國豐1450mm熱軋薄板廠粗軋控制系統研究

摘 要：介紹國豐1450熱軋薄板廠粗軋控制系統的主要機械設備和三級控制系統的特點及主要功能。

關鍵詞：粗軋；傳動；基礎自動化；過程自動化

1 粗軋區的工藝簡介

粗軋是帶鋼熱連軋過程中必不可少的一個重要環節，粗軋區指從加熱爐爐去輥道到熱卷箱入口輥道之間的區域，爐區送來的135mm厚度的高溫連鑄板坯先經高壓水除鱗除去其表面的爐生氧化鐵皮及附著的殘留保護渣，然后進入粗軋機組進行3-5道次可逆軋制，軋制成30～38mm厚的中間坯，隨后進入熱卷箱卷區域。

2 粗軋區主要機械設備介紹

粗軋控制系統所控制的設備主要包括加熱爐出口高壓除磷箱、入口輥道、入口側導板、R1四輥可逆粗軋機、E1立輥軋機、出口側導板、出口輥道、廢坯推出裝置，介質系統等。其中R1四輥可逆粗軋機是設置在熱連軋帶鋼生產線粗軋區的關鍵設備，R1四輥可逆粗軋機位于E1立輥軋機之后、粗軋機后工作輥道之前，與E1立輥軋機、粗軋機前后工作輥道、側導板配合完成從連鑄坯料軋制到中間坯的軋制過程。奇道次R1四輥可逆粗軋機要與E1立輥軋機形成連軋，長板坯最后一道次R1四輥可逆粗軋機要與熱卷箱形成連軋。R1四輥可逆粗軋機本體由機架裝配、軋輥及軸承、壓下裝置、平衡裝置、軋輥抬升、階梯墊裝置、機架輥、軋機導衛和冷卻裝置、平臺及梯子、配管等組成。本軋機采用電動壓下方式空載調整輥縫。在電動壓下裝置和上支承輥軸承座之間裝有液壓輥縫調整油缸，可以動態調整輥縫以控制板形、平直度。即保證軋制板坯的厚度公差符合工藝要求。立輥軋機位于四輥粗軋機入口側，與R1粗軋機形成緊湊布置，用于改善軋件邊部質量和控制板坯頭尾形狀，提高成材率。立輥軋機只有在奇道次進行軋制，并且與四輥軋機形成連軋。在偶道次僅打開起導向作用，立輥輥面速度根據板坯軋制速度進行設定，開口度根據來料板寬進行設定，一般比板坯寬度寬約50mm。它包括粗軋立輥主傳動裝置、全液壓側壓系統、液壓自動寬度控制系統、粗軋立輥工作輥冷卻、粗軋立輥機架輥等。它采用全液壓壓下裝置，設有液壓自動寬度控制HAWC和自動短行程控制SSC，SSC用于控制大側壓引起的頭、尾形狀誤差。HAWC長行程液壓缸允許帶負荷進行側壓，主要用于修正軋制力變化引起的寬度誤差。

3 粗軋區控制系統介紹

如圖1所示，粗軋區控制系統分三級：零級傳動控制系統、一級基礎自動化控制系統、二級機過程控制系統。

3.1 零級傳動控制系統

3.1.1 主傳動控制系統。主傳動包括粗軋機上、下兩臺主電機，主電機功率為2×7000KW，是大功率凸極同步電動機，功率部分采用全數字交交變頻矢量控制的交流調速裝置。交交變頻裝置由三臺電網自然換流，無環流可逆變流器，整流變壓器，勵磁主回路及調速矢量控制系統所組成。控制部分采用TDC+SIMADYN-D控制系統方案，主要完成以下功能：閉環控制和矢量控制、狀態機、速度調節、電機保護、網絡通訊、故障信號邏輯處理、電流控制、電機的功率因數控制、位置控制、負荷平衡控制、本地操作及信息的顯示等。

