狀態進行相應的保護和報警提示。基礎自動化網絡通訊：通過配置相應的通訊模塊完成與遠程I/O、傳動系統、HMI 人機操作界面的通訊。

3 軋機特點

在軋機的設計中，充分吸取了已經設計投產的兩輥冷軋管機的調試經驗,對軋機使用中發現的不完善之處作改進設計、優化了設備性能參數設計而成，使軋機更符合不銹鋼的軋制特點。

（1）主傳動系統用高強度尼龍片基傳動平皮帶傳動，受力均勻，運轉可靠、平穩，軋機系統具過載保護功能。而大皮帶輪可起到飛輪作用，便于工作機架啟動；同時又可減輕負扭矩對主電動機沖擊。

（2）主電機和絲杠傳動電機用交流變頻電機,控制系統采用西門子全數字調速系統,電機維護成本低,系統可靠穩定。

（3）采用氣囊離合器和液壓鉗盤式制動器與大皮帶輪相連接，裝料或處理事故時不必要停開主電機就能夠使軋機快速制動、準確停車，快速啟動軋制，主電機運轉平穩，工作狀態好。同時對軋機系統具有過載保護功能。

（4）采用 PLC程序控制上料,出料，穿管等工序，自動化程度高。

結語

本文主要論述了太原鋼鐵（集團）有限公司5 萬噸不銹鋼無縫管廠連軋管機組電氣控制系統以及其裝備特點。該生產線配備了完整的工藝檢測裝置和高水平的自動化控制系統，生產線建成后，改善了公司的產品結構，提高了整體經濟效益，提升企業競爭力。

[1]劉鐵航.現代鋼管連軋機調整原理與操作方法淺談[J].軋鋼,2009,(2)：26-29.

[2]易興斌.熱軋無縫鋼管軋機選型的探討[J].鋼鐵技術,2007,(6)：20-21.

[3]李道剛.淺議無縫鋼管連軋機組的軋制中心線[J].鋼管,2010(3)：94-95.