變頻技術在斯太爾摩控冷上的應用

黃亮

摘要：文章針對高速線材軋制工藝復雜、品種繁多，特別是高品質鋼種控冷要求嚴格，不變頻或軟起動不能有效、精確、節能地調節風量的問題，使用變頻器實現調節電機轉速來調節風量，使用WinCC組態來實現不同工藝參數輸入及故障直觀顯示和狀態顯示，最后通過PCS7實現過程控制，實現高品質線材的控冷要求。

關鍵詞：斯太爾摩；PCS7；WinCC；變頻技術

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0047-03

斯太爾摩是武鋼高速線材生產線控制線材金相組織最關鍵的一道工序，每一條生產線由13臺風機控冷，它是以上位計算機（作為人機界面客戶端）技術、可編程控制（PCS7）技術、PROFIBUS及工業以太網通訊技術、交流變頻技術為特征的新型高品質線材控冷系統，具有風量實時性高、調節誤差小、節能等特點。對于普通線材，包括簾線鋼72A，通過風門調節控制能滿足其控冷防止脫碳的要求，但是軋制82A、82B、彈簧鋼、電纜鋼等，就必須有1#、2#風機風量增加并保障所有風機精準風量調節，來保證其金相組織，因此保障斯太爾摩風量嚴格可控是實現彈簧鋼等高品質鋼種軋制的前提條件。

1 問題來源

國內在線材軋制工藝中，在高速線材軋制線上，不論是單線設備模式還是雙線設備模式，對普通低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、焊條鋼等，大多都是采用不變頻、風門控制，控制系統簡單，維護費用低。但是隨著高技術含量和高附加值的預應鋼絲鋼鉸線系列盤條和鋼簾線專用鋼盤條的在國內問世，尤其是簾線用鋼替代進口，曾創造出巨大的社會效益。隨著工藝技術不斷進步，素有“線材工藝品”之稱的武鋼鋼簾線優勢已不明顯。針對重點直供用戶對簾線WLX82AE、冷鐓鋼、彈簧鋼、滾珠軸承鋼等高品質鋼提出的要求，結合不變頻系統特點，老系統不足，調整工藝、創新品種勢在必行：（1）新工藝要求有合格的控冷曲線；（2）風門控制不精確，使得高品質鋼質量不穩定；（3）上位機不能實現對風量的精確調整，不能監控風量及主要設備的狀況；（4）建設綠色企業，滿足節能、環保的需要。

2 系統組成及工作原理

原有一級網絡有6個站，在網絡上加一個控制斯太爾摩風機的站，實現風機控冷與軋線的聯動控制。通過在原有一級以太網上掛一臺上位機，運行服務器的WinCC的項目，完成斯太爾摩的工藝參數和狀態進行操作與監控。并在該網上新掛一個可編程控制完成與原有系統的參數傳輸通訊、變頻器與上位機的通訊、相關邏輯和數字控制和相關保護等任務。采用具備友好的人機手持操作器的變頻器（斯奈德ATV61系列變頻器），通過手持操作器設置電機屬性，通過可編程控制器設置網絡屬性，實現變頻器實時接受可編程控制器指令實現驅動控制，產生相應的工藝曲線。

2.2 工作原理

2.2.1 可編程控制器的原理。可編程控制器（PLC）是一種以微電子技術、自動化技術、計算機技術、通信技術為一體，以工業自動化控制為目標的新型控制裝置。是可編程序、組態自由、模塊化、接口廣的智能控制器。其抗干擾能力強，更是針對于工業領域應用的專用的控制器。我國大量使用的PLC產品主要有西門子公司的S7系列、三菱公司的F系列、美國GE公司的GE系列等。其中西門子公司的S7系列控制器在過程控制領域，以其結構緊湊、可靠性高、功能全等優點占有重要地位。

2.2.2 變頻調速的原理。變頻調速（交流異步電動機變頻調速）是日益發展壯大的電力電子技術推動的結果，它是借助于改變定子供電電源頻率而改變電動機轉速的調速方法。提高頻率可實現恒功率調速。這種方法調速性能優異，特別是調速范圍大、平滑性好。采用兩相旋轉坐標系模型進行控制的矢量控制方式，可以得到良好的調速特性，因此在現代工業領域應用極其廣泛。

2.2.3 工業以太網及DP網的工作原理。工業以太網以其價格低廉、全開放、全數字化和操作簡便，在工業領域得到良好的應用。它實現了工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的開放網絡。企業營銷信息通過三級即企業級，即通過以太網傳送給二級工藝級網絡，二級再以太網傳送給一級，并在一級現場級以太網中共享。在這信息時代的工業領域，發展潛力巨大。

PROFIBUS-DP協議包含編碼器行規、變速傳動行規、過程監視行規等，在工業控制領域具有極強的針對性。它使用RS485、光纖等傳輸方式，傳輸速率高，可靠性高，并且支持多主系統，與工業控制中，各類設備獨立而又互聯的特征相仿，因此，在一級網絡上的傳動驅動器之間、驅動器與控制器之間，基本都采用DP網。

3 實現過程

3.1 參數流從操作站給到原控制器ROD的實現

從操作站到控制器是通過以太網連接實現通訊的，在WinCC服務器數據通道組態里，組態一條從風機變頻控制器站到服務器的數據通道。通過此數據通道建立畫面與控制器的數據共享，也就是在WinCC服務器能讀取到控制器的各類控制和狀態信息，再通過WinCC畫面本身，做一個友好的、可視化程度高的界面，便于崗位素質較低的操作人員操作使用。調試過程中，首先從變頻器上操作，設定電機相關名牌參數，對其優化運行，再根據工藝和設備要求設置啟、停斜坡時間以及加減速斜坡時間。而后設置變頻器給定源為通訊卡，從畫面變參數調試運行即可。

4 結語

目前，武鋼高速線材生產線鋼簾線的產量達30萬噸/年，其他高附加值線材產量達20萬噸/年。鋼簾線在全國的市場占有率達50%，彈簧鋼、冷鐓鋼等高品質產品直銷山東等地。線材質量的決定性因素不止有線材表面質量的優劣，更是要由其金相組織決定其延展性、伸縮性和彈性等指標。在線材生產過程中，產品成形之前，使用水冷控制，而整個工藝過程，斯太爾摩才是控制其金相組織的關鍵工序。需要大范圍精確可調的風量，就必須有精確、平滑可調的電機轉速，因此，變頻技術在斯太爾摩控冷上是至關重要的，是不可或缺的。

參考資料

[1] 賀隆貞，吳國和.型材工藝[M].武漢：武漢鋼鐵（集團）公司教育培訓中心.

[2] 周邵英.電力拖動[M].北京：冶金工業出版社.

[3] 崔堅.西門子工業網絡通訊指南[M].北京：機械工業出版社.

[4] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCCV6[M].北京：北京航空航天大學出版社.

[5] 鮑伯祥.西門子TDC編程及應用指南[M].北京：北京航空航天大學出版社.

（責任編輯：周 瓊）

摘要：文章針對高速線材軋制工藝復雜、品種繁多，特別是高品質鋼種控冷要求嚴格，不變頻或軟起動不能有效、精確、節能地調節風量的問題，使用變頻器實現調節電機轉速來調節風量，使用WinCC組態來實現不同工藝參數輸入及故障直觀顯示和狀態顯示，最后通過PCS7實現過程控制，實現高品質線材的控冷要求。

關鍵詞：斯太爾摩；PCS7；WinCC；變頻技術

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0047-03

斯太爾摩是武鋼高速線材生產線控制線材金相組織最關鍵的一道工序，每一條生產線由13臺風機控冷，它是以上位計算機（作為人機界面客戶端）技術、可編程控制（PCS7）技術、PROFIBUS及工業以太網通訊技術、交流變頻技術為特征的新型高品質線材控冷系統，具有風量實時性高、調節誤差小、節能等特點。對于普通線材，包括簾線鋼72A，通過風門調節控制能滿足其控冷防止脫碳的要求，但是軋制82A、82B、彈簧鋼、電纜鋼等，就必須有1#、2#風機風量增加并保障所有風機精準風量調節，來保證其金相組織，因此保障斯太爾摩風量嚴格可控是實現彈簧鋼等高品質鋼種軋制的前提條件。

1 問題來源

國內在線材軋制工藝中，在高速線材軋制線上，不論是單線設備模式還是雙線設備模式，對普通低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、焊條鋼等，大多都是采用不變頻、風門控制，控制系統簡單，維護費用低。但是隨著高技術含量和高附加值的預應鋼絲鋼鉸線系列盤條和鋼簾線專用鋼盤條的在國內問世，尤其是簾線用鋼替代進口，曾創造出巨大的社會效益。隨著工藝技術不斷進步，素有“線材工藝品”之稱的武鋼鋼簾線優勢已不明顯。針對重點直供用戶對簾線WLX82AE、冷鐓鋼、彈簧鋼、滾珠軸承鋼等高品質鋼提出的要求，結合不變頻系統特點，老系統不足，調整工藝、創新品種勢在必行：（1）新工藝要求有合格的控冷曲線；（2）風門控制不精確，使得高品質鋼質量不穩定；（3）上位機不能實現對風量的精確調整，不能監控風量及主要設備的狀況；（4）建設綠色企業，滿足節能、環保的需要。

2 系統組成及工作原理

原有一級網絡有6個站，在網絡上加一個控制斯太爾摩風機的站，實現風機控冷與軋線的聯動控制。通過在原有一級以太網上掛一臺上位機，運行服務器的WinCC的項目，完成斯太爾摩的工藝參數和狀態進行操作與監控。并在該網上新掛一個可編程控制完成與原有系統的參數傳輸通訊、變頻器與上位機的通訊、相關邏輯和數字控制和相關保護等任務。采用具備友好的人機手持操作器的變頻器（斯奈德ATV61系列變頻器），通過手持操作器設置電機屬性，通過可編程控制器設置網絡屬性，實現變頻器實時接受可編程控制器指令實現驅動控制，產生相應的工藝曲線。

2.2 工作原理

2.2.1 可編程控制器的原理。可編程控制器（PLC）是一種以微電子技術、自動化技術、計算機技術、通信技術為一體，以工業自動化控制為目標的新型控制裝置。是可編程序、組態自由、模塊化、接口廣的智能控制器。其抗干擾能力強，更是針對于工業領域應用的專用的控制器。我國大量使用的PLC產品主要有西門子公司的S7系列、三菱公司的F系列、美國GE公司的GE系列等。其中西門子公司的S7系列控制器在過程控制領域，以其結構緊湊、可靠性高、功能全等優點占有重要地位。

2.2.2 變頻調速的原理。變頻調速（交流異步電動機變頻調速）是日益發展壯大的電力電子技術推動的結果，它是借助于改變定子供電電源頻率而改變電動機轉速的調速方法。提高頻率可實現恒功率調速。這種方法調速性能優異，特別是調速范圍大、平滑性好。采用兩相旋轉坐標系模型進行控制的矢量控制方式，可以得到良好的調速特性，因此在現代工業領域應用極其廣泛。

2.2.3 工業以太網及DP網的工作原理。工業以太網以其價格低廉、全開放、全數字化和操作簡便，在工業領域得到良好的應用。它實現了工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的開放網絡。企業營銷信息通過三級即企業級，即通過以太網傳送給二級工藝級網絡，二級再以太網傳送給一級，并在一級現場級以太網中共享。在這信息時代的工業領域，發展潛力巨大。

PROFIBUS-DP協議包含編碼器行規、變速傳動行規、過程監視行規等，在工業控制領域具有極強的針對性。它使用RS485、光纖等傳輸方式，傳輸速率高，可靠性高，并且支持多主系統，與工業控制中，各類設備獨立而又互聯的特征相仿，因此，在一級網絡上的傳動驅動器之間、驅動器與控制器之間，基本都采用DP網。

3 實現過程

3.1 參數流從操作站給到原控制器ROD的實現

從操作站到控制器是通過以太網連接實現通訊的，在WinCC服務器數據通道組態里，組態一條從風機變頻控制器站到服務器的數據通道。通過此數據通道建立畫面與控制器的數據共享，也就是在WinCC服務器能讀取到控制器的各類控制和狀態信息，再通過WinCC畫面本身，做一個友好的、可視化程度高的界面，便于崗位素質較低的操作人員操作使用。調試過程中，首先從變頻器上操作，設定電機相關名牌參數，對其優化運行，再根據工藝和設備要求設置啟、停斜坡時間以及加減速斜坡時間。而后設置變頻器給定源為通訊卡，從畫面變參數調試運行即可。

4 結語

目前，武鋼高速線材生產線鋼簾線的產量達30萬噸/年，其他高附加值線材產量達20萬噸/年。鋼簾線在全國的市場占有率達50%，彈簧鋼、冷鐓鋼等高品質產品直銷山東等地。線材質量的決定性因素不止有線材表面質量的優劣，更是要由其金相組織決定其延展性、伸縮性和彈性等指標。在線材生產過程中，產品成形之前，使用水冷控制，而整個工藝過程，斯太爾摩才是控制其金相組織的關鍵工序。需要大范圍精確可調的風量，就必須有精確、平滑可調的電機轉速，因此，變頻技術在斯太爾摩控冷上是至關重要的，是不可或缺的。

參考資料

[1] 賀隆貞，吳國和.型材工藝[M].武漢：武漢鋼鐵（集團）公司教育培訓中心.

[2] 周邵英.電力拖動[M].北京：冶金工業出版社.

[3] 崔堅.西門子工業網絡通訊指南[M].北京：機械工業出版社.

[4] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCCV6[M].北京：北京航空航天大學出版社.

[5] 鮑伯祥.西門子TDC編程及應用指南[M].北京：北京航空航天大學出版社.

（責任編輯：周 瓊）

摘要：文章針對高速線材軋制工藝復雜、品種繁多，特別是高品質鋼種控冷要求嚴格，不變頻或軟起動不能有效、精確、節能地調節風量的問題，使用變頻器實現調節電機轉速來調節風量，使用WinCC組態來實現不同工藝參數輸入及故障直觀顯示和狀態顯示，最后通過PCS7實現過程控制，實現高品質線材的控冷要求。

關鍵詞：斯太爾摩；PCS7；WinCC；變頻技術

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0047-03

斯太爾摩是武鋼高速線材生產線控制線材金相組織最關鍵的一道工序，每一條生產線由13臺風機控冷，它是以上位計算機（作為人機界面客戶端）技術、可編程控制（PCS7）技術、PROFIBUS及工業以太網通訊技術、交流變頻技術為特征的新型高品質線材控冷系統，具有風量實時性高、調節誤差小、節能等特點。對于普通線材，包括簾線鋼72A，通過風門調節控制能滿足其控冷防止脫碳的要求，但是軋制82A、82B、彈簧鋼、電纜鋼等，就必須有1#、2#風機風量增加并保障所有風機精準風量調節，來保證其金相組織，因此保障斯太爾摩風量嚴格可控是實現彈簧鋼等高品質鋼種軋制的前提條件。

1 問題來源

國內在線材軋制工藝中，在高速線材軋制線上，不論是單線設備模式還是雙線設備模式，對普通低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、焊條鋼等，大多都是采用不變頻、風門控制，控制系統簡單，維護費用低。但是隨著高技術含量和高附加值的預應鋼絲鋼鉸線系列盤條和鋼簾線專用鋼盤條的在國內問世，尤其是簾線用鋼替代進口，曾創造出巨大的社會效益。隨著工藝技術不斷進步，素有“線材工藝品”之稱的武鋼鋼簾線優勢已不明顯。針對重點直供用戶對簾線WLX82AE、冷鐓鋼、彈簧鋼、滾珠軸承鋼等高品質鋼提出的要求，結合不變頻系統特點，老系統不足，調整工藝、創新品種勢在必行：（1）新工藝要求有合格的控冷曲線；（2）風門控制不精確，使得高品質鋼質量不穩定；（3）上位機不能實現對風量的精確調整，不能監控風量及主要設備的狀況；（4）建設綠色企業，滿足節能、環保的需要。

2 系統組成及工作原理

原有一級網絡有6個站，在網絡上加一個控制斯太爾摩風機的站，實現風機控冷與軋線的聯動控制。通過在原有一級以太網上掛一臺上位機，運行服務器的WinCC的項目，完成斯太爾摩的工藝參數和狀態進行操作與監控。并在該網上新掛一個可編程控制完成與原有系統的參數傳輸通訊、變頻器與上位機的通訊、相關邏輯和數字控制和相關保護等任務。采用具備友好的人機手持操作器的變頻器（斯奈德ATV61系列變頻器），通過手持操作器設置電機屬性，通過可編程控制器設置網絡屬性，實現變頻器實時接受可編程控制器指令實現驅動控制，產生相應的工藝曲線。

2.2 工作原理

2.2.1 可編程控制器的原理。可編程控制器（PLC）是一種以微電子技術、自動化技術、計算機技術、通信技術為一體，以工業自動化控制為目標的新型控制裝置。是可編程序、組態自由、模塊化、接口廣的智能控制器。其抗干擾能力強，更是針對于工業領域應用的專用的控制器。我國大量使用的PLC產品主要有西門子公司的S7系列、三菱公司的F系列、美國GE公司的GE系列等。其中西門子公司的S7系列控制器在過程控制領域，以其結構緊湊、可靠性高、功能全等優點占有重要地位。

2.2.2 變頻調速的原理。變頻調速（交流異步電動機變頻調速）是日益發展壯大的電力電子技術推動的結果，它是借助于改變定子供電電源頻率而改變電動機轉速的調速方法。提高頻率可實現恒功率調速。這種方法調速性能優異，特別是調速范圍大、平滑性好。采用兩相旋轉坐標系模型進行控制的矢量控制方式，可以得到良好的調速特性，因此在現代工業領域應用極其廣泛。

2.2.3 工業以太網及DP網的工作原理。工業以太網以其價格低廉、全開放、全數字化和操作簡便，在工業領域得到良好的應用。它實現了工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的開放網絡。企業營銷信息通過三級即企業級，即通過以太網傳送給二級工藝級網絡，二級再以太網傳送給一級，并在一級現場級以太網中共享。在這信息時代的工業領域，發展潛力巨大。

PROFIBUS-DP協議包含編碼器行規、變速傳動行規、過程監視行規等，在工業控制領域具有極強的針對性。它使用RS485、光纖等傳輸方式，傳輸速率高，可靠性高，并且支持多主系統，與工業控制中，各類設備獨立而又互聯的特征相仿，因此，在一級網絡上的傳動驅動器之間、驅動器與控制器之間，基本都采用DP網。

3 實現過程

3.1 參數流從操作站給到原控制器ROD的實現

從操作站到控制器是通過以太網連接實現通訊的，在WinCC服務器數據通道組態里，組態一條從風機變頻控制器站到服務器的數據通道。通過此數據通道建立畫面與控制器的數據共享，也就是在WinCC服務器能讀取到控制器的各類控制和狀態信息，再通過WinCC畫面本身，做一個友好的、可視化程度高的界面，便于崗位素質較低的操作人員操作使用。調試過程中，首先從變頻器上操作，設定電機相關名牌參數，對其優化運行，再根據工藝和設備要求設置啟、停斜坡時間以及加減速斜坡時間。而后設置變頻器給定源為通訊卡，從畫面變參數調試運行即可。

4 結語

目前，武鋼高速線材生產線鋼簾線的產量達30萬噸/年，其他高附加值線材產量達20萬噸/年。鋼簾線在全國的市場占有率達50%，彈簧鋼、冷鐓鋼等高品質產品直銷山東等地。線材質量的決定性因素不止有線材表面質量的優劣，更是要由其金相組織決定其延展性、伸縮性和彈性等指標。在線材生產過程中，產品成形之前，使用水冷控制，而整個工藝過程，斯太爾摩才是控制其金相組織的關鍵工序。需要大范圍精確可調的風量，就必須有精確、平滑可調的電機轉速，因此，變頻技術在斯太爾摩控冷上是至關重要的，是不可或缺的。

參考資料

[1] 賀隆貞，吳國和.型材工藝[M].武漢：武漢鋼鐵（集團）公司教育培訓中心.

[2] 周邵英.電力拖動[M].北京：冶金工業出版社.

[3] 崔堅.西門子工業網絡通訊指南[M].北京：機械工業出版社.

[4] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCCV6[M].北京：北京航空航天大學出版社.

[5] 鮑伯祥.西門子TDC編程及應用指南[M].北京：北京航空航天大學出版社.

（責任編輯：周 瓊）