3.1.2 輔傳動控制系統。輔傳動包括粗軋區域的所有輥道、立輥傳動、粗軋機電動壓下、廢坯推出，立輥傳動采用同步機，輥道、廢坯推出和粗軋機電動壓下采用交流異步電動機。輔傳動系統均使用了整流回饋式公共直流母線供電的交直交變頻方式，具有制動能量回饋電網功能。國豐1450mm熱軋帶鋼粗軋采用西門子6SE70系列變頻調速裝置，逆變功率器件采用IGBT，主回路采用兩電平PWM調制，控制回路采用矢量（VC）控制或標量（即V/F）控制。控制單元CUVC上安裝有微處理器及其外圍電路，其中I/O接口用于現場數據輸入和控制信號輸出，RS-232用于通過參數設置單元PMU連接調試電腦，RS-485用于系統構成USS網絡。輔傳動與一級基礎自動化控制系統的數據傳輸通過CBP通訊板完成。

3.2 一級基礎自動化控制系統

粗軋基礎自動化控制系統由3個TDC和1個S7-400共四個控制單元構成，3個TDC分別控制R1四輥可逆粗軋機、E1立輥軋機和公共部分，S7-400用于介質系統的控制。TDC是德國西門子公司用于工業控制的新一代產品，它是多CPU系統，系統的實時性好，能夠處理開環和閉環的過程控制和計算各種通訊任務，從而實現軋鋼工藝的高速、復雜的控制功能。TDC采用模塊式結構，由機架UR5213、CPU模塊CPU551、輸入輸出模塊SM500、DP通訊模塊CP50M0、以太網通訊模塊CP5100及高速GDM通訊CP5210組成。HMI畫面采用西門子的WINCC，其強大的圖形功能使生產狀態的可視性很強，便于操作和維護。PDA過程數據采集系統實現數據在線實時監測及數據存儲功能，極大方便故障分析。

系統中設計了由高速以太網、高速全局數據內存網GDM、Profibus_DP網等組成的多層網絡結構，以適應熱連軋信息量大、通信速度快的要求。并針對不同的通信任務合理分配通信資源，大大提高系統效率。系統主干網是高速以太網，波特率為100兆，采用TCP/IP標準通訊協議，最多可以連接1000個控制單元，連接著所有需要通訊的控制單元，主要有TDC主站、HMI畫面操作終端、HMI畫面服務器、文件服務器、工程師站、S7-400介質站等，開放的以太網接口使連接全局管理系統變得十分方便，能夠滿足復雜的基礎自動化控制。全局數據內存網GDM連接TDC機架，用于需快速響應的數據通訊，例如材料跟蹤和其他邏輯功能單元的通訊。GDM又與PDA過程數據采集計算機相連，使PDA快速收集到各TDC的實時數據，對這些數據進行及時的處理，使處理分析結果在最短的時間得出，對故障診斷、生產、操作起到指導作用。各主站采用Profibus_DP現場總線連接遠程I/O設備、輔傳動系統，節省了大量電器元件和電纜，不但減少投資，而且提高系統可靠性。

粗軋基礎自動化的控制功能主要有粗軋區域水、電、風、氣公共設施的監督控制、板坯跟蹤、順序控制、速度控制、數據管理（設定值分配、實際值收集與處理）、側導板控制、R1電動壓下EGC控制、R1液壓壓下HGC控制、自動厚度AGC控制、換輥和標定、立輥AWC控制、立輥短行程SSC控制、動態板型DPC控制、自動位置控制、模擬軋鋼、介質系統控制等。

3.3 二級機過程控制系統

二級機過程控制系統的操作系統為Windows 2003 Server 英文版和Windows XP Professional 英文版，應用服務器軟件為subsys for Windows v8.1，數據庫為Oracle 10G標準版系統。主要實現以下功能：生產作業計劃管理、生產作業數據管理、原始數據管理、歷史數據管理、過程監視、過程日志、軋線物料跟蹤、粗軋設定和自學習模型計算等。

4 結束語

經過多年的生產實踐，針對現場出現的實際情況和客戶提出的要求，國豐1450mm熱軋帶鋼粗軋控制系統進行了不斷的完善和改進，該熱連軋自動化控制系統運行性能穩定可靠，操作維護方便，滿足生產工藝要求，達到了優質高效生產的目的，可在國內同類生產線上推廣應用。

參考文獻

[1]王誠.TDC在寶鋼2050粗軋生產線的應用[J].自動化與儀表，2006（4）.

[2]上海交通大學碩士學位論文.寶鋼2050熱軋粗軋基礎自動化系統速度控制及電動壓下控制的研究.

作者簡介：張守群（1972，1-），男，河北省唐山人，助理工程師，主要從事自動化設備的維護工作